【摘要】：多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系統(tǒng)發(fā)射端已知信道狀態(tài)信息時(shí),能運(yùn)用信道自適應(yīng)技術(shù)提高系統(tǒng)性能。在頻分復(fù)用系統(tǒng)中,MIMO有限反饋及相關(guān)技術(shù)成為制約其獲得更高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素且已被廣泛研究。隨著MIMO技術(shù)的發(fā)展,該領(lǐng)域研究對象開始聚焦在信道時(shí)空相關(guān)MIMO系統(tǒng)以及新硬件架構(gòu)MIMO系統(tǒng)。本文圍繞MIMO預(yù)編碼有限反饋系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)展開研究,具體研究內(nèi)容和主要貢獻(xiàn)如下所述。(1)針對毫米波大規(guī)模MIMO混合預(yù)編碼有限反饋系統(tǒng)下高效信道估計(jì)問題,利用MIMO虛擬信道模型對具有一定角度擴(kuò)展的毫米波大規(guī)模MIMO信道進(jìn)行分析,闡述其角度域等效信道矢量化后具有鏈?zhǔn)綁K稀疏結(jié)構(gòu)且塊內(nèi)數(shù)據(jù)具有一定相關(guān)性;設(shè)計(jì)基于矩陣分解的信號預(yù)處理方法,將該系統(tǒng)基于訓(xùn)練的信道估計(jì)問題建模為塊稀疏信號重構(gòu)問題;提出一種基于塊稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的信道估計(jì)算法,并給出該算法下塊數(shù)據(jù)尺寸的估算方法。仿真數(shù)據(jù)表明,在一定信道訓(xùn)練序列長度下,該信道估計(jì)算法能利用毫米波大規(guī)模MIMO信道結(jié)構(gòu)化稀疏特點(diǎn)提高信道估計(jì)的性能,相比現(xiàn)有算法更適用低信噪比場景。(2)針對毫米波大規(guī)模MIMO混合預(yù)編碼有限反饋系統(tǒng)中量化碼本的設(shè)計(jì)問題,從毫米波大規(guī)模MIMO信道空間稀疏結(jié)構(gòu)出發(fā),分析了在陣列響應(yīng)矢量組成的完備字典下最優(yōu)預(yù)編碼矢量的稀疏表示具有聯(lián)合稀疏特性;運(yùn)用字典學(xué)習(xí)思想,將模擬和數(shù)字預(yù)編碼器量化碼本設(shè)計(jì)問題建模為聯(lián)合優(yōu)化問題,并給出一種逐碼字優(yōu)化的迭代算法生成任意尺寸和相位分辨率的模擬預(yù)編碼器量化碼本;對于本文碼本聯(lián)合優(yōu)化問題中的基跟蹤算法設(shè)計(jì),給出一種基于聯(lián)合稀疏的混合預(yù)編碼設(shè)計(jì)方案。仿真數(shù)據(jù)表明,聯(lián)合使用本文提出的碼本設(shè)計(jì)方案和混合預(yù)編碼算法能獲得一定系統(tǒng)性能提升。(3)針對毫米波大規(guī)模MIMO混合預(yù)編碼系統(tǒng)中信道狀態(tài)信息的高效反饋策略問題,考慮到增加射頻鏈路數(shù)目是一種提高該系統(tǒng)性能的有效策略,分析此時(shí)最優(yōu)預(yù)編碼器矩陣在由陣列響應(yīng)矢量組成的碼本下將具有近似的塊稀疏表達(dá),將混合預(yù)編碼器設(shè)計(jì)問題建模為塊稀疏近似表示問題;給出了一種基于貪婪分簇思想的混合預(yù)編碼器設(shè)計(jì)算法;針對該預(yù)編碼算法中參數(shù):塊稀疏表達(dá)矩陣中非零行矢量塊個數(shù)和系統(tǒng)取得次優(yōu)性能所需射頻鏈個數(shù),給出一種基于信道子簇間關(guān)系的近似估算方法。仿真數(shù)據(jù)表明,在適當(dāng)參數(shù)下,本文混合預(yù)編碼有限反饋方案既能有效降低反饋模擬預(yù)編碼器信息所需的比特量,又能獲得接近于已有混合預(yù)編碼算法的系統(tǒng)性能。(4)針對信道時(shí)間相關(guān)MISO系統(tǒng)自適應(yīng)差分反饋策略中碼本設(shè)計(jì)問題,給出了兩種球帽差分碼本構(gòu)造方法,其一:以格拉斯曼碼本為基碼本,由其碼字經(jīng)矢量線性和旋轉(zhuǎn)運(yùn)算得到,其二:由中心碼字和兩個對應(yīng)不同半徑的極帽碼本組成,故稱為雙極帽碼本;給出兩種差分碼本隨時(shí)間變化的球帽半徑估算方法,其中針對第一種球帽碼本方案,從碼本構(gòu)造方法入手推導(dǎo)出能更快地趨于穩(wěn)定的差分碼本球帽半徑計(jì)算方法。仿真數(shù)據(jù)表明,基于本文球帽碼本的自適應(yīng)差分反饋策略能獲得隨時(shí)間增加并趨于穩(wěn)定的系統(tǒng)容量,并且整體性能較現(xiàn)有算法有一定提升。
【圖文】：

