无线通信中的格拉斯曼码本设计

1、作者：魏震 指导老师：胡浪涛研究背景 随着高速数据以及多媒体业务需求的日益增长，现有技术频带利用率的有限性成为制约宽带数据业务发展的瓶颈。未来无线通信系统迫切需要采用更加先进的技术提高频谱利用率，提高传输速率和系统容量。信道编码则是为了保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰而专门设计的一类抗干扰技术和方法。因此本课题研究的是预编码的方法之一格拉斯曼码本设计，重点研究格拉斯曼码本量化的干扰对齐性能。本文构架 1.预编码技术理论 2.干扰对齐技术 3.格拉斯曼码本设计 4.仿真与分析 5.总结预编码技术理论 预编码是一种信号预处理技术，它是利用信道状态信息在CSI信号预处理，以达到降低系

2、统误码率的目的或系统的吞吐量。通常在发射机请求预编码器设计方法获得准确的信道状态信息，但通常由训练序列或信道估计的信道盲估计算法，会有一定的误差，加上时间延迟反馈通道，等因素的影响预编码器的性能往往会恶化，不能达到预期的目标是降低系统误码率提高吞吐量。因此应该考虑在设计预编码器通道变化和信道估计错误，否则将很难获得最佳性能的系统。干扰对齐技术 假设系统每条信道链路都存在时域传播时延，其中期望信道时延为一个时隙，干扰信道时延为两个时隙，则用户的接收信号可表示为干扰对齐的基本方法是在多用户MIMO干扰信道，基于发送端线性预编码，在各用户接收端将所有接收干扰信号对齐到相同子空间，就可以应用简单的迫零

3、去除干扰方法，为期望信号提供无干扰子空间进行有效传输。 3 , 2 , 1,) 2(1lkmnmxmxmykkllkkK用户MIMO干扰信道模型格拉斯曼码本设计采用算法进行离线格拉斯曼码本的构造设格拉斯曼码为 ，量化比特数为 B。系统中所有发射机和接收机都共享同一码本，算法首先是由随机生成发射机预编码矩阵和接收滤波矩阵，在此基础上，以干扰信号最小化为目标对预编码矩阵进行迭代优化。BwwwC221.,KkiijijiikDjdkjkjkkkDdjjdkdkdkkkdkdkxvHuxvHuxvHuy, 1,1, 1,)()()(dkdkdkdkuQutrLI)(jkjijiikKkiiDjkkjk

4、jkkkDdjjdkHvvHDHvvHDQ, 11, 1)()( 任意预编码矩阵任意预编码矩阵iVki 1接收机接收机 k k 第第 d d 个子数据流所收到的信号为个子数据流所收到的信号为基于码本的分布式干扰对齐的目标是使干扰信号最小化，甚至接近零，在基于码本的分布式干扰对齐的目标是使干扰信号最小化，甚至接近零，在预编码有限反馈的条件下，在码本中选择最优码字作为接收滤波矢量，使预编码有限反馈的条件下，在码本中选择最优码字作为接收滤波矢量，使式式3-33-3所示的干扰信号功率最小。所示的干扰信号功率最小。 3-1 3-2 3-3仿真与分析 如图随着量化比特数的增加，码字之间的距离变小，干扰对齐

5、算法中的干扰变小SNR增大，使系统中容量增加，误码率降低；0510152010-310-210-1SNR/dBBER 6 bit 量化8 bit 量化10 bit 量化理想反馈 如图当=15dB，和速率为10bps/Hz时，量化比特数为10时所需要的平均反馈数据量仅为理想反馈的7.7%，但系统容量能达到理想反馈的96%在和速率为15bps/Hz时趋于平衡。0510152000.81和速率(bps/Hz) 理想反馈6 bit 量化8 bit 量化10 bit 量化总结 文首先介绍了干扰对齐技术，然后介绍了格拉斯曼码本的设计，重点研究格拉斯曼码本量化的干扰对齐性能。仿真分析了格拉斯曼码本下的有限反馈干扰对齐系统性能。 在码本的设计中，采用向量构成的初始码本不仅可以降低反馈量，还可以减小接收端处理的复杂度，接收端选定最优预编码矢量后，将其索引反馈给发射端，发射端再根据一定的准则构造此时的预编码矩阵，此时使生成的预编码矩阵进一步匹配当前的信道状态信息，对信道状态信息量化机制进行优化。致谢 本论文是在胡浪涛老师的悉心指导和热情鼓励下得以完成的。从论文的立题、理论研究、实验研究到论文撰写的整个过程，处处浸透了导师的心血。导师渊博的知识、活跃的学术思想、严谨的治学态度、求实的工作