無線物理層多播中的預編碼技術研究.pdf

1、隨著現代無線通信技術和無線業(yè)務的不斷發(fā)展，無線通信系統(tǒng)的用戶數目以及服務需求迅猛增長。然而，無線通信系統(tǒng)中可用的頻譜資源卻非常有限。用戶服務需求與頻譜資源之間日益突出的矛盾，促使人們研究和發(fā)展高頻譜利用率的傳輸技術。在這種背景下，無線物理層多播技術應運而生。無線物理層多播是指利用無線信道的廣播特性，由源節(jié)點使用同一無線資源將相同信息同時傳遞給多個目的節(jié)點的傳輸方式。相對于傳統(tǒng)的點對點傳輸方式，物理層多播技術大大節(jié)約了傳輸資源，因此它有效

2、地提高了系統(tǒng)的吞吐量和頻率效率，近年來，逐漸引起了學術界和工業(yè)界的普遍關注。
　　在采用多天線技術的無線通信系統(tǒng)中，當發(fā)送端和接收端都已知信道狀態(tài)信息時，預編碼能夠提高物理層多播系統(tǒng)的頻譜效率和鏈路傳輸可靠性。因此，本文主要研究無線物理層多播系統(tǒng)中的預編碼技術。首先，基于最大化最小用戶信噪比準則，研究了支持單路數據流傳輸的多播波束賦形方法。然后，對于用戶配備多根接收天線的情形，研究了支持雙路數據流傳輸和多路數據流傳輸的多播預編碼方

3、法。本文的主要工作和貢獻如下:
　　1)針對無線物理層多播系統(tǒng)中的單路數據流傳輸問題，分別提出了適合于發(fā)送端配備兩根發(fā)送天線和多于兩根發(fā)送天線的波束賦形方法。
　　當發(fā)送端配備兩根天線時，通過刻畫出用戶的信噪比矢量的可行域，將復矢量優(yōu)化問題轉化成了一個實矢量優(yōu)化問題，從而可以采用假設檢驗的方式搜索到全局最優(yōu)的波束賦形矢量。與此同時，為了減小窮舉搜索的復雜度，提出了一種高效的剪枝搜索算法，并給出了它的復雜度分析。
　　當

4、發(fā)送端配備多于兩根天線時，提出了一種優(yōu)化波束賦形矢量的迭代算法。在每一步迭代中，將原波束賦形矢量優(yōu)化問題降維成一個兩發(fā)送天線問題，從而可以利用剪枝搜索算法求解，最終獲得接近最優(yōu)的波束賦形矢量。
　　仿真實驗的結果表明，本文提出的波束賦形方法具有性能接近最優(yōu)、且復雜度較低的特點。
　　2)針對無線物理層多播系統(tǒng)中的雙路數據流傳輸問題，分別提出了適合于迫零判決反饋均衡(ZF-DFE)接收機和最小均方誤差判決反饋均衡(MMSE-D

5、FE)接收機的高效預編碼方法。
　　對于多播用戶采用ZF-DFE接收機的場景，為保證所有數據流的接收質量，采用最大化所有用戶的數據流的最小信噪比準則設計酉預編碼矩陣。通過刻畫出兩個數據流的信噪比矢量的可行域和相互關系，將矩陣優(yōu)化問題轉化成了一個實矢量優(yōu)化問題，并且采用梯度迭代算法獲得酉預編碼矩陣。
　　對于多播用戶采用MMSE-DFE接收機的場景，采用最大化所有用戶的數據流的最小信干噪比準則設計預編碼矩陣。在這個問題中，預編

6、碼矩陣可寫成轉換矩陣和旋轉矩陣的乘積。因此，該問題可分成兩步進行處理。首先，基于最大化多播信道的可達速率這一準則，求出對應的轉換矩陣。然后，在給定轉換矩陣后，采用基于梯度更新的迭代算法求解旋轉矩陣。特別的，對于兩個用戶的特殊場景，可以利用兩個數據流的信干噪比特性直接構造出旋轉矩陣。
　　理論分析和仿真實驗證實了所提出的預編碼方法不僅實現了較優(yōu)的多播可達速率，而且其誤符號率低于現有的方法。
　　3)針對無線物理層多播系統(tǒng)中的多

7、路數據流傳輸問題，分別提出了適合于平坦衰落多播信道的酉預編碼方法和適合于頻率選擇性衰落多播信道的FIR預編碼方法。
　　對于平坦衰落的多播信道，研究了基于最大化所有用戶的數據流的最小信噪比準則的酉預編碼設計問題。基于這個問題的特殊結構，采用Givens旋轉的方式迭代更新酉預編碼矩陣。在每一步迭代中，將多路數據流傳輸問題轉化成雙路數據流傳輸問題，從而可以利用雙路數據流時的算法進行求解，最后獲得接近最優(yōu)的酉預編碼矩陣。
　　對于