多天线系统中多用户信道容量及预编码技术

摘要

本论文主要研究了MIMO信道下多用户的信道容量以及MIMO系统中的预编码技术。本论文的主要工作如下：1.在深入研究了单小区MIMOMAC信道容量和MIMOBC信道容量的基础上，我们研究了多小区下的MIMOBC信道容量。首先提出了多小区MIMOBC的信道模型，由于每个基站均有自己的功率约束条件，所以前面章节的结论不能直接使用，但是我们通过变换利用前面的结论可以仿真出多小区MIMOBC的速率和容量的上界和下界，通过比较发现在高SNR情况下，上界和下界几乎相同，所以我们可以使用该方法来估计多小区MIMOBC的速率和容量。2.推导出了矢量广播信道下CDMA和TDMA信道容量的比较，结论表明在矢量广播信道中，当信道为慢衰落时，采用CDMA多址方式所能提供的速率和容量与采用TDMA方式比较，其比值的上界为min(M,K)，其中M为基站的天线数目，K为系统的用户数目。该结论与SNR和用户的天线数目无关。3.利用实值信道模型，我们通过简要的分析和必要的仿真证明了在V-BLAST的带排序的译码算法中，如果采用实值信道模型其性能要优于复值信道模型。4.提出了码速率约束下的收发联合优化，该思想很具有实际意义，即在保证基本码速率的前提下，如何使性能最优。我们给出了系统的结构，给出了理论推导，利用改进的Fischer算法解决了上述问题。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1空间复用

1.1.1空间复用的信息论基础

1.1.2空间复用系统实例

1.2空间分集

1.3论文的内容及主要工作

1.4本章参考文献

第二章 MIMO中的MAC信道容量

2.1矢量高斯多址信道

2.2信道容量和(Sum Capacity)

2.2.1单用户注水算法

2.2.2同时注水算法

2.2.3迭代注水算法

2.3本章小结

附录2A

附录2B

2.4本章参考文献

第三章 MIMO中的BC信道容量

3.1矢量高斯广播信道

3.2系统模型

3.3背景知识

3.3.1可达的BC容量区域-DPC区域

3.3.2 MIMO MAC容量区域

3.3.3标量高斯MAC和BC的对偶性

3.4 MAC容量区域和BC DPC容量区域的对偶性

3.4.1术语

3.4.2 MAC到BC的变换

3.4.3 BC到MAC的变换

3.5 MIMO BC的速率和容量

3.5.1 Sato容量区域上界

3.5.2求MIMO BC速率和容量的算法

3.6多小区的BC容量

3.6.1系统模型

3.6.2蜂窝系统下行链路的容量和

3.7矢量广播信道下CDMA和TDMA信道容量的比较

3.7.1矢量广播信道系统模型

3.7.2 TDMA和CDMA的速率和容量

3.7.3 CDMA、TDMA速率和容量之比的上界

3.8本章小结

3.9本章参考文献

第四章 MIMO中的信号检测方法

4.1等价的实值模型

4.2最大似然检测

4.3线性均衡

4.4判决反馈均衡

4.5 V-BLAST检测算法

4.5.1 V-BLAST的分集阶数

4.5.2 V-BLAST的实值(广义线性)均衡

4.6仿真结果

4.7本章小结

附录4A

4.8本章参考文献

第五章 MIMO中的预编码和收发联合优化

5.1加载

5.2线性预均衡

5.2.1迫零线性预均衡

5.2.2 MMSE线性预均衡

5.3基于奇异值分解的发射机制

5.4 Tomlinson-Harashima预编码

5.4.1 Costa预编码原理

5.4.2 Tomlinson-Harashima预编码

5.4.3加权的Tomlinson-Harashima预编码

5.4.4 Tomlinson-Harashima在MIMO系统中的应用

5.5传统MMSE收发联合优化

5.5.1问题的表示

5.5.2收发滤波器的结构

5.5.3相关分析

5.6码速率约束下的联合收发优化

5.6.1系统模型

5.6.2码速率约束下的收发优化

5.6.3性能结果

5.7本章小结

5.8本章参考文献

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2未来的工作

作者在博士期间发表的论文

致谢书