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基于预测技术的无线资源管理研究

吴宝学  
【摘要】:未来的移动通信系统正在朝着高速、宽带、大容量、多业务、低成本的方向发展,以期望获得更高的数据速率和更好的用户服务质量,满足视频、电话会议等多媒体服务的需求。多入多出-正交频分复用(MIMO-OFDM)是未来移动通信必然要采用的高速数据传输技术,其被业界认为是未来第四代移动通信系统的主要物理层技术。已经被证实预编码/波束赋形和自适应调制在获得实时有效的信道状态信息(CSI)的时候能够提高MIMO-OFDM系统的性能。然而,信道的时变特性和CSI获取时延往往导致发送端的CSI具有滞后性和不准确性,传统系统中信道估计只能获得当前的CSI,这将导致以CSI为基础的无线资源管理方案带来严重的性能损失。信道预测技术被认为是一种能够有克服这一影响的方法,可以为系统提供准确及时的CSI。大量的调研发现目前的信道预测算法要么是计算复杂度高没有实际应用意义,要么是没有完全考虑到信道的时间、频率、空间的三维相关特性。 本论文基于上述问题,针对信道预测技术及其在MIMO-OFDM系统中的应用做了深入的研究。 首先,对MIMO-OFDM系统及其关键技术进行了研究和分析,然后介绍了无线信道的传播特性,对时变信道特性进行了分析。在MIMO系统中分析了CSI对系统性能的重要作用,当前无线资源调配与管理的技术都是基于完美CSI假设,然而,实际系统中由于处理延时、反馈延时以及信道的时变性,这将致使发送端获得的CSI具有滞后性和不准确性,导致系统性能受到巨大损失。然后,给出了时变信道下CSI滞后性和不准确性对系统性能的影响仿真分析。 针对信道预测的研究现状,本文提出了一种在考虑三维(时间、频率、空间)信道相关的特性的时候,能够在信道预测效果和计算复杂度之间取折中的信道预测方法,采用时间维度信道预测和联合的频率-空间组合器进行预测误差补偿。仿真分析得出本文提出的方法能够在不明显提高计算复杂度的前提下,更好的应用三维的信道相关特性完成信道预测,实现更好的信道预测效果。 在信道预测技术研究的基础上,本文还实现了基于信道预测技术的预编码/波束赋形系统中的应用。在对MU-MIMO系统迫零(ZF)线性预编码方案的基础上,以信道预测技术为基础,提出了一个鲁棒性的线性预编码方案,并对该方案进行了仿真分析。预测补偿CSI的鲁棒性线性预编码方案能够带来系统性能的提升,克服时变信道和时延等因素导致的CSI过时问题的严重影响。 论文的最后对全文内容进行了总结,并对后续研究方向进行了展望。


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