多小区多用户MIMO的干扰对齐技术研究
发布时间：2020-09-08 22:55
多输入多输出(Multiple-Input-Multiple-Output,MIMO)技术作为无线通信领域的一项关键技术,能够对空间资源充分利用,突破传统无线网络容量受限的情况,具有传输可靠性高,频谱利用率高的特点,因此受到广泛的关注和研究。MIMO系统中多天线的配置,也使得接收端的干扰加剧,为了有效抑制干扰,在MIMO系统中引入干扰对齐技术。干扰对齐技术是设计一个预编码矩阵与接收矩阵,在接收端将干扰压缩到同一子空间中,同时满足期望信号空间与干扰空间正交,并通过接收矩阵达到消除干扰的目的。但是,上行信道较低反馈速率使得当前设计的预编码矩阵不一定适应于当前的衰落信道,导致接收端存在干扰泄露,进而影响系统性能。因此,研究MIMO系统的干扰对齐技术与相应的有限反馈技术具有重要的意义。本文针对干扰对齐技术和有限反馈技术进行了研究,主要的研究成果如下:有限反馈技术中不同码本集合的设计方法存在着信道量化性能与设计复杂度方面的差异,码本集合尺寸越大,信道量化精度越高,同时设计的复杂度也越高。为了保证信道量化精度,减少量化误差,同时降低码本集合的设计复杂度,满足预编码设计的需求,本论文提出基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)技术的码本集合设计方案,通过将高纬度的信道采样样本点映射到一个低纬度的最优超平面的方式来设计码本集合。同时,为了满足发射端预编码的设计能够保证接收端的干扰尽量对齐到同一子空间中,减少干扰泄露,并且降低求解最优预编码矩阵的计算复杂度,本文以最小化接收端干扰总距离为目标,通过拟牛顿最优化算法实现预编码的设计。本文的研究表明,基于PCA算法的码本设计能够在确保量化精度的情况下,降低大尺寸码本的设计复杂度,同时有效降低码本维度,减少码本集合的存储空间,基于该码本集合设计的预编码矩阵能够有效压缩干扰到同一子空间中,提升系统性能。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN919.3
【部分图文】：
统的性能与收发端配置天线数以及接收端的信噪比有关，那么假设发送功率一定逡逑的情况下，根据ＭＩＭＯ系统的信道传输特性和香浓信道公式，其关系可通过逡逑ｍｉｎ（ｙＶ，Ｍ）Ｓｌｏｇ２ｐ＾）表示［２２丨，其中Ｂ表示信号带宽，５霞表示接收端的信噪比逡逑大小，ｍｉｎ（／Ｖ，Ｍ）表示发射端和接收端最小天线数。逡逑空间分集技术，主要分为发射分集和接收分集，其中发射分集是指发射端对逡逑数据进行联合编码，多个天线发送相同数据，增加信号的冗余度，减少信道衰落逡逑和噪声造成的误码率，从而使信号抵抗信道的各种衰落效应；而接收分集是多个逡逑天线接收同一多个独立的信号，这样就能保证，对处于不同衰落状态信道的信号，逡逑至少能够使接收端获取一个功率足够大的信号副本，无论哪种分集技术都能在接逡逑收端获得相对稳定的信号，获得较大大的分集增益，提升信道容量。逡逑空间复用技术是指发射端通过不同的天线发送相互独立的数据，最大化频谱逡逑的利用率，其中ＭＩＭＯ系统信道传输原理如图２－２所示。考虑到空间复用技术逡逑只能获得有限分集增益，通过空间复用技术和空间分集技术相结合的方式，能够逡逑极大改善各自缺点。同时，ＭＩＭＯ系统中多天线的配置，也使得接收端接收到的逡逑干扰加剧，为／有效抑制干扰，在ＭＩＭＯ系统中引入千扰对齐技术。逡逑
