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无线通信中的格拉斯曼码本设计 作者：魏震 指导老师：胡浪涛 摘要：在多输入多输出MIMO,multiple input multiple output)系统中，通常将信道状态信息先进行量化，再通过低速反馈信道将信道状态信息发送到发射机，在发射机端设计预编码消除干扰。本文首先介绍了干扰对齐技术，然后介绍了格拉斯曼码本的设计，重点研究格拉斯曼码本量化的干扰对齐性能。仿真分析了格拉斯曼码本下的有限反馈干扰对齐系统性能。 关键词：信道状态信息，预编码，干扰对齐，格拉斯曼码本 随着高速数据多媒体业务需求的，制约宽带数据业务发展的技术频带利用率的有限性。无线通信系统需要采用更加先进的技术提高频谱利用率提高传输速率和系统容量。信道编码则是为了保证通信系统的传输可靠性，克服信道中的噪声和干扰而专门设计的一类抗干扰技术和方法。 预编码技术是用于提高无线通信的数据传输速率的，已经成为IEEE802.16e标准的一部分，其中包括开环和闭环等的预编码方法。在对称TDD系统中，接收和是交替进行，此时接收端也等于是发射端，假如接收端和发射端的转化时间小于信道的相干时间，就会在接收时估计的信道状态信息channel state information)可用于下一发射时刻时对发送信号的预处理，在一些应用中，可在接收端估计CSI，再通过反馈信道发送到发射端。 预编码[2]是一种信号预处理技术，它是利用信道状态信息在CSI信号预处理，以达到降低系统误码率的目的或系统的吞吐量。通常在发射机请求预编码器设计方法获得准确的信道状态信息，但通常由训练序列或信道估计的信道盲估计算法，会有一定的误差，加上时间延迟反馈通道，等因素的影响预编码器的性能往往会恶化，不能达到预期的目标是降低系统误码率提高吞吐量。因此应该考虑在设计预编码器通道变化和信道估计错误，否则将很难获得最佳性能的系统。 用x表示预，D预编码并不适用所有信道模型，在多址接入信道中，各用户不能协同处理，限制了预编码的 使用，而在广播信道中可使用预编码方法。 干扰对齐技术 干扰是未来无线通信网络提高容量和频谱效率的阻力因素。在很长一段时间内，人们寻找更好的干扰管理方法来降低干扰以及增加系统容量。在传统上有限的无线通信系统的干扰还是比较多的，因此传统管理方法对系统干扰能力是有限的。而在近期的干扰对齐方法可以使系统总容量增加，线性增加的用户系统的规模，有效提高系统容量。消除干扰的同时，也打破了固定形式的对无线通信系统干扰有限的理解。在MIMO系统中，往往是先量化信道状态信息，接着在经过低速反馈信道发送到发射机，也就是有限反馈。对于点对点MIMO通信而言，干扰对齐技术反馈信息量在干扰对齐技术下明显有所增加。第一，干扰对齐技术需要将所有的干扰链路信道状态信息进行反馈，但是干扰链路的数量比期望链路高；第二，反馈的信道状态信息的高精度是干扰对齐所必须的，否则将会出现严重的干扰泄露问题。所以，要对干扰对齐技术中信道状态反馈机制进行深入研究。 干扰对齐是指这样一类干扰处理的方法：如果在发送端适当的发射发送信号，使在每个接收干扰信号端都占用相同的信号维度，小于接收端信号的维度。这样每个接收端就可以将接收信号空间分为相互独立的部分，其中一部分用容纳干扰信号，另一部分用期望信号传输。。基本方法是在多用户干扰的基于发送端线性预编码，用户接收端将所有接收端的干扰信号与相同子空间进行对齐以减少干扰子空间维度。对于多用户MIMO信道干扰对齐的方法经研究显示，对单天线的时变对单天线的时变或频率选择性用户的干扰信道，在高信噪比条件下总共可获得的自由度。空域干扰对齐的方法是首先用多天线然后再引入空间信号维度对干扰进行处理的，与其它几种干扰对齐如频域干扰对齐、时域干扰对齐相比较，因为不需要改变现有的系统架构和采用信道扩展，并且易于理解和应用，而成为干扰对齐技术的主流，所以干扰对齐主要是指空域干扰对齐。干扰对齐的基本方法是在多用户MIMO干扰信道，发送端线性预编码在各用户接收端将所有接收到的干扰信号对齐到相同的子空间，再应用简单的迫零去除干扰方法，为期望信号进行有效传输提供无干扰子空间。 图2 时域干扰对齐示意图 图2是高斯干扰信道时域干扰对齐示意图，每个用户采用单天线。假设每条信道链路都存在时域传播时延，其中一个时隙期望信道时延，干扰信道时延为两个时隙，用户的信号表示为 其中表示第时隙用户的发送符号，是零均值单位协方差的复高斯噪声。如图所示，假设各用户是在奇数时隙发送信号偶数时会接收到无干扰的期望信号，由于采用不同的传播时延被“对齐”在奇数时隙，用户在系统隙内无干扰数据传输，获得1/2的自由度，1/2的自由度而传统的TDMA方式，用户需3个时隙无干扰传输，每用户