基于迭代检测的线性预编码技术研究

现代通信系统中，发端信道状态信息（CSIT）可以通过信道互反、收端反馈等方式获得。线性预编码（LP）技术，通过利用CSIT对发送信号进行预处理，可以实现更加有效的传输。预编码技术理论上可以达到系统信道容量，实现上不需要改变信道编码和调制方式，处理方便，是传输技术研究的重要方向。目前已有的研究大多数基于信息论分析或者考虑未编码系统，相应的设计直接应用于实际信道编码系统通常很难获得预期的性能。本文考虑基于迭代检测的LP技术，在迭代中通过反馈利用信道编码提供的冗余信息，根据信纳比方差演进分析预测的实际系统的译码性能优化预编码器。基于上述思路，本文进行了以下研究：首先研究了完全、准确CSIT时多输入多输出（MIMO）、正交频分复用（OFDM）系统中的预编码器设计。此时，信道可以被完全对角化，预编码器的设计能够建模为凸优化问题，因此可以使用凸优化工具方便的求解。仿真结果表明上述设计能够有效的利用系统CSIT，获得显著的性能增益。例如，与传统的基于非迭代检测的设计相比，本文所提的策略可以获得大约5.0dB的增益。接下来考虑了CSIT不完全的情况，研究系统传输有限延时业务时的LP技术。这种情况下，系统逐时隙获得CSIT，在每个时隙只根据已有的CSIT优化传输。本文提出了基于接收功率量化的优化搜索算法和混合功率分配算法，分别构造了优化预编码器和低复杂度的次优预编码器，与传统的时隙间等比特传输相比，两者分别获得了6.1dB和5.8dB的性能增益。由于信道互反条件不能精确满足或者CSIT利用和获得时间不一致等原因，实际系统的CSIT通常不准确。本文考虑了OFDM系统中子载波增益不确定的情况，给出了一种简单有效的近似注水设计，最大获得了4.1dB的增益；然后根据演进分析对不同信道衰落模型下的预编码器进行了优化，获得了进一步的优化增益。最后研究了不准确CSIT时，MIMO系统中的LP技术。此时，CSIT的不准确性不仅表现为增益的不确定，还有方向的不确定。本文在原有的预编码结构中引入随机置换矩阵，使得每个发送符号看到近似相同的信道条件，建立了相应的演进分析公式；然后讨论了不同信道衰落模型下的预编码器设计问题，分别针对遍历信道和准静态信道提出了优化设计和简单有效的平均功率增益次优设计。协作蜂窝网络中的仿真表明，相应的设计最大可以获得6.5dB左右的增益。