始变量的线性组合。第一个主成分要求具有最大可能的方差（即惯性，因此这个逡逑成分将“解释”或“提取”数据集中惯性最大的部分）。第二个分量是在第一个分量逡逑正交的约束下计算的并具有最大可能方差，以二维坐标为例，如图３－１所示。其他逡逑分量的计算同上述。这些新的正交分量称为因子分数，这些因子分数可以从几何逡逑上解释为对主要组成部分的观测投影。逡逑６逦｜逦Ｉ逦Ｉ逦｜逦Ｉ逡逑＿逡逑／逡逑逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦逡逑５逦６逦７逦８逦９逦１０逦ＩＩ逦１２逦１３逦Ｈ逡逑图３－丨二维坐标下第一主成分与第二主成分逡逑用ＰＣＡ来分析数据，假设一个／Ｘ／的矩阵Ｘ，其每个元素用ｘｙ来表示，矩逡逑阵Ｘ有秩Ｌ，其中乃。一般而言，数据集在分析之前将预处理，几乎总逡逑是矩阵Ｘ的列被中心化，以保证每列的平均值等于０。如果，矩阵Ｘ的每个元素通逡逑过ＶＩ或者（Ｖ／邋－邋１）来划分，这种分析方法被称为协方差ＰＣＡ，因为在这种情况逡逑下，矩阵；是协方差矩阵。除了去中心化之外，当以不同的单位测量变量时，逡逑习惯上将每个变量标准化为单位规范。逡逑矩阵Ｘ具有以下奇异值分解（ＳＶＤ）：逡逑ＸｓＰＡＱ７＂逦（３－１）逡逑其中Ｐ是／ＸＬ的左奇异向量，是／ＸＬ的右奇异向量，Ａ是奇异值的对角矩阵。逡逑列的惯性被定义为这个列的元素的平方和
逦（３－３）逡逑主成分也可以通过原始轴的旋转以几何形式表示出来。ＰＣＡ的几何表示如逡逑图３－２所示，在这个图中，看到因子分数给出了主成分观测的投影长度（即到原逡逑点的距离）。在这种情况下，矩阵被解释成为方向余弦矩阵（因为是正交的）。逡逑矩阵Ｑ也被称为加载矩阵。在这种情况下，Ｘ可以被表示为：逡逑Ｘ邋＝邋ＦｗＱｔ邋ｗｉｔｈ邋ＦｔＦ邋＝邋Ａ２邋ａｎｄ邋ＱＴＱ邋－邋／逦（３－４）逡逑这种分解通常被称为Ｘ的双线性分解。逡逑ｘ２逡逑、Ｖ：ｚ，ｚ邋？、、八、＇、逡逑ｗ、、、：、、、、ｚ逡逑~栍义希澹苠澹义希劐义襄五五义弦遑义贤迹常参甑募负蜗允惧义峡悸堑轿私档陀邢薹蠢”栈罚停桑停舷低车男诺懒炕蟛睿枰源罅康腻义闲诺雷刺畔⒔型臣评瓷杓坡氡炯稀５苯礤澹澹钗模粒觯茫樱刹裳憷┱刮义希郑恚钗卣笞魑菰蠢瓷杓坡氡炯鲜保枰写罅康募扑愫痛娲ⅰＲ蝈义洗耍私档图扑愀丛佣群痛娲⒖占洌蚧氡炯仙杓疲偕璐嬖谡庋囊桓鲥义铣矫
本文编号：2814739
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN919.3
【部分图文】：
统的性能与收发端配置天线数以及接收端的信噪比有关，那么假设发送功率一定逡逑的情况下，根据ＭＩＭＯ系统的信道传输特性和香浓信道公式，其关系可通过逡逑ｍｉｎ（ｙＶ，Ｍ）Ｓｌｏｇ２ｐ＾）表示［２２丨，其中Ｂ表示信号带宽，５霞表示接收端的信噪比逡逑大小，ｍｉｎ（／Ｖ，Ｍ）表示发射端和接收端最小天线数。