多用户MIMO信道预编码技术研究

论文摘要

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。而在多用户MIMO系统中,一个主要的问题就是消除各个用户信号之间的相互干扰。在下行链路中,由于各个移动台之间地理位置上是分散的,移动台之间无法实现相互协作,因此不能利用上行链路中使用的接收算法联合检测出发射信号。此时可以在发射端对CSI加以利用,采用多用户MIMO系统预编码技术,对发射信号进行预处理,使各用户接收到“纯净”的不受其它用户干扰的信号,从而也大大简化了接收机实现的复杂度,具有很大的应用价值。本文首先介绍了线性预编码技术,给出了一种可以完全消除各用户间干扰的线性预编码技术,这种方法特别适合低噪声或者高功率的情形。但是这种技术并不能使系统容量随着天线数min（ nt , nr ）的增加而线性增加。针对这一问题,论文给出了一种存在少量用户间干扰的线性预编码技术,主要是基于MMSE准则实现的。这种方法可以使系统容量随着min（ nt , nr ）的增加而线性增加,但是仍不能达到系统的速率和容量（sum-rate capacity）。另外论文还介绍了脏纸编码的概念,重点介绍了各种非线性预编码技术。主要是基于迫零、最小均方误差准则的Tomlinson-Harashima预编码技术以及矢量预编码技术。这些预编码技术虽然相对线性预编码技术实现起来复杂,但是可以使信道容量达到多天线多用户高斯广播信道的上限,并且可以采用“best-first”排序算法对预编码顺序进行排序,进一步改善系统的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线通信发展概况
• 1.2 多用户MIMO 系统
• 1.2.1 MIMO 系统的引入
• 1.2.2 多用户MIMO 系统
• 第二章 基础理论
• 2.1 MIMO 信道模型
• 2.2 MIMO 系统容量
• 2.2.1 信道状态信息
• 2.2.2 单用户MIMO 系统容量
• 2.2.3 多用户MIMO 广播信道系统容量
• 2.3 空间分集、空间复用技术
• 2.4 信号星座
• 第三章 单天线用户的多用户MIMO 系统预编码
• 3.1 线性预均衡
• 3.1.1 线性预均衡原理
• 3.1.2 线性预均衡仿真
• 3.2 脏纸编码
• 3.2.1 脏纸编码原理
• 3.2.2 脏纸编码应用
• 3.3 迫零Tomlinson-Harashima 预编码
• 3.3.1 迫零Tomlinson-Harashima 一般结构
• 3.3.2 采用“best-first”排序算法的迫零Tomlinson-Harashima 预编码结构.
• 3.3.3 各子信道具有相同信噪比的迫零Tomlinson-Harashima 预编码算法
• 3.3.4 满足各个子信道任意信噪比要求的迫零Tomlinson-Harashima 预编码算法
• 3.3.5 仿真结果分析
• 3.4 最小均方误差Tomlinson-Harashima 预编码
• 3.4.1 MMSE-Tomlinson-Harashima 预编码
• 3.4.2 采用“best-first”排序的MMSE-Tomlinson-Harashima 预编码
• 3.4.3 仿真结果分析
• 3.5 矢量预编码
• 第四章 多天线用户的多用户MIMO 系统预编码
• 4.1 信道块对角化（BD）
• 4.2 块对角化和MMSE-Tomlinson-Harashima 预编码相结合
• 4.3 连续最优化（SO）
• 4.4 连续最优化和Tomlinson-Harashima 预编码相结合
• 4.5 仿真结果分析
• 第五章 非理想CSI 多用户MIMO 系统预编码
• 5.1 线性预编码
• 5.2 非理想CSI 的Tomlinson-Harashima 预编码
• 5.3 仿真结果分析
• 第六章 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步研究工作展望
• 6.2.1 容量
• 6.2.2 非理想信道状态信息
• 6.2.3 资源的分配
• 6.2.4 调度
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果