１．１．１邋ＭＩＭＯ技術(shù)及發(fā)展逡逑多輸入多輸出（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋Ｉｎｐｕｔ邋Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋Ｏｕｔｐｕｔ，邋ＭＥＭＯ邋）技術(shù)是指通信系統(tǒng)收逡逑發(fā)兩端都配備多個天線來實(shí)現(xiàn)信號無線傳輸，如圖１－１所示＋３］。早期ＭＩＭＯ技術(shù)逡逑在通信系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中于無線通信系統(tǒng)收發(fā)單端配置天線陣列，直到上世紀(jì)逡逑９０年代，學(xué)者們給出在無線通信系統(tǒng)收發(fā)機(jī)都配置多天線的思想，以求獲得更高逡逑數(shù)據(jù)傳輸速率［４］。針對多天線復(fù)高斯衰落信道，學(xué)者Ｔｅｌａｔａｒ在文獻(xiàn)［５］中論述了利逡逑用多天線改善無線通信系統(tǒng)性能的理論依據(jù)，并詳細(xì)分析了該信道的系統(tǒng)容量。逡逑同時(shí)期，頻譜效率可達(dá)１０－２０ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ的分層空時(shí)Ｖ－ＢＬＡＳＴ系統(tǒng)［６］由貝爾實(shí)驗(yàn)室開逡逑發(fā)成功。基于這些早期的基礎(chǔ)性研究，ＭＩＭＯ技術(shù)已經(jīng)取得了極大發(fā)展。在近三逡逑十年來通信技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，，ＭＩＭＯ及其相關(guān)技術(shù)己被業(yè)界公認(rèn)為是提高系統(tǒng)通逡逑信性能的無線通信核心技術(shù)之一邋［１＿３］。逡逑Ｓ７邋—＾邐邐邐？邋Ｖ７逡逑————逡逑Ｔ邐空時(shí)合并逡逑編碼邋＿＿邐ｙｈ１Ｎｙｒ邋＿邐處理逡逑比特流比特流逡逑付萬映射ｎ廠．．解符號映射逡逑空時(shí)預(yù)處理邐解碼逡逑圖１－１邋ＭＩＭＯ無線通信系統(tǒng)示意圖［２］逡逑如圖１邋－１

圖１－２邋ＭＩＭＯ有限反饋系統(tǒng)示意圖逡逑（１）發(fā)射端信道自適應(yīng)傳輸技術(shù)逡逑采用ＭＩＭＯ系統(tǒng)信道自適應(yīng)技術(shù)，發(fā)射端和接收端能利用信道空時(shí)衰空時(shí)域信號處理算法對發(fā)射信號和接收信號聯(lián)合設(shè)計(jì)，獲取更高的系和通信可靠性［５２］。ＭＩＭＯ系統(tǒng)信道自適應(yīng)技術(shù)主要包括：功率分配技調(diào)制技術(shù)、預(yù)編碼技術(shù)、天線選擇以及多用戶調(diào)度技術(shù)等［５２］，這些技得深入研究。逡逑１）功率分配技術(shù)：在ＭＩＭＯ系統(tǒng)中可以根據(jù)ＣＳＩＴ，給每流數(shù)據(jù)合理率能獲得系統(tǒng)容量的提升。對于ＳＵ－ＭＩＭＯ系統(tǒng)，文獻(xiàn)［５，１２］指出：系分別以信道矩陣的左右奇異矢量實(shí)現(xiàn)信號接收和發(fā)送，則ＭＩＭＯ信道并行無干擾信道，再由功率注水算法對每個等效信道進(jìn)行功率分配可最大容量。對于多用戶ＭＩＭＯ系統(tǒng)，文獻(xiàn)［１１，１３－１５］研究了多址接入信道的系統(tǒng)容量，并指出通過迭代功率注水算法可達(dá)系統(tǒng)最大和容量。述知，功率分配技術(shù)是提升ＭＩＭＯ系統(tǒng)可達(dá)容量的重要途徑。逡逑２）自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)：在ＳＵ－ＭＩＭＯ系統(tǒng)的多特征模式發(fā)射中，發(fā)
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN919.3

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本文編號：2665816