逡逑空间分集技术，主要分为发射分集和接收分集，其中发射分集是指发射端对逡逑数据进行联合编码，多个天线发送相同数据，增加信号的冗余度，减少信道衰落逡逑和噪声造成的误码率，从而使信号抵抗信道的各种衰落效应；而接收分集是多个逡逑天线接收同一多个独立的信号，这样就能保证，对处于不同衰落状态信道的信号，逡逑至少能够使接收端获取一个功率足够大的信号副本，无论哪种分集技术都能在接逡逑收端获得相对稳定的信号，获得较大大的分集增益，提升信道容量。逡逑空间复用技术是指发射端通过不同的天线发送相互独立的数据，最大化频谱逡逑的利用率，其中ＭＩＭＯ系统信道传输原理如图２－２所示。考虑到空间复用技术逡逑只能获得有限分集增益，通过空间复用技术和空间分集技术相结合的方式，能够逡逑极大改善各自缺点。同时，ＭＩＭＯ系统中多天线的配置，也使得接收端接收到的逡逑干扰加剧，为／有效抑制干扰，在ＭＩＭＯ系统中引入千扰对齐技术。逡逑
始变量的线性组合。第一个主成分要求具有最大可能的方差（即惯性，因此这个逡逑成分将“解释”或“提取”数据集中惯性最大的部分）。第二个分量是在第一个分量逡逑正交的约束下计算的并具有最大可能方差，以二维坐标为例，如图３－１所示。其他逡逑分量的计算同上述。这些新的正交分量称为因子分数，这些因子分数可以从几何逡逑上解释为对主要组成部分的观测投影。逡逑６逦｜逦Ｉ逦Ｉ逦｜逦Ｉ逡逑＿逡逑／逡逑逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦逡逑５逦６逦７逦８逦９逦１０逦ＩＩ逦１２逦１３逦Ｈ逡逑图３－丨二维坐标下第一主成分与第二主成分逡逑用ＰＣＡ来分析数据，假设一个／Ｘ／的矩阵Ｘ，其每个元素用ｘｙ来表示，矩逡逑阵Ｘ有秩Ｌ，其中乃。一般而言，数据集在分析之前将预处理，几乎总逡逑是矩阵Ｘ的列被中心化，以保证每列的平均值等于０。如果，矩阵Ｘ的每个元素通逡逑过ＶＩ或者（Ｖ／邋－邋１）来划分，这种分析方法被称为协方差ＰＣＡ，因为在这种情况逡逑下，矩阵；是协方差矩阵。除了去中心化之外，当以不同的单位测量变量时，逡逑习惯上将每个变量标准化为单位规范。逡逑矩阵Ｘ具有以下奇异值分解（ＳＶＤ）：逡逑ＸｓＰＡＱ７＂逦（３－１）逡逑其中Ｐ是／ＸＬ的左奇异向量，是／ＸＬ的右奇异向量，Ａ是奇异值的对角矩阵。逡逑列的惯性被定义为这个列的元素的平方和
逦（３－３）逡逑主成分也可以通过原始轴的旋转以几何形式表示出来。ＰＣＡ的几何表示如逡逑图３－２所示，在这个图中，看到因子分数给出了主成分观测的投影长度（即到原逡逑点的距离）。在这种情况下，矩阵被解释成为方向余弦矩阵（因为是正交的）。逡逑矩阵Ｑ也被称为加载矩阵。在这种情况下，Ｘ可以被表示为：逡逑Ｘ邋＝邋ＦｗＱｔ邋ｗｉｔｈ邋ＦｔＦ邋＝邋Ａ２邋ａｎｄ邋ＱＴＱ邋－邋／逦（３－４）逡逑这种分解通常被称为Ｘ的双线性分解。逡逑ｘ２逡逑、Ｖ：ｚ，ｚ邋？、、八、＇、逡逑ｗ、、、：、、、、ｚ逡逑~栍义希澹苠澹义希劐义襄五五义弦遑义贤迹常参甑募负蜗允惧义峡悸堑轿私档陀邢薹蠢”栈罚停桑停舷低车男诺懒炕蟛睿枰源罅康腻义闲诺雷刺畔⒔型臣评瓷杓坡氡炯稀５苯礤澹澹钗模粒觯茫樱刹裳憷┱刮义希郑恚钗卣笞魑菰蠢瓷杓坡氡炯鲜保枰写罅康募扑愫痛娲ⅰＲ蝈义洗耍私档图扑愀丛佣群痛娲⒖占洌蚧氡炯仙杓疲偕璐嬖谡庋囊桓鲥义铣矫
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