非線性預編碼技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，用戶對于信息傳輸速率和傳輸質(zhì)量的需求不斷提高，如何在不增加帶寬的前提下來提高信息傳輸速率和可靠性是下一代無線通信發(fā)展中亟待解決的問題。在這種情況下，MIMO技術(shù)和中繼技術(shù)逐漸引起了廣泛關(guān)注。考慮到實際MIMO系統(tǒng)中接收端處理的高復雜度，尋求從發(fā)射端對信號進行處理的技術(shù)勢在必行。預編碼技術(shù)通過在發(fā)射端利用CSI進行預處理，使得發(fā)射信號與衰落信道相匹配，以達到消除數(shù)據(jù)流之間干擾并且降低接收端處理復雜度的目的，從而改善系統(tǒng)

2、誤碼率并提高吞吐率。將預編碼技術(shù)引入到MIMO和中繼系統(tǒng)中，對于提高通信質(zhì)量有著重要的意義。本文以非線性預編碼技術(shù)為研究對象，研究了非線性收發(fā)機的設計方案，以及物理層安全和無線能量傳輸系統(tǒng)中非線性預編碼器的設計算法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了線性和非線性預編碼兩類預編碼技術(shù)的基本模型和矩陣構(gòu)造算法。在線性預編碼算法中研究了基于ZF準則，MMSE準則和基于信道SVD分解的算法，以及在多用戶MIMO系統(tǒng)中廣泛使用的BD算法。相

3、較線性預編碼，非線性預編碼可以顯著的提升系統(tǒng)性能。我們首先給出了DPC算法作為非線性預編碼的理論基礎，隨后詳細介紹了THP算法和VP算法，THP是我們文中重點研究的算法。⑵研究了MIMO協(xié)作中繼系統(tǒng)的魯棒性非線性收發(fā)機設計，通過聯(lián)合設計源節(jié)點預編碼矩陣、中繼節(jié)點預編碼矩陣及目的節(jié)點處理矩陣來最小化系統(tǒng)的MSE。設計中釆用統(tǒng)計誤差模型，分別從發(fā)送端的相關(guān)矩陣為單位陣和接收端的相關(guān)矩陣為單位陣兩種情況進行研究。并通過信道分解等方法，將設計問

4、題利用迭代法在KKT條件下求解。在此基礎上，我們提出了在發(fā)射端釆用MB策略進行傳輸?shù)脑O計方案，研究了低復雜度的MB轉(zhuǎn)換排序矩陣設計算法以便于實際應用，同時提出了基于最小歐式距離的選擇機制用于選取最優(yōu)的支路進行信號傳輸。還將MB策略進一步推廣應用于VP預編碼的設計，提出了基于MMSE準則的減格輔助MB-VP算法。仿真結(jié)果表明我們提出的算法性能優(yōu)于傳統(tǒng)的收發(fā)機設計算法。⑶對MIMO系統(tǒng)中發(fā)射端預編碼矩陣和接收端處理矩陣進行了聯(lián)合設計，在考慮

5、發(fā)射端功率約束以及保證合法用戶QoS性能的前提下，最大化分配到人為干擾上的功率，從而最大程度干擾竊聽用戶的接收。接著將問題推廣到MIMO協(xié)作中繼系統(tǒng)中的物理層安全研究中，提出了一種基于人為加擾的魯棒性非線性收發(fā)機設計算法。算法在考慮源節(jié)點和中繼節(jié)點功率約束的前提下，以最小化合法用戶MSE為目標進行了優(yōu)化，并將非凸的優(yōu)化問題松弛分解為兩層子問題進行求解，同時還研究了如何在中繼節(jié)點進行AN和消息信號的最優(yōu)功率分配。仿真結(jié)果驗證了我們提出的算

6、法在改善物理層安全方面的有效性。⑷研究了非線性預編碼技術(shù)在無線能量傳輸中的應用，提出了基于全雙工的無線能量傳輸中繼系統(tǒng)的魯棒性非線性收發(fā)機設計。設計中考慮了新型的傳輸策略，在中繼節(jié)點同時進行信息傳輸和能量收集，并在發(fā)射功率受限與釆集能量約束的條件下建立最優(yōu)化數(shù)學模型來最小化系統(tǒng)MSE。模型中將非凸問題轉(zhuǎn)換為幾個并行的子問題，釆用交替迭代的方法進行求解：給定源節(jié)點THP預編碼矩陣，中繼節(jié)點預編碼矩陣，反饋矩陣，可以得到線性接收矩陣的閉式解