大规模天线系统中线性解码方法及其性能的研究

发布时间：2019-07-13 20:54

【摘要】：为了满足各种应用的高速率传输的要求,人们迫切需要一个高速率的无线通信系统,例如MIMO系统。但是由于无线信道十分复杂,加上一些未知的干扰,严重地妨碍了信号的正确接收,因此接收端对信号的解码性能直接关系到整个系统通信的质量。极大似然解码是最佳的解码方法,可是对于天线数量很大的多天线系统,这种解码方法有着非常高的计算复杂度,应用十分受限制,这样,找到一种具有较低解码复杂度和较好解码性能的解码方法变得尤为重要,从而线性解码方法如迫零(ZF)、最小均方误差(MMSE)吸引了人们的注意力。尽管这些线性解码方法很经典,人们已经对此进行了大量的研究,但是在新的应用环境下去研究这些解码方法的一些新的特性依然是一件很有意义的事情。最近,一些关于ZF解码和MMSE解码性能分析的研究工作正在展开。针对单小区多天线上行系统,小区装备有M根天线的基站和K个用户,每个用户装备-根天线,本论文研究了ZF和MMSE解码方法的性能。对于这样的一个系统,已有的研究成果大多集中在渐近特性的分析。本论文在给定参数M,K和有限信噪比ρ条件下推导了ML、 ZF、MMSE解码方法的成对错误概率的上界,下界和近似估计公式。得到的结论表明：ZF解码和MMSE解码的分集度都是M-K+1,但MMSE解码的解码性能要略优于ZF解码,本文得到了MMSE解码相对于ZF解码的dB增益的计算表达式。最后,仿真验证了所得到的结论。针对有L个小区的多小区多天线上行系统,假定此系统中每个小区有一个装备有M根天线的基站和K个单天线的用户,本论文推导了ZF和MMSE解码方法的成对错误概率的上界、下界和近似公式。这些结果表明：如果基站只知道到本小区用户的信道状态信息而不知道其他小区内用户的信道状态信息,会出现错误平层(error floor),也就是说,即使信噪比趋于无穷大,两种解码方法的错误概率也不会降为零。但是有意义的是,随着基站天线数的增大,这个错误平层会消失。这个结论鼓励我们考虑和研究基站装备有很多天线的大规模多天线系统。本论文的最后一个结论是假定基站等效接收信噪比分配比例为M,并且基站天线趋于无穷大,则当且仅当0α1时,ZF解码和MMSE解码的错误概率才会趋向于零。这样,当α=1时,存在错误平层,即错误概率不会趋于零,这个结论纠正了已有文章中的结果。最后,仿真验证了上述的结论。
文内图片： MIMO系统无线信道模型

图片说明：杭州电子科技大学硕士学位论文有障碍、没有时变性、没有干扰的自由空间，而在实际应用中，这是不可线系统的信道[41, 42]很复杂，对多天线系统相关的技术进行研究时需要建立信道模型是研究的基础。最基本的 MIMO 系统模型为：y Hx w 示的是发送端发送的信号矩阵，y表示接收端接收的信号矩阵，w是噪声矩道矩阵，，也就是我们要分析的对象。按照发送方、接收方对信道H的掌握分成三类：第一类是假定发送方和接收方都知道信道H，这种情况在实际。例如发送信号和接收信号都采用同一频段，则通过上行与下行的训练可二类是假定发送方不知晓信道H而接收方知晓。这种情况最为常见，它是正式的信号之前发送训练信号，接收方根据接收到的信号能够得出信道信收发方都不知道信道的情况。这类假设最为方便，不用测试信道，但这样码率很高而很少采用。在本文中我们主要采用第二类情况。
文内图片：十径模型信号传播路径

图片说明：杭州电子科技大学硕士学位论文第i个反射路径的长度，相对于直射路径的扩展时延为 i 径的收发天线增益之积，iR 代表反射系数，对于多反射路窄带信号，则有 ( ) ( )iu t u t ，接收功率为：22914iiji xlr tiiR G eGP Pl x 2 ( )i x l ，由接收功率表达式可以看出接收功率会随着距也满足这条规律，天线高度的大小对功率下降指数没有影，接收功率与2d 成反比，而两径模型中直射分量和地面反成反比。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN820

【参考文献】