多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路預(yù)編碼技術(shù)研究.pdf

1、多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)可以在不增加系統(tǒng)帶寬的前提下顯著提高系統(tǒng)的傳輸速率和鏈路可靠性，是未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路中，利用發(fā)送端獲知的信道狀態(tài)信息（CSIT）對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理（也稱為預(yù)編碼）不儀可以解決復(fù)用用戶之間的干擾問(wèn)題，提高系統(tǒng)的傳輸速率和鏈路可靠性，還可以降低接收機(jī)的復(fù)雜度，解決移動(dòng)臺(tái)的功耗問(wèn)題。因此，對(duì)多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路中的預(yù)編碼技術(shù)進(jìn)行研究，有著重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。<

2、br>　　 本論文圍繞多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路中的預(yù)編碼問(wèn)題展開(kāi)研究，主要工作包括以下四個(gè)部分：
　　 （一）研究了采用最小均方誤差（MMSE）預(yù)編碼的多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路中的用戶選擇問(wèn)題。這部分工作基于理想CSIT的假設(shè)。該問(wèn)題的最優(yōu)解可以通過(guò)窮舉搜索法獲得，但是其計(jì)算復(fù)雜度較高。因此，本文首先提出了一種基于和速率的貪婪用戶選擇算法，該算法依次選擇使和速率最大的用戶。為了進(jìn)一步降低算法的計(jì)算復(fù)雜度，論文隨后提出了一種

3、基于MSE的貪婪用戶選擇算法，該算法在每步的用戶選擇中都以最小化MSE為準(zhǔn)則。對(duì)窮舉搜索法以及所提出的兩種用戶選擇算法的計(jì)算復(fù)雜度分析表明，基于MSE的貪婪用戶選擇算法的計(jì)算復(fù)雜度要低于基于和速率的貪婪用戶選擇算法，且這兩種算法的計(jì)算復(fù)雜度都遠(yuǎn)低于窮舉搜索法。仿真結(jié)果表明所提出的兩種用戶選擇算法都能獲得接近窮舉搜索法的遍歷和速率性能。
　　 （二）研究了多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路中基于理想CSIT的發(fā)送波束成型問(wèn)題，提出了一種混

4、合波束成型方案。該方案將迫零波束成型（ZFBF）與正交波束成型（OBF）合并在一起，只對(duì)信道準(zhǔn)正交的那部分用戶采用ZFBF，而對(duì)其它用戶則采用相互正交的波束成型向量，且這些正交波束成型向量在ZFBF用戶信道向量張成子空間的正交補(bǔ)空間內(nèi)生成。最優(yōu)的混合迫零/正交波束成型方案在選擇用戶及其波束成型策略時(shí)需要采用窮舉搜索法。為了降低計(jì)算復(fù)雜度，論文進(jìn)一步提出了一種基于貪婪搜索的次優(yōu)方案。此外，論文還從理論上證明了混合迫零/正交波束成型方案的最

5、大可達(dá)和速率大于ZFBF方案和OBF方案的最大可達(dá)和速率。仿真結(jié)果表明，所提出的混合波束成型方案能夠結(jié)合ZFBF方案和OBF方案的優(yōu)點(diǎn)，獲得比這兩種方案更好的遍歷和速率性能。
　　 （三）研究了有限反饋多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路中基于信道方向信息量化反饋的魯棒預(yù)編碼問(wèn)題。在所考慮的系統(tǒng)中，各個(gè)用戶將其信道方向信息量化后通過(guò)反饋信道反饋給基站。我們假設(shè)反饋信道是無(wú)誤差的，考慮了反饋無(wú)延時(shí)和有延時(shí)兩種情況。論文提出了一種魯棒MMSE

6、預(yù)編碼方案，該方案基于MMSE準(zhǔn)則來(lái)設(shè)計(jì)。首先計(jì)算出給定量化的信道方向信息下MSE的條件期望，并以此作為優(yōu)化的目標(biāo)，然后通過(guò)最小化該條件期望，得到了有閉合表達(dá)式的設(shè)計(jì)結(jié)果。將該設(shè)計(jì)結(jié)果和傳統(tǒng)MMSE預(yù)編碼矩陣進(jìn)行比較，可以看出兩者的差別主要在于矩陣求逆中修正因子的不同，因此所提出的魯棒MMSE預(yù)編碼方案和傳統(tǒng)MMSE預(yù)編碼方案具有相似的復(fù)雜度。仿真結(jié)果表明本文所提出的魯棒MMSE預(yù)編碼可以獲得優(yōu)于傳統(tǒng)ZF和MMSE預(yù)編碼方案的性能。