MIMO-SCFDE系统的自适应传输技术研究

论文摘要

随着无线通信业务的快速发展,如何利用有限的无线资源获得更高的信息传输速率来满足日益增长的业务量需求受到广泛关注。目前,多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）技术和正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）被认为是获得高频谱利用率的两种最有效的方法.又因为MIMO和OFDM分别从空域和频域获得高频谱利用率,因此可以将二者结合起来进一步提高信息传输速率.本论文简单首先简单介绍了分块传输系统和MIMO技术,分析了采用循环前缀（Cyclic Prefix, CP）的分块传输系统如何利用CP将线性卷积转换为循环卷积,介绍了几种MIMO接收机,并且回顾了MIMO系统中的天线选择和预编码技术。发射端利用信道状态信息（Channel State Information, CSI）的自适应技术,通过自适应地改变发送策略可以更好地使用信道,提高信息传输速率或系统性能。本论文总结了现有的单输入单输出（Single-input single-output, SISO）下分块传输系统和MIMO下OFDM系统的自适应传输技术,着重分析了采用自适应技术的MIMO-OFDM系统,其发射端可以利用信道状态信息进行某些预处理,如在空域和频域上进行功率分配和调制方式选择,选择最优的预编码方案,确定最优的beamformer等等,从而获得更好的频谱效率和功率效率。但是,自适应MIMO-OFDM系统性能的提高,需要的反馈信息量大,而且不少自适应算法复杂度高。相对于OFDM,作为另一种分块传输技术的单载波频域均衡（Single Carrier with Frequency Domain Equalization, SC-FDE）除了具有相同的抗多径衰落能力和基本相同的系统复杂性及性能外,还克服了OFDM的峰均比（Peak-to-Average Power Ratio, PAPR）过大的问题。我们小组提出了SISO下,基于最优信号子空间（Optimal Signal Subspace, OSS）的自适应SC-FDE系统,每个频域子信道仅需要1比特CSI回传信息,并且接收端采用简单的迫零均衡（Zero Forcing Equalization）实现系统的差错性能的简单可控,从而显著改善了频域选择性衰落信道的性能。我们希望可以将这一自适应SC-FDE系统扩展到MIMO的工作环境下,并且保留低反馈地复杂性和差错性能简单可控性。利用我们小组已提出的SISO下自适应SC-FDE系统,本论文将其推广到MIMO下,提出了一种低代价的频域子信道选择的自适应MIMO-SCFDE系统,并且给出了MIMO下最优信号子空间的定义及用来确定可用频域子信道数目的SNR准则。考虑到MIMO信道因缺秩或病态造成某频域子信道上的所有空间子信道都不传输信息,丢掉了该频域子信道上好的空间子信道,本论文进一步将预编码技术引入频域子信道选择的自适应MIMO-SCFDE系统,并且每个可用频域子信道上采用相同的预编码矩阵,从而实现每个频域子信道近似1比特反馈信息。并且通过仿真发现,与频域子信道选择的自适应MIMO-SCFDE系统相比,每次信道使用的信息传输速率有明显提高,与基于内插的MIMO-OFDM多模式预编码方案的误比特性能及反馈信息量进行比较,当传输速率和平均发射功率相同时联合预编码和频域子信道选择的自适应MIMO-SCFDE系统在反馈信息量方面优势明显。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 无线通信技术概述
• 1.2 问题的提出
• 1.3 论文安排
• 第二章 分块传输与多输入多输出技术
• 2.1 分块传输系统
• 2.1.1 OFDM
• 2.1.2 SC-FDE
• 2.2 多输入多输出技术
• 2.2.1 MIMO系统信道容量
• 2.2.2 MIMO接收机
• 2.2.3 天线选择
• 2.2.4 预编码技术
• 第三章 自适应分块传输技术
• 3.1 SISO分块传输系统的自适应技术
• 3.2 MIMO-OFDM的自适应技术
• 第四章 低反馈的自适应MIMO-SCFDE系统
• 4.1 频域子信道选择的自适应MIMO-SCFDE系统
• 4.1.1 系统性能分析
• 4.1.2 频域子信道选取准则
• 4.1.3 性能仿真
• 4.2 联合预编码和频域子信道选择的自适应MIMO-SCFDE系统
• 4.2.1 系统性能分析
• 4.2.2 联合预编码矩阵和可用频域子信道确定准则
• 4.2.3 性能仿真
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表