MIMO通信系統(tǒng)中低復(fù)雜度預(yù)編碼技術(shù)研究.pdf

1、無線通信的飛速發(fā)展使頻譜資源變得十分緊張，多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)被普遍認(rèn)為是解決這一問題的有效手段。研究發(fā)現(xiàn)，作為MIMO系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，預(yù)編碼是提高系統(tǒng)頻譜效率、增強(qiáng)鏈路可靠性等方面的重要保證。但很多預(yù)編碼優(yōu)化問題是非凸優(yōu)化問題且屬于非確定性多項式難題(NP-hard)，復(fù)雜度極高，因此研究這些問題的低復(fù)雜度解決方案具有重要意義。
　　 本文在對現(xiàn)有的預(yù)編碼技術(shù)的廣泛調(diào)研和深入分析的基礎(chǔ)上，指出目前點(diǎn)對點(diǎn)預(yù)編碼方法的

2、兩個關(guān)鍵性難題為：1）對平坦衰落信道，最大似然接收機(jī)下的最小歐氏距離預(yù)編碼優(yōu)化問題，目前尚無普適的低復(fù)雜度解法；2)對于頻率選擇性衰落信道，F(xiàn)IR預(yù)編碼器可在寬頻帶內(nèi)利用FIR濾波器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對輸入序列連續(xù)處理，但現(xiàn)有算法無法獲得最大的信道容量。圍繞這兩個難題，本文的創(chuàng)新工作主要體現(xiàn)在如下兩個方面：
　　 ●基于曲面膨脹的最小距離MIMO預(yù)編碼算法。該算法建立在以下事實(shí)基礎(chǔ)上：1）將預(yù)編碼矩陣限制為實(shí)值矩陣對整體性能的影響極小；2

3、）實(shí)對稱矩陣與空間中的二次曲面（曲線）具有確定的對應(yīng)關(guān)系。因此，該算法的新穎特征在于它從幾何觀點(diǎn)出發(fā)，將預(yù)編碼矩陣的非凸優(yōu)化求解轉(zhuǎn)化為尋找空間中依特定條件膨脹的二次曲面（曲線），且基于這種曲面（曲線）膨脹思想較易獲得關(guān)于最小歐氏距離的閉合表達(dá)式，從而可獲得較好的BER性能并有效降低算法復(fù)雜度。基于曲面膨脹的思想，本文分別提出一種適合雙路和三路數(shù)據(jù)流傳輸?shù)腗IMO預(yù)編碼新算法。仿真實(shí)驗表明，本文提出的算法可以顯著改善系統(tǒng)的BER性能，且具

4、有較低的在線計算復(fù)雜度。
　　 ●適合MIMO頻率選擇性衰落信道的FIR預(yù)編碼器。本文提出一種在平均功率約束下以最大化信道容量為目標(biāo)、適用于MIMO頻率選擇性衰落信道的預(yù)編碼新方法。該方法把預(yù)編碼器建模為一個低階FIR濾波器，將原容量最大化非凸優(yōu)化問題松弛為一個可在多項式時間內(nèi)求解的SDP優(yōu)化問題，并提出了一種基于特征值分解的直接抽取算法來獲得原問題的近似最優(yōu)解。仿真實(shí)驗和分析證明：1）利用矩陣秩松弛，將原非凸優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為SD

5、P問題進(jìn)行求解，是設(shè)計低階FIR預(yù)編碼器的有效途徑；2)與已有算法相比，該算法可以顯著提升系統(tǒng)的信道容量，尤其當(dāng)預(yù)編碼器階數(shù)等于信道徑數(shù)時，該方法可近似達(dá)到理論信道容量。為了改善直接抽取法能量損失帶來的性能損失，本文還提出一種基于高斯抽樣的改進(jìn)算法。根據(jù)具體的信道條件合理選擇兩種實(shí)現(xiàn)算法，本文提出的FIR預(yù)編碼算法可以最大限度的優(yōu)化系統(tǒng)的信道容量，同時保持較低的運(yùn)算復(fù)雜度。由于FIR預(yù)編碼算法對數(shù)據(jù)塊的結(jié)構(gòu)無任何要求，因此具有較低的實(shí)現(xiàn)