基于信道互易性的波束成形算法研究.pdf

1、近十幾年中，對多輸入多輸出（Multi-Input Multi-Output，MIMO）無線通信系統(tǒng)中的空時編碼與波束成形技術(shù)的研究已表明，在發(fā)送端利用先驗信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI），可采用閉環(huán)MIMO中的波束成形或預(yù)編碼技術(shù)進一步改善鏈路傳輸質(zhì)量，增加系統(tǒng)容量。并且，這兩項MIMO技術(shù)已經(jīng)在第三代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及其長期演進（Long Term Evolution，LTE）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中得到

2、應(yīng)用。
　　本文圍繞LTE后續(xù)演進系統(tǒng)（LTE-Advanced，LTE-A）中基于信道互易性的波束成形這一關(guān)鍵技術(shù)，主要研究了較為典型的幾類波束成形算法，并且以最具代表性的特征波束成形（Eigen Based Beamforming，EBB）算法為例，分析了由天線校準(zhǔn)誤差所引發(fā)的不完美信道互易性對其性能的影響。考慮到多個子載波或資源塊的聯(lián)合操作，提出了一種新的用于降低波束成形復(fù)雜度的基于一階擾動補償?shù)奶卣鞑ㄊ尚危‵irst O

3、rder Perturbation Compensation based EBB，F(xiàn)OPC-EBB）算法，并且通過計算機仿真對以上的每一類算法均進行了驗證和分析。
　　第一章主要概述了波束成形的基本概念和思想，并且詳細(xì)地討論了時分雙工（Time Division Duplex，TDD）系統(tǒng)中獲取下行鏈路CSI的兩種方法—通過反饋以及通過信道互易性原理。
　　第二章針對3GPP LTE標(biāo)準(zhǔn)的MIMO-OFDM下行系統(tǒng)模型，闡述

4、了基于非碼本的波束成形操作。首先基于兩類不同的矩陣分解方法，分別討論了較為典型的兩種波束成形技術(shù)—特征波束成形技術(shù)EBB、幾何均值分解（Geometric Mean Decomposition，GMD）波束成形技術(shù)。然后討論了直接對信道矩陣求偽逆用作預(yù)編碼信息的信道反轉(zhuǎn)（Channel Inversion，CI）技術(shù)。最后討論了引入求模運算的非線性的湯姆林森-哈拉?，旑A(yù)編碼技術(shù)（Tomlinson Harashima Precoding

5、，THP）。通過在空間信道模型（Spatial Channel Model，SCM）下的性能仿真及分析，比較了各種不同波束成形方法的容量及誤碼率性能。
　　第三章主要研究了TDD系統(tǒng)中的天線校準(zhǔn)技術(shù)、校準(zhǔn)誤差的建模以及將校準(zhǔn)誤差引入系統(tǒng)后對下行波束成形容量性能的影響。在簡述天線校準(zhǔn)的基本原理之后，給出了一種引入校準(zhǔn)誤差的波束成形問題的系統(tǒng)建模方法；然后，分別考慮了基站端和用戶端各自出現(xiàn)校準(zhǔn)誤差的兩種情形，再對波束成形技術(shù)的設(shè)計及有