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《电子科技大学》 2010年
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基于有限反馈的MIMO系统线性预编码研究

董芃  
【摘要】: 从信息论的角度,很早便有研究指出在发射端和接收端配置多根天线可以带来相对于单天线系统可观的容量增益。由多天线系统带来的空间分集能够提高系统的可靠性,同时为了利用由空分复用带来的频谱效率提升,预编码技术作为一种分集和复用的平衡(trade-off)方法被深入的研究和广泛的使用。要充分发挥预编码技术的优势,发送端信道状态信息(CSIT)的获取就尤为重要。本文正是在这样的一个背景下对基于有限反馈技术的MIMO系统线性预编码技术进行了研究。首先本文从信息论的角度说明发送端的信道状态信息CSIT对MIMO系统的容量提升具有重要的作用,利用CSIT进行线性预编码的设计是研究的主要方向,同时也引出一个新的问题:如何在发送端获取CSIT。在大多数的通信系统中,由于信道的互反性原理无法实现(例如典型的频分复用FDD系统),所以要在发送端得到信道状态信息,只能通过反馈的方式。反馈完全的信道信息是不现实的,这将占用大量的反向链路资源。因此,有限反馈技术的运用将解决如何获取CSIT的问题。本文对目前主要的利用有限反馈技术来解决MIMO系统中线性预编码的问题的方法进行了介绍,随后又重点研究了一种典型的基于有限反馈的预编码方案——基于Grassmann流形码本的线性预编码。文章从预编码矩阵的选择准则入手,通过建立预编码矩阵在Grassmann流形中的数学模型以及解决如何设计码本的问题,详尽的描述了这种方案的理论基础,并且通过数据仿真对不同预编码准则,不同码本大小等因素对性能的影响进行了比较和分析。 反馈量的大小对反向链路的影响是不能忽视的,因此,如何在保证系统性能的前提减少反馈量是本文研究的重点之一。本文在随后的章节中利用一个新的数学工具——子空间跟踪方法来解决这个问题。同样是在Grassmann流形中对预编码矩阵进行数学模型的建立,本文从另外一个角度分析了预编码矩阵的生成方法,并且对其性能和关键系数进行了数据仿真和分析比较。 经过了上述的理论基础的描述和分析,本文提出了一种新的能够根据不同的信道时变特性来调整反馈量的线性预编码方案。这个方案中将Grassmann流形码本和子空间跟踪方法相结合,得到一个最佳的预编码矩阵反馈回发送端,能够减少反馈量,从而减少对反向链路的影响,同时保证整个系统的性能。本文通过数据仿真的结果证明了上面的结论,并且进行了分析,说明了新的预编码方案能够在不同的信道时变特性下都获得较好的性能,在性能和反馈消耗方面取得了良好的均衡。 最后本文对整个研究进行了总结,并且对下一步的研究提出了自己的建议。
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