基于有限速率反饋的波束形成和酉預(yù)編碼技術(shù).pdf

1、信道自適應(yīng)技術(shù)可以有效的提高多天線無線通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。但是，在某些應(yīng)用場(chǎng)景中，發(fā)送端不能獲得必要的信道狀態(tài)信息，無法完成發(fā)送模式的自適應(yīng)調(diào)整。解決這個(gè)問題的一種思路是采用基于有限速率反饋的多天線技術(shù)，由接收端將信道狀態(tài)信息反饋給發(fā)送端。近年來的研究表明，基于有限速率反饋的多天線技術(shù)一般僅需要較小的反饋開銷就能夠有效的提高系統(tǒng)的各種性能指標(biāo)，如容量、誤碼率等。本論文針對(duì)基于有限速率反饋的多天線系統(tǒng)進(jìn)行研究，分析系統(tǒng)性能，考慮反饋錯(cuò)誤和

2、反饋延時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響，并提出改進(jìn)系統(tǒng)性能的措施。
　　 論文首先研究了量化波束形成、發(fā)送天線選擇、以及最大比發(fā)送三種發(fā)送分集技術(shù)的誤碼性能。利用基于概率生成函數(shù)的分析方法，推導(dǎo)了適用于以上三種技術(shù)的誤碼率上界。通過對(duì)誤碼率漸進(jìn)性能的分析，證明這個(gè)上界在高信噪比區(qū)域和低信噪比區(qū)域都是漸進(jìn)緊的。但是，在中等信噪比范圍，誤碼率上界的準(zhǔn)確程度受到信道相關(guān)程度的影響。為此，論文還給出了一個(gè)猜想的誤碼率公式，它在各種信道相關(guān)條件下都很緊。<

3、br>　　 其次，論文分析了反饋錯(cuò)誤對(duì)量化波束形成系統(tǒng)的影響，并采用碼字序號(hào)分配技術(shù)補(bǔ)償反饋錯(cuò)誤造成的性能損失。文中將量化波束形成系統(tǒng)中的反饋信道建模為一個(gè)離散無記憶信道。在此模型下，推導(dǎo)了系統(tǒng)平均接收信噪比的閉式的理論結(jié)果。根據(jù)分析結(jié)果提出了基于弦距離的碼字序號(hào)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并用簡(jiǎn)化的二元交換算法實(shí)現(xiàn)碼字序號(hào)方案的優(yōu)化。論文還分析了離散無記憶反饋模型下量化波束形成系統(tǒng)的誤碼性能，證明反饋錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)損失了發(fā)送天線帶來的分集增益。另外，文

4、中對(duì)均勻?qū)ΨQ信道反饋模型進(jìn)行了具體的分析，得到了更簡(jiǎn)潔的信噪比和誤碼率的理論分析結(jié)果。
　　 第三，論文考察了反饋延時(shí)對(duì)量化波束形成系統(tǒng)的影響，并采用線性信道預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)抗反饋延時(shí)。在任意給定的線性預(yù)測(cè)器下，分析了量化波束形成系統(tǒng)的平均接收信噪比和誤碼率。并根據(jù)平均接收信噪比的分析結(jié)果提出了一種預(yù)測(cè)器優(yōu)化方法。為了驗(yàn)證線性預(yù)測(cè)器的有效性，論文還推導(dǎo)了最大化平均接收信噪比的最優(yōu)反饋方案。仿真結(jié)果說明基于線性預(yù)測(cè)的反饋方案基本上獲得了

5、與最優(yōu)反饋方案相同的性能。
　　 最后，論文設(shè)計(jì)了酉預(yù)編碼系統(tǒng)中有記憶的反饋方案。在低速移動(dòng)場(chǎng)景下，無線信道具有較強(qiáng)的時(shí)間相關(guān)性。有記憶的反饋方案可以有效的利用時(shí)間相關(guān)性提供的冗余信息減小反饋開銷和/或提高反饋精度。文中將反饋方案的設(shè)計(jì)看成Grassmann流形上的矢量量化問題，并按照預(yù)測(cè)量化的思路提出了兩種反饋方案。第一種方案將酉預(yù)編碼矩陣轉(zhuǎn)換到Grassmann流形的切空問中進(jìn)行處理，這樣量化反饋就可以通過傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)量化器完