非線性預(yù)編碼技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中，用戶(hù)對(duì)于信息傳輸速率和傳輸質(zhì)量的需求不斷提高，如何在不增加帶寬的前提下來(lái)提高信息傳輸速率和可靠性是下一代無(wú)線通信發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題。在這種情況下，MIMO技術(shù)和中繼技術(shù)逐漸引起了廣泛關(guān)注?？紤]到實(shí)際MIMO系統(tǒng)中接收端處理的高復(fù)雜度，尋求從發(fā)射端對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的技術(shù)勢(shì)在必行。預(yù)編碼技術(shù)通過(guò)在發(fā)射端利用CSI進(jìn)行預(yù)處理，使得發(fā)射信號(hào)與衰落信道相匹配，以達(dá)到消除數(shù)據(jù)流之間干擾并且降低接收端處理復(fù)雜度的目的，從而改善系統(tǒng)

2、誤碼率并提高吞吐率。將預(yù)編碼技術(shù)引入到MIMO和中繼系統(tǒng)中，對(duì)于提高通信質(zhì)量有著重要的意義。本文以非線性預(yù)編碼技術(shù)為研究對(duì)象，研究了非線性收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)方案，以及物理層安全和無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)中非線性預(yù)編碼器的設(shè)計(jì)算法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了線性和非線性預(yù)編碼兩類(lèi)預(yù)編碼技術(shù)的基本模型和矩陣構(gòu)造算法。在線性預(yù)編碼算法中研究了基于ZF準(zhǔn)則，MMSE準(zhǔn)則和基于信道SVD分解的算法，以及在多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)中廣泛使用的BD算法。相

3、較線性預(yù)編碼，非線性預(yù)編碼可以顯著的提升系統(tǒng)性能。我們首先給出了DPC算法作為非線性預(yù)編碼的理論基礎(chǔ)，隨后詳細(xì)介紹了THP算法和VP算法，THP是我們文中重點(diǎn)研究的算法。⑵研究了MIMO協(xié)作中繼系統(tǒng)的魯棒性非線性收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)，通過(guò)聯(lián)合設(shè)計(jì)源節(jié)點(diǎn)預(yù)編碼矩陣、中繼節(jié)點(diǎn)預(yù)編碼矩陣及目的節(jié)點(diǎn)處理矩陣來(lái)最小化系統(tǒng)的MSE。設(shè)計(jì)中釆用統(tǒng)計(jì)誤差模型，分別從發(fā)送端的相關(guān)矩陣為單位陣和接收端的相關(guān)矩陣為單位陣兩種情況進(jìn)行研究。并通過(guò)信道分解等方法，將設(shè)計(jì)問(wèn)

4、題利用迭代法在KKT條件下求解。在此基礎(chǔ)上，我們提出了在發(fā)射端釆用MB策略進(jìn)行傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方案，研究了低復(fù)雜度的MB轉(zhuǎn)換排序矩陣設(shè)計(jì)算法以便于實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)提出了基于最小歐式距離的選擇機(jī)制用于選取最優(yōu)的支路進(jìn)行信號(hào)傳輸。還將MB策略進(jìn)一步推廣應(yīng)用于VP預(yù)編碼的設(shè)計(jì)，提出了基于MMSE準(zhǔn)則的減格輔助MB-VP算法。仿真結(jié)果表明我們提出的算法性能優(yōu)于傳統(tǒng)的收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)算法。⑶對(duì)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射端預(yù)編碼矩陣和接收端處理矩陣進(jìn)行了聯(lián)合設(shè)計(jì)，在考慮

5、發(fā)射端功率約束以及保證合法用戶(hù)QoS性能的前提下，最大化分配到人為干擾上的功率，從而最大程度干擾竊聽(tīng)用戶(hù)的接收。接著將問(wèn)題推廣到MIMO協(xié)作中繼系統(tǒng)中的物理層安全研究中，提出了一種基于人為加擾的魯棒性非線性收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)算法。算法在考慮源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)功率約束的前提下，以最小化合法用戶(hù)MSE為目標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化，并將非凸的優(yōu)化問(wèn)題松弛分解為兩層子問(wèn)題進(jìn)行求解，同時(shí)還研究了如何在中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行AN和消息信號(hào)的最優(yōu)功率分配。仿真結(jié)果驗(yàn)證了我們提出的算

6、法在改善物理層安全方面的有效性。⑷研究了非線性預(yù)編碼技術(shù)在無(wú)線能量傳輸中的應(yīng)用，提出了基于全雙工的無(wú)線能量傳輸中繼系統(tǒng)的魯棒性非線性收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中考慮了新型的傳輸策略，在中繼節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行信息傳輸和能量收集，并在發(fā)射功率受限與釆集能量約束的條件下建立最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型來(lái)最小化系統(tǒng)MSE。模型中將非凸問(wèn)題轉(zhuǎn)換為幾個(gè)并行的子問(wèn)題，釆用交替迭代的方法進(jìn)行求解：給定源節(jié)點(diǎn)THP預(yù)編碼矩陣，中繼節(jié)點(diǎn)預(yù)編碼矩陣，反饋矩陣，可以得到線性接收矩陣的閉式解