無線中繼網(wǎng)絡(luò)與重傳系統(tǒng)中MIMO預(yù)編碼理論方法研究.pdf

1、飛速發(fā)展的寬帶和多天線技術(shù)通過深入挖掘頻率和空間無線資源為無線移動(dòng)用戶以每秒百兆甚至千兆比特速率的通信提供了扎實(shí)的理論支撐。對無線通信高傳信率、高頻譜效率追求的同時(shí)，由于移動(dòng)通信環(huán)境復(fù)雜多變，人們也一直關(guān)注如何保障處于陰影衰落以及處于非直接覆蓋下的用戶的高質(zhì)量通信。中繼技術(shù)與混合重傳技術(shù)是解決上述困難的有效途徑。在多天線系統(tǒng)中如何充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢是文本研究的重點(diǎn)。
　　 論文首先研究了如何為帶有多服務(wù)的中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中繼預(yù)編碼。

2、具體來說，我們在普通三節(jié)點(diǎn)中繼系統(tǒng)中引入額外的一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。該目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)間有一條直接的且需要保障通信質(zhì)量的鏈路。我們的目標(biāo)是通過合理地設(shè)計(jì)目標(biāo)一與目標(biāo)二的預(yù)編碼器，在保障目標(biāo)二原有通信速率的同時(shí)盡可能提高對目標(biāo)一節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)率。論文中對上述四節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行分割，并將其轉(zhuǎn)化成大家熟知的廣播信道模型與三節(jié)點(diǎn)中繼模型。對于廣播信息模型，我們提出了一種迭代調(diào)水算法可以高效地逼近兩用戶在指定編碼順序條件下的廣播信道容量域邊界點(diǎn);對于三節(jié)點(diǎn)

3、中繼信道模型，我們在不同的約束條件下為目標(biāo)—優(yōu)化了預(yù)編碼矩陣。仿真結(jié)果表明了我們所提出的算法能夠充分利用多天線技術(shù)優(yōu)勢獲得比傳統(tǒng)的時(shí)分復(fù)用方案更大的容量域。
　　 論文而后研究在混合重傳系統(tǒng)中如何保證重傳質(zhì)量的同時(shí)提高系統(tǒng)傳輸效率。論文提出了“分享重傳”的概念，在保證接收端對重傳符號處理后的信噪比不低于目標(biāo)值的前提下對重傳信號進(jìn)行了線性壓縮。然后將壓縮后的重傳信號“搭載”入新數(shù)據(jù)中并通過不同的正交子信道傳輸，從而提高了系統(tǒng)的傳輸

4、效率。論文提出了一整套基于VBLAST方式發(fā)送和判決反饋均衡器的收發(fā)信機(jī)實(shí)現(xiàn)方案。該方案中我們以保障重傳后符號信噪比的最小性能為約束條件，利用Cholesky分解推導(dǎo)出一套迭代算法。數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的有效性。
　　 論文隨后探討了三節(jié)點(diǎn)中繼模型中傳輸非高斯信源時(shí)的源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)預(yù)編碼矩陣的聯(lián)合設(shè)計(jì)。論文首先在一些假定條件下證明了中繼以及源節(jié)點(diǎn)預(yù)編碼的功率分配矩陣是中繼信道互信息量的凸函數(shù)，而后推導(dǎo)出了中繼節(jié)點(diǎn)預(yù)編碼矩陣

5、的最佳左矩陣。根據(jù)中繼系統(tǒng)有、無直達(dá)徑，我們分別對預(yù)編碼矩陣的各個(gè)組成結(jié)構(gòu)做相應(yīng)的限制，利用梯度算法搜索出源與中繼節(jié)點(diǎn)最佳預(yù)編碼。數(shù)值仿真表明針對非高斯信源優(yōu)化設(shè)計(jì)出的預(yù)編碼矩陣的性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)采用高斯信源輸入假設(shè)下所設(shè)計(jì)出的預(yù)編碼矩陣。這一研究結(jié)果表明在實(shí)際系統(tǒng)中非高斯信源輸入下有必要針對信源的類型做預(yù)編碼器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 論文最后著重研究在混合重傳系統(tǒng)中如何為非高斯信源設(shè)計(jì)混合重傳預(yù)編碼。論文首先在無結(jié)構(gòu)約束的多天線混合

6、重傳系統(tǒng)中探討預(yù)編碼矩陣的設(shè)計(jì)。與第五章中繼系統(tǒng)的處理方式類似，論文證明重傳預(yù)編碼陣的功率分配矩陣是重傳信道互信息量的凸函數(shù)，并且重傳預(yù)編碼矩陣的左矩陣依舊可以選擇信道矩陣的右矩陣。數(shù)值仿真同樣充分地驗(yàn)證了針對非高斯信源所設(shè)計(jì)的預(yù)編碼器的優(yōu)異性能。本章第二部分進(jìn)一步研究了在并行信道下重傳信號的最佳功率分配問題。論文利用發(fā)送信號最小均方估計(jì)誤差與信道互信息量之間所特有的關(guān)系通過圖解法分別研究單個(gè)符號單次傳輸以及多次重傳。論文將該研究方法推