下行多用戶MIMO預編碼方法的研究與應用.pdf

1、多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）系統(tǒng)可以在不增加時頻資源的情況下提高傳輸的有效性和可靠性。將 MIMO技術應用于無線通信的下行鏈路，基站同時為多個用戶提供服務，可以大大提高系統(tǒng)的容量，而一般來講，多個用戶之間不能協(xié)作，需要在基站進行預編碼來達到復用的目的。本文主要研究下行多用戶MIMO的預編碼技術。
　　首先，本文研究了平坦衰落信道下的下行多用戶 MIMO預編碼技術。推導并分析

2、了協(xié)作和非協(xié)作下行多用戶 MIMO的容量上限，并研究了各種預編碼的實現過程、應用場景及信道容量。其中，迫零（Zero Forcing，ZF）和規(guī)則化信道反轉（Regularized Channel Inversion，RCI）預編碼極大簡化了接收端的處理過程，適用于每個用戶只配備一根天線的情況，但在用戶端配備了多根天線時性能較差，且有較強的維度限制；塊對角化（Block Diagonalization，BD）和連續(xù)最小均方誤差（Succ

3、essive Minimum Mean Square Error，SMMSE）預編碼在每個用戶配備了多根天線的情況下有明顯的容量增益，且維度限制有所放寬，但當需要服務的用戶數較多或者用戶配備的天線數目增加時，基站的天線數也要相應增加，此時 BD和SMMSE預編碼不能利用完整的信道自由度；信號泄露噪聲比（Signal-to-Leakage-and-Noise Ratio，SLNR）預編碼則很好解決了上述幾個預編碼的缺陷，不僅能在噪聲和干擾

4、之間折衷，還能在支持最多用戶數和天線數的情況下利用完整的信道自由度；順序預編碼（Successive Precoding，SP）則在用戶的服務質量（Quality of Service，QoS）需求差異較大時能夠有效節(jié)約基站發(fā)射功率。
　　接著，本文在用戶端配備多根天線的情況下，希望得到誤碼率性能優(yōu)化的預編碼方式，研究了基于最小和均方誤差（Minimum Sum Mean Square Error，Min-SMSE）準則的預編碼。

5、大多文獻均認為無法從下行直接求解，需利用上下行對稱性，先進行上行迭代求解，再等效到下行鏈路，迭代過程非常復雜且涉及到多維的凸優(yōu)化功率分配問題，本文提出了直接運用下行迭代求解的運算方法，簡化了迭代過程，且無需進行多維的功率分配優(yōu)化。經過仿真驗證，所提出的算法在迭代5~10次時即可收斂，復雜度降低，且能達到接近最優(yōu)的誤碼率性能。
　　最后，本文研究了頻率選擇性衰落信道下的下行多用戶MIMO預編碼技術。利用正交頻分多路復用（Orthog

6、onal Frequency Division Multiplexing，OFDM）的抗頻選特性，給出了基于子載波聯(lián)合預編碼的系統(tǒng)模型，在多普勒頻移為零時，又提出了簡化的基于子載波獨立預編碼的系統(tǒng)模型，復雜度降低。仿真研究了在給出的MIMO-OFDM預編碼系統(tǒng)模型中，各種預編碼方式的誤碼率性能和復雜度，并研究了它們在有多普勒頻移的信道下的誤碼率性能。針對頻率選擇性衰落信道下，基于Min-SMSE準則的預編碼方式復雜度較高的問題，提出了幾