無線通信系統(tǒng)協(xié)作傳輸和信道互易性問題研究.pdf

1、為了滿足人們對數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)傳輸可靠性的不斷提升的要求，在未來無線通信系統(tǒng)中，MIMO技術(shù)成為必不可少的基礎(chǔ)技術(shù)之一。MIMO技術(shù)提供的復(fù)用增益和分集增益分別為提升數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)傳輸可靠性提供了技術(shù)保證?；谏鲜鲈?，MIMO及其相關(guān)技術(shù)得到了廣泛的研究和應(yīng)用，其中就包括協(xié)作傳輸技術(shù)和多天線發(fā)送預(yù)處理技術(shù)。
　　 協(xié)作傳輸技術(shù)是MIMO技術(shù)在單天線環(huán)境下的自然推廣。很多時(shí)候在廉價(jià)的小型終端上無法安裝多個(gè)天線，而多個(gè)單天線終端

2、互相借用對方的天線進(jìn)行協(xié)作傳輸，可以構(gòu)成虛擬的多天線系統(tǒng)以應(yīng)用MIMO技術(shù)的眾多研究成果。但不同于傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)，協(xié)作傳輸系統(tǒng)中的多個(gè)分布式天線無法達(dá)到理想同步，因此導(dǎo)致許多可應(yīng)用于傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)的技術(shù)無法直接應(yīng)用于協(xié)作傳輸系統(tǒng)中。因此，需要對異步環(huán)境下的協(xié)作傳輸進(jìn)行研究以解決上述問題。
　　 另一個(gè)MIMO相關(guān)技術(shù)是多天線發(fā)送預(yù)處理技術(shù)。在發(fā)送端獲得信道狀態(tài)信息(CSD的情況下，使用發(fā)送預(yù)處理可明顯提升系統(tǒng)性能。FDD系統(tǒng)

3、的上下行鏈路工作于不同頻點(diǎn)，因此上下行鏈路的信道不具有互易性，移動(dòng)臺(tái)(MS)需要使用專門的反饋信道把測量到的下行鏈路CSI發(fā)送到基站(BS)，從而浪費(fèi)了系統(tǒng)資源，增加了復(fù)雜度；而TDD系統(tǒng)的上下行鏈路工作于同一頻點(diǎn)，因此上下行信道互易。這樣BS可以根據(jù)上行檢測到的CSI進(jìn)行發(fā)送預(yù)處理，而不需要使用反饋信道，這成為TDD系統(tǒng)的一個(gè)天然優(yōu)勢。但有多種因素都會(huì)對信道互易性產(chǎn)生影響，因此，需要對這些影響因素進(jìn)行研究并補(bǔ)償。
　　 本文針

4、對上述異步協(xié)作傳輸問題和信道互易性問題進(jìn)行了研究，所取得的主要研究成果為：
　　 1.對異步空時(shí)協(xié)作傳輸技術(shù)進(jìn)行了研究。針對異步環(huán)境下無法使用正交空時(shí)分組碼的問題，提出了一種基于單載波塊傳輸?shù)漠惒絽f(xié)作傳輸機(jī)制。在該機(jī)制中，中繼節(jié)點(diǎn)將來自源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段后按既定協(xié)作規(guī)則使用單載波塊傳輸方式傳輸；目的節(jié)點(diǎn)首先對接收到的對多個(gè)傳輸塊進(jìn)行FFT，然后通過線性組合分離相互疊加的數(shù)據(jù)塊，再經(jīng)頻域均衡和IDFT及符號判決以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)塊。

5、通過塊傳輸技術(shù)，所提算法克服了異步所致的碼字正交性喪失及信道彌散等問題，實(shí)現(xiàn)了滿分集增益。接下來基于上述思想，給出了一般化的適合異步環(huán)境的空時(shí)協(xié)作傳輸碼字。碼字的設(shè)計(jì)基于OSTBC碼字的設(shè)計(jì)思想，通過塊傳輸克服傳統(tǒng)OSTBC碼字無法在異步環(huán)境下直接使用的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了滿分集增益。
　　 2.對I/Q不平衡引起的信道互易性損失問題進(jìn)行了研究。存在I/Q不平衡的TDD系統(tǒng)中，I/Q不平衡的影響最終反映到系統(tǒng)的等效信道上，這樣BS上行檢

6、測到的CSI已不能表征下行鏈路的信道狀態(tài)，此時(shí)BS基于該CSI進(jìn)行的發(fā)送預(yù)處理會(huì)出現(xiàn)偏差，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的嚴(yán)重下降。針對此問題，提出了一種互易性補(bǔ)償方法。該方法基于正式通信之前的雙向信道測量來補(bǔ)償I/Q不平衡的影響。BS和MS在正式通信之前，首先進(jìn)行各自接收方向上的信道測量，得到上下行鏈路的CSI，接著MS將檢測到的下行鏈路CSI反饋到BS，由BS計(jì)算出校準(zhǔn)矩陣，然后BS將用于MS的校準(zhǔn)矩陣發(fā)送給MS，這樣BS和MS在發(fā)送時(shí)，首先使用

7、校準(zhǔn)矩陣進(jìn)行預(yù)處理，使實(shí)際檢測到的上下行信道的互易性得到保持。
　　 3.對信道時(shí)變特性引起的信道互易性損失進(jìn)行了研究。在TDD系統(tǒng)中，BS的上行信道檢測和下行發(fā)送具有一定的時(shí)間間隔。此間隔內(nèi)的信道時(shí)變會(huì)導(dǎo)致上下行信道的互易性喪失。針對此問題，提出了一種基于變換域顯著分量檢測和預(yù)測的互易性補(bǔ)償算法。首先將初步的LS信道估計(jì)所得到的導(dǎo)頻信道CFR序列進(jìn)行DFT轉(zhuǎn)換到變換域，接著在變換域中使用MDL準(zhǔn)則進(jìn)行顯著分量檢測，再對每個(gè)顯著

8、分量使用基于修正協(xié)方差的AR模型進(jìn)行預(yù)測以補(bǔ)償由信道時(shí)變特性所致的信道互易性損失。所提算法有效地降低了信道估計(jì)和預(yù)測誤差，彌補(bǔ)了由時(shí)變引起的信道非互易性所帶來的系統(tǒng)容量損失，同時(shí)與頻域直接預(yù)測方法相比，大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。
　　 4.對信道估計(jì)誤差引起的信道互易性喪失進(jìn)行了研究。在存在虛載波和非嚴(yán)格等距導(dǎo)頻的TDD-MIMO-OFDM系統(tǒng)中，把初步LS估計(jì)得到的導(dǎo)頻信道CFR序列通過IFFT轉(zhuǎn)換到時(shí)域時(shí)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的時(shí)域CIR

9、能量泄漏，從而使得FFT插值算法等基于時(shí)域處理的算法不能使用，無法實(shí)現(xiàn)估計(jì)誤差的抑制。針對此問題，提出了一種低復(fù)雜度的信道估計(jì)算法以對抗由信道估計(jì)誤差導(dǎo)致的互易性損失。該算法首先通過頻域線性插值對虛載波位置的CFR進(jìn)行添加，然后重新選取嚴(yán)格等距子載波作為導(dǎo)頻，并對此新的導(dǎo)頻CFR序列進(jìn)行IFFT變換到時(shí)域，然后對所得的時(shí)域CIR序列進(jìn)行基于噪聲門限的去噪，從而有效地抑制了信道估計(jì)誤差，使信道互易性得到保持，彌補(bǔ)了由信道非互易所致的系統(tǒng)容