高移动场景下有限反馈信道研究

发布时间：2017-09-29 04:34

  本文关键词：高移动场景下有限反馈信道研究

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【摘要】：闭环多天线技术通过在发送端利用信道状态信息(Channel State Information,CSI)自适应地调整发送模式,可以显著改善多天线系统性能。在实际通信系统中,TDD系统可以利用上下行信道的互易性获得CSI,但在FDD系统中,上下行信道采用不同的发射频率,无法利用信道的互易性,发射机处CSI的获得需要依靠上行有限传输速率的反馈链路获得。本文主要研究了在无反馈时延条件下基于有限反馈的闭环多天线系统的性能表现,然后分析了在高移动场景下反馈时延对系统误码率的影响,证明当信道呈现快时变特性时,反馈时延会导致系统误码性能严重退化,在此基础上介绍了在高移动场景下能够有效对抗反馈时延的信道预测技术的实现过程。首先论文介绍了在文中会用到的矩阵基础理论,然后对已有关于MIMO信道容量的理论结果进行了仿真验证。理论推导出发射端未知CSI时MIMO系统的信道容量后,进一步得出在发射端具有完美CSI时系统容量能够达到的峰值及功率分配方案,最后仿真验证了CSI对系容量的显著改善以及收发天线之间的相关性会导致系统容量降低。其次本文介绍了多天线技术中的空间复用技术,包括空间复用技术的基本原理及接收端对多个叠加信号的检测技术。首先分析了ZF(Zero Forcing, ZF)检测和MMSE(Minimum Mean Square Error, MMSE)检测方案的检测性能,然后推导当发射机利用CSI进行预均衡时接收信号信噪比的改善,最后仿真验证发射端利用CSI进行预均衡比在接收端进行重叠信号检测系统误码率要低,这是因为采用预均衡避免了噪声增强的影响,改善了接收信号的SNR/SINR。本文的第4章分析了空间分集技术及其对CSI的利用。首先重点介绍了空-时编码系统实现原理及其成对差错概率的推导过程,并以此得出空-时编码系统的码字设计准侧。分析指出当发射端利用CSI进行预编码时,系统能够获得更小的误码率和更高的分集增益。最后本章简单介绍了具有很大应用前景的发送天线选择技术,分析指出当空时编码系统与天线选择技术相结合时,性能与采用预编码的系统性能相比,误码率具有一定优势。最后本文重点分析了高移动场景下反馈时延对多天线系统性能的影响以及考虑信道空、时相关性的多载波信道预测技术。在反馈时延条件下,利用接收信号信噪比的矩生成函数(MGF)推导出误码率的表达式,仿真证明当系统处于高移动场景时,因信道呈现快衰落,系统性能因反馈时延退化严重。信道预测技术作为对抗反馈时延的有效措施,能够追踪时变信道,缓解系统性能的恶化程度。然而在高移动场景下,信道相干时间非常短暂,信道的时间相关性变得很弱,这时如果仅利用信道的时间相关性来预测未来时刻的信道状态,即使预测器采用较高的预测阶数,依然很难达到预期的预测效果。因此,对于快时变信道,在考虑信道时间相关性的同时还应考虑信道的空间相关性。本章首先详细介绍了考虑信道空间、时间相关性多载波信道预测方案的具体流程及可以降低计算复杂度的数据选取方案,并在此基础上基于文献中针对单载波的两步信道预测方案分析了适用于MIMO多载波系统的两步信道预测方案,并仿真对比了不同预测方案的均方误差(MSE)性能及其对系统误码性能的改善。
【关键词】：多天线系统 有限反馈 信道状态信息 反馈时延 矩生成函数 信道预测
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 符号说明10-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景13-14
• 1.2 多天线有限反馈技术研究现状14-17
• 1.3 本文内容安排17-19
• 第2章 MIMO系统的信道容量分析19-28
• 2.1 矩阵基础理论19
• 2.2 MIMO信道模型19-20
• 2.3 确定MIMO信道容量20-23
• 2.3.1 发送端未知信道状态信息CSI21
• 2.3.2 发送端已知信道状态信息CSI21-23
• 2.4 随机MIMO信道容量23
• 2.4.1 发送端未知信道状态信息CSI23
• 2.4.2 发送端已知信道状态信息CSI23
• 2.5 数值仿真分析23-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 CSI对空间复用系统性能影响分析28-36
• 3.1 系统模型28-29
• 3.2 无CSI反馈条件下接收端的信号检测算法29-30
• 3.2.1 ZF检测29
• 3.2.2 MMSE信号检测29-30
• 3.3 发射机利用CSI进行预均衡对系统性能的改善30-33
• 3.3.1 ZF预均衡30-31
• 3.3.2 MMSE预均衡31-33
• 3.4 数值仿真分析33-35
• 3.5 本章总结35-36
• 第4章 CSI对空间分集系统性能影响分析36-47
• 4.1 CSI对空-时编码系统性能影响分析36-41
• 4.1.1 系统模型36-37
• 4.1.2 发射端未知CSI时系统成对差错概率37-39
• 4.1.3 采用预编码的系统成对差错概率与码字设计分析39-41
• 4.2 基于完全CSI的天线选择系统性能分析41-43
• 4.2.1 系统模型41-42
• 4.2.2 天线选择技术与其他多天线技术的结合42-43
• 4.3 数值仿真分析43-46
• 4.4 本章总结46-47
• 第5章 高移动场景下信道预测技术研究47-70
• 5.1 反馈时延对系统误码性能影响分析47-57
• 5.1.1 系统模型48-50
• 5.1.2 误码性能分析50-54
• 5.1.3 数值仿真分析54-57
• 5.2 高移动场景下信道预测技术57-67
• 5.2.1 基于信道时间相关性的单载波预测方案57-58
• 5.2.2 基于信道空、时相关性的单载波预测技术58-59
• 5.2.3 基于信道空、时相关性的多载波信道预测技术59-65
• 5.2.4 数值仿真分析65-67
• 5.3 本章总结67-70
• 总结70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-79
• 攻读硕士学位期间完成与发表的论文及科研成果79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 孙欢;尤肖虎;;反馈时延对闭环多天线系统性能的影响[J];电子与信息学报;2008年02期

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本文编号：940039