多天線通信系統(tǒng)中有限反饋技術(shù)研究.pdf

1、MIMO技術(shù)利用增加天線對而不是額外的帶寬來成倍提高數(shù)據(jù)速率,能很好解決無線頻譜資源短缺的問題,成為下一代無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。當發(fā)射端已知信道狀態(tài)信息(CSI)時,MIMO系統(tǒng)能通過發(fā)射預(yù)處理來進一步提升性能,在頻分雙工(FDD)系統(tǒng)中,發(fā)射端信道狀態(tài)信息(CSIT)通過有限速率的反饋鏈路獲得,研究如何反饋并利用CSI的有限反饋技術(shù)已成為多天線通信系統(tǒng)的熱點和重點。
　　 在MIMO—OFDM系統(tǒng)及多用戶MIMO系統(tǒng)中,CS

2、I的反饋量隨著天線數(shù)量、子載波數(shù)量、用戶數(shù)量急速增長,如何有效降低反饋量來提高系統(tǒng)吞吐量是一個亟待解決的重要問題。本文圍繞這一問題展開討論,簡單綜述了MIMO系統(tǒng)有限反饋技術(shù)的基本原理及研究現(xiàn)狀,并重點研究了時間相干MIMO系統(tǒng)、MIMO-OFDM系統(tǒng)和多用戶MIMO系統(tǒng)中的有限反饋技術(shù),所作的主要創(chuàng)新工作如下:
　　 針對時間相干信道MIMO系統(tǒng),提出了三種有限反饋方法。首先,提出了一種基于鄰域的有限反饋方法,包括周期性反饋和

3、自適應(yīng)反饋兩種方案,利用前一幀碼字的鄰域內(nèi)碼字組成當前幀的新碼書,從而大幅度降低反饋比特數(shù),相比現(xiàn)有的基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率的反饋方法,該方法實現(xiàn)簡單且性能近似。隨后,提出了一種基于樹結(jié)構(gòu)碼書的有限反饋方法,將當前幀信道向量量化到前一幀碼字的子碼字上,在信道相干性較強時該方法能有效提高CSI量化精度并改善BER性能。最后,提出了一種基于信道預(yù)測的有限反饋方法,每隔多個數(shù)據(jù)幀才反饋一次CSI,并以BER最小化準則選擇最優(yōu)CSI碼字,采用自回歸預(yù)

4、測模型來補償反饋時延帶來的性能損失,在所提反饋方法中性能最優(yōu),同等反饋速率下性能優(yōu)于現(xiàn)有的基于馬爾科夫鏈的反饋方法。
　　 針對MIMO-OFDM系統(tǒng),提出了三種有限反饋方法。首先,提出了一種基于平均信道響應(yīng)的分簇算法,將簇內(nèi)平均CSI進行量化,并給出了該算法與其他分簇算法的計算復(fù)雜度比較,仿真結(jié)果表明信道均值分簇算法能在性能和復(fù)雜度之間很好折中。隨后,在分簇算法的基礎(chǔ)上提出了兩種反饋降低方法,能充分利用相鄰簇碼字之間的相關(guān)性來

5、進一步降低反饋量,包括遞歸反饋和基于格的反饋兩種方案,前者實現(xiàn)簡單但有輕微性能損失,后者幾乎沒有性能損失但實現(xiàn)復(fù)雜。最后,針對時間相干MIMO-OFDM系統(tǒng),提出了一種在時頻域二維分簇的有限反饋方法,將分簇思想拓展到時間域,對整個時頻資源塊進行分簇,并給出了不同優(yōu)化準則下的二維分簇算法的性能比較。
　　 針對下行多用戶MIMO系統(tǒng),比較了幾種經(jīng)典的SDMA系統(tǒng)性能,并提出了一種多用戶調(diào)度算法和一種反饋方法。首先,介紹了多用戶機會

6、波束成形系統(tǒng)、PU2RC系統(tǒng)、多用戶預(yù)編碼系統(tǒng)及各自的多用戶調(diào)度方法,比較及分析了這些有限反饋系統(tǒng)的仿真結(jié)果,并得出一些重要的結(jié)論。其次,針對ZF—SDMA系統(tǒng),提出了兩種改進的貪婪調(diào)度算法,相比現(xiàn)有的半正交用戶選擇(SUS)調(diào)度算法,這些調(diào)度算法能確保調(diào)度到最多的用戶,且不存在參數(shù)設(shè)置的難題,在用戶數(shù)較少時改進的空間相關(guān)性最小化貪婪調(diào)度優(yōu)于SUS調(diào)度。最后,針對ZF-SDMA系統(tǒng),提出了一種基于分級量化的多用戶有限反饋方法,對用于多用