《Stiefel流形數值最佳化和MIMO預編碼設計》是依託中國科學技術大學，由戴旭初擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Stiefel流形數值最佳化和MIMO預編碼設計
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：戴旭初
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
多入多出(MIMO)預編碼(precoder)設計是提高MIMO通信系統性能的有效手段。關於預編碼設計的研究可以分為兩大塊。一是假定信道狀態在傳送方完全知道或者反饋信道不受限條件下進行預編碼最佳化的研究。由於實際的反饋信道速率受限，所以需要對上述預編碼矩陣進行量化後反饋給傳送方。這就帶來第二個問題，即對於預編碼的有限碼本的構造。傳統上人們將這兩個問題孤立的進行研究。在本項目的研究中我們把這兩個問題統一為Stiefel流形最佳化問題。解決該一般性問題將一舉兩得，為MIMO預編碼設計的兩個方面都提供新的解決方法。由於該問題的高維性和非凸性，一般性的全局最優解是困難的。本文中我們提出了幾種解決問題的思路，包括降維疊代，局部近似最佳化，以及利用問題的特性來尋求高效算法。我們在研究解決這些特定通信問題的同時，也將為發展流形上的最佳化理論本身而努力。
結題摘要
本項目從單用戶MIMO、多用戶MIMO、以及存在中繼節點時的MIMO通信場景這三個角度出發，研究了基於Stiefel 流形最佳化的MIMO預編碼設計。 （1）針對單用戶MIMO場景，研究了基於最大化最小歐氏距離準則的MIMO預編碼設計。 利用此問題的幾何特性和Stiefel 流形最佳化理論，提出了一種新穎的基於曲面膨脹的預編碼方法，能夠在兩路或者三路數據流的情況下能獲得最優的預編碼矩陣。特別是，該方法僅需要根據信道的條件數就可以直接查表來獲得對應的預編碼矩陣，因而其複雜度極低。據課題組所知，在該方向上鮮見有研究成果發表，因此所提出的預編碼方法彌補了這一研究方向的空白。 （2）針對多用戶MIMO場景，研究了多播系統中的預編碼設計，包括支持單路數據流傳輸的波束賦形方案和支持多路數據流傳輸的預編碼方案。 當基站配備兩根傳送天線時，提出了一種獲得全局最優波束賦形矢量的快速算法。迄今為止，這是唯一能保證獲得最優波束賦形矢量的算法。對於基站配備更多傳送天線的情況，利用降維疊代的思想，提出了降維疊代的設計算法，從而能夠以較低的複雜度獲得接近最優的波束賦形矢量。 在兩路或多路數據流的多播場景中，通過挖掘不同數據流的信噪比特性以及相互關係，將原來的Stiefel 流形最佳化問題轉化成一個實矢量最佳化問題，提出了基於梯度搜尋的局部最佳化的預編碼設計方法和求解算法，具有複雜度低、性能優異的特點。（ 3）針對存在中繼節點的MIMO通信場景，研究了預編碼技術在中繼系統中的套用，同時也對中繼MIMO系統的性能進行了定量分析。 對於單中繼多向信道，利用信號空間對齊、網路編碼、波束賦形等預編碼技術，提出了一種無干擾的單中繼多用戶多向通信的實現方法，並對其性能進行了深入分析。 在中繼MIMO系統中，針對不同場景設計出了兩種中繼協作傳輸協定，不僅有效地提高分集增益，也改善了中繼系統的可達速率。 基於上述研究工作，項目組在IEEE Trans. IT、IEEE Trans. WC、IEEE Trans. VT、IEEE Trans. IFS、IEEE Comm. Lett. 等核心學術期刊，以及ICC等重要國際學術會議上，發表相關研究論文11篇，投稿4篇（在審），順利完成了項目的研究任務。
