mimo信道预编码技术研究

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1、摘要在多输入多输出(MIMO)系统中，为了提高频谱利用率和功率利用率，人们在发射端对信道状态信息(CSI)加以利用，提出了MIMO预编码的概念。然而，在实际中，绝大多数情况下发射端CSI是通过接收端反馈来获得，这使得发射端只能得到非理想CSI。鉴于此，本文重点对发射端具有非理想CSI的MIMO信道预编码问题进行了研究，取得的主要创新性成果如下。针对MIMO系统，首先，基于均值反馈信道模型，在传统的注水方案基础上，提出一种MIMO系统的联合功率分配与自适应调制方案。此方案将注水算法与自适应调制相结合，对

2、注水定理功率分配的结果进行二次分配。这种非连续的功率分配方案，在功率分配的同时自适应确定了调制方式。然后，在有限比特反馈模型下，讨论了基于格拉斯曼空间装箱(Grassmannianspacepackings)的MIMO系统波束成形和功率分配，证明了波束成形矩阵的码本设计问题可以转化为最优格拉斯曼装箱问题，并且基于MMSE准则给出了波束成形和功率分配方案。最后，由于格拉斯曼装箱方法只适用于高斯信道，针对其它类型的信道，本文又给出了一种利用改进的LIoyd矢量量化算法进行码本设计的方法；并且证明了，在大信

3、噪比条件下，矢量量化方法与格拉斯曼装箱方法是等效的。针对MIMO—OFDM系统，首先，研究了空间分集MIMO．OFDM系统的预编码，给出了波束成形、功率分配和自适应调制相结合的预编码方案。此方案利用格拉斯曼空间装箱原理预先构建波束成形矢量的码本，在接收端确定最优波束成形矢量并利用有限个比特反馈其索引到发射端。在发射端利用“贪婪算法”进行功率分配和自适应调制。与现有预编码方案相比能够大大减少反馈数据量。然后，研究了空间复用MIMO．OFDM系统的预编码，提出了一种基于插值的矢量量化预编码方案。该方案根据

4、载波相关性将载波分簇，每个载波簇的预编码矩阵由接收端根据容量最大化准则在码本中选择，并利用有限个比特反馈到发射端。发射端通过插值的方法获得所有载波的预编码矩阵。在此方案中，码本的构建通过“矢量量化”方法实现。最后，将空间分集MIMO—OFDM系统基于格拉斯曼装箱的预编码推广到多用户MIMO-OFDMA系统，给出了多用户情况下的一种自适应预编码方案。针对MIMO—STBC系统，在信道均值反馈模型下，以最小化平均误码率为准则，给出了发射端最优波束成形器的设计方法，并讨论了波束上的功率分配方案。在有限反馈模

5、型下，讨论了MIMO-STBC系统的预编码。证明了预编码矩阵码本的设计问题等价为格拉斯曼空间装箱问题，给出了基于最小化符号错西安电子科技大学ISN国家重点实验室MIMO信道预编码技术研究误概率上限的预编码矩阵选择策略。仿真证明，以同样的反馈比特数，有限反馈的预编码方案比天线子集选择方案有明显的性能提升。最后，讨论了基于自动重传请求(ARQ)协议的STBC系统多速率调制问题，给出了固定速率调制和多速率调制的系统吞吐量；并且证明了多速率调制吞吐量的极限为香农容量。关键词：多输入多输出，预编码，信道状态信息

6、，有限反馈，正交频分复用，空时分组码，矢量量化西安电子科技大学ISN国家重点实验室AbstractInmultipleinputmultipleoutput(MiMO)systems，theprecodingschemesatthetransmitter,whichusesthechannelstateinformation(csl)，areproposedtoimprovethespectrumefficiencyandthepowerefficiency．However,inpractice，th

7、eCSIatthetransmitterjsobtainedfromthereceiver,whichresultsinimperfectCSIatthetransmitter．ThisdissertationdealswiththeprscodingproblemsinMIMOsystemswithimperfectCSIatthetransmitterandthemaincontributionsachievedare雏follows．InMlMOsystems，firstly,usingthec

8、hannelmeanfeedbackmodel。weimprovethetraditionalwaterfillingalgorithmandpresentajointpowerallocationandadaptivemodulationscheme．Inthisscheme，thepowerdeterminedbythewaterfillingalgo-rnhmisreallocatedwiththecombinationofadaptivemodu