论文部分内容阅读
近十几年中,对多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)无线通信系统中的空时编码与波束成形技术的研究已表明,在发送端利用先验信道状态信息(Channel State Information,CSI),可采用闭环MIMO中的波束成形或预编码技术进一步改善链路传输质量,增加系统容量。并且,这两项MIMO技术已经在第三代移动通信系统标准及其长期演进(Long Term Evolution,LTE)技术标准中得到应用。本文围绕LTE后续演进系统(LTE-Advanced,LTE-A)中基于信道互易性的波束成形这一关键技术,主要研究了较为典型的几类波束成形算法,并且以最具代表性的特征波束成形(Eigen Based Beamforming,EBB)算法为例,分析了由天线校准误差所引发的不完美信道互易性对其性能的影响。考虑到多个子载波或资源块的联合操作,提出了一种新的用于降低波束成形复杂度的基于一阶扰动补偿的特征波束成形(First Order Perturbation Compensation based EBB,FOPC-EBB)算法,并且通过计算机仿真对以上的每一类算法均进行了验证和分析。第一章主要概述了波束成形的基本概念和思想,并且详细地讨论了时分双工(Time Division Duplex,TDD)系统中获取下行链路CSI的两种方法—通过反馈以及通过信道互易性原理。第二章针对3GPP LTE标准的MIMO-OFDM下行系统模型,阐述了基于非码本的波束成形操作。首先基于两类不同的矩阵分解方法,分别讨论了较为典型的两种波束成形技术—特征波束成形技术EBB、几何均值分解(Geometric Mean Decomposition,GMD)波束成形技术。然后讨论了直接对信道矩阵求伪逆用作预编码信息的信道反转(Channel Inversion,CI)技术。最后讨论了引入求模运算的非线性的汤姆林森-哈拉希玛预编码技术(Tomlinson Harashima Precoding,THP)。通过在空间信道模型(Spatial Channel Model,SCM)下的性能仿真及分析,比较了各种不同波束成形方法的容量及误码率性能。第三章主要研究了TDD系统中的天线校准技术、校准误差的建模以及将校准误差引入系统后对下行波束成形容量性能的影响。在简述天线校准的基本原理之后,给出了一种引入校准误差的波束成形问题的系统建模方法;然后,分别考虑了基站端和用户端各自出现校准误差的两种情形,再对波束成形技术的设计及有效性问题进行了分析和研究。第四章主要研究了TDD系统中一种自适应的用于降低波束成形运算复杂度的新算法。以EBB算法为例,首先阐述了传统的用于降低其运算复杂度的块平均方法,然后从扰动补偿的角度,设计了一种基于子空间扰动原理的补偿算法,即FOPC-EBB算法。通过在SCM不同小区环境下的仿真比较,验证了FOPC-EBB算法的性能优势。论文的最后一章总结了前面的研究工作并且指出了下一步可能的研究方向。