容量优化的多用户MIMO T-H预编码算法

针对多用户多输入多输出(MIMO)系统的下行链路,提出一种优化系统容量的Tomlinson-Harashima预编码(THP)算法.该算法根据用户子信道的衰落状况,对各个用户分别采用不同的缩放因子进行干扰预抵消处理,有效降低了等效噪声的熵值.同时结合多用户预编码排序算法来改变THP算法的预编码顺序,改善了用户子信道的衰落系数.仿真表明:与传统的THP算法相比,该算法能够有效提高系统容量(特别是在低信噪比情况下).当信噪比为5 dB时,采用该算法的10×10 MIMO系统在容量上有4 (bit*s-1)/Hz的增益.     

MIMO系统中基于TH预编码的多用户空间复用方案

Tomlinson-Harashima(TH)预编码是一种非线性串行预均衡技术.为了优化多输入多输出(MIMO)系统中的多用户空间复用策略以获取更大的系统容量,提出一种基于TH预编码的多用户空间复用方案.在该方案中,接收端进行波束成形,发送端通过TH预编码进行用户间干扰抑制,同时采用层间轮换的用户调度机制.理论分析和仿真结果均表明,与传统的基于奇异值分解(SVD)的单用户空间复用和基于线性迫零(ZF)的多用户空间复用相比,该方案能获得更大的等效信道增益和系统容量,且兼顾用户间的公平性.     

一种多用户MIMO下行系统中TH预编码与调度机制

针对多用户多输入多输出(Multi-input multi-output,MIMO)系统潜在的空间分集增益和多用户分集增益,该文提出了一种移动端多天线联合处理的Tomlinson-Harashima(TH)预编码和多用户调度算法联合优化机制。与传统TH预编码不同的是,所提出的TH预编码方案可应用在各用户数据流小于其接收天线数的场合,在进行系统最优设计时,可充分利用多天线接收分集来提高系统和速率。基于TH预编码方案的最优多用户调度算法具有很高的运算复杂度,提出了一种基于等效信道增益的次优低复杂度的多用户调度方案,利用该文TH预编码方案中用户分层编码的特点,逐层贪婪调度用户。仿真结果显示,所提调度算法性能接近基于和速率的最优调度方案性能,且优于传统方案的性能。     

基于随机波束成形的多天线用户系统的容量研究

随机波束成形技术是一种有限反馈的线性预编码算法,当活跃用户足够多时,能够逼近多输入多输出系统的和容量上限。然而已有的随机波束成形算法主要关注于单天线用户系统。为了提高随机波束成形算法的普适性,提出一种针对多天线用户的随机波束成形算法。该算法首先通过随机波束成形对用户进行预选,然后利用量化合并技术将每个预选用户的多根天线合并成单天线后完成波束成形。仿真结果表明,当系统内多天线用户为实际数目时,本算法在系统和容量上优于现有随机波束成形算法。     

一种新颖的多用户MIMO系统下行链路的信道分解方法

块对角化(BD, Block-Diagonalization)算法将多用户MIMO系统下行链路信道分解为若干个独立并行的单用户MIMO信道。该算法并没有考虑各用户接收噪声功率的差异,而是通过各等效单用户MIMO信道为不同的用户提供相同的空间发射分集,因此具有最大噪声功率的“最差”用户将会严重的恶化整个多用户MIMO系统的性能。我们结合下行链路信道块三角化（BT, Block-Triangularization)算法以及Tomlinson-Harashima 非线性预编码 (THP)提出了一种下行链路的改进BD分解算法,使分解得到的各单用户信道具有优于BD算法的空间发射分集。并且通过优先对“最差”用户进行预编码使得该用户获得“最优”的等效信道,提升了整个系统的性能。     

一种多用户MIMO系统下行链路的信道分解方法

针对块对角化(BD)算法没有考虑各用户接收噪声功率差异的问题,在对下行链路信道实施块三角化(BT)的基础上,结合Tomlinson-Harashima 非线性预编码(THP)提出了一种新的下行链路信道分解算法,使得分解后得到的各单用户等效信道具有不同的空间发射分集.该算法通过优先对"最差"的用户进行预编码使得该用户获得"最优"的等效信道.仿真实验结果表明该算法获得了比BD算法更好的系统性能.     

MIMO系统中基于GMD方法的矢量预编码设计

针对多输入-多输出(MIMO)通信系统提出了一种基于几何平均分解(GMD)的矢量预编码(VP)设计.该设计是基于THP(Tomlinson-Harashima Precoding)技术的GMD收发机的推广形式.基于GMD方法的联合收发处理构建了等对角的上三角信道,消除了子信道增益问的不平衡.给出了基于迫零(ZF)准则的预编码方案,利用扩展信道得到基于最小均方误差(MMSE)准则的方案.仿真结果表明,该方案具有比现有VP和GMD THP收发机更好的性能.     

一种水平和垂直联合优化的3D波束成形算法

与传统的无源天线阵列相比,基站端采用有源天线阵列,能够实现更加灵活和智能的波束成形,充分地利用三维空间信道特性,进而提高系统性能.本文研究了单小区多用户多输入多输出(MU-MIMO)下行广播信道场景中,基于面阵有源天线阵列的基站预编码3D波束成形设计问题.首先,将3D波束成形问题建模为对水平预编码和垂直预编码的联合设计问题,并引入一种最小化基站发射功率的最优化模型.然后,将原问题分解为关于水平预编码和垂直预编码的优化子问题,并通过半定松弛和交替优化迭代方法求解.仿真结果表明本文提出的算法能够很快收敛,并且能够获得明显优于对比方案的系统和速率性能.     

基于部分信道状态信息的Tomlinson-Harashima预编码设计

TH预编码(Tomlinson-Harashima precoding,THP)的性能受到信道状态信息(channel state information,CSI)的影响.对于实际的多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)时变信道,收端的信道估计误差和反馈信息的传输时延,使得收、发端只能得到部分信道状态信息(imperfect CSI).在收、发端空间相关的条件下,利用迫零(zero-forcing,ZF)THP准则,并结合贝叶斯(Bayes)估计理论,提出了一种THP设计方法.仿真结果表明,该方法能有效地改善空间相关、信道估计误差、反馈时延以及信道时变带来的不利影响,具有更好的误码率(bit error rate,BER)性能.     

基于最小均方误差的多用户MIMO系统下行链路预编码

针对多输入多输出(multple input multiple output,MIMO)系统下行链路的迫零预编码方法在块对角化的基础上追求最大化系统和容量,而并未考虑接收信号的均方误差,从接收信号具有最小均方误差的角度设计了多用户MIMO系统的下行链路预编码的方案,称为块对角化最小均方误差方案。理论分析和仿真结果表明,该方案相较于迫零算法具有较小的接收信号均方误差及较好的误码率性能,并且保持了迫零算法绝大部分的系统和容量,它在系统误码率与和容量方面提供了一种较好的折中。     

Joint Source and Relay Precoding/Beamforming Algorithm for OFDM Multi-user Cooperative Relay Systems

In order to reduce the feedback load of multi-user orthogonal frequency division multiplexing （ OFDM ） -based wireless systems, a practiral limited bits feedback precoding algorithm is proposed with direct source-destination link based on amplify-and- forward cooperative relay network under frequency selective fading channels. Using joint minimum mean square error（MMSE） filter, the receiving decoding matrix is designed for each user in the paper. Source precoding （beamforming） matrix is optimized with convex function of weight mean square error （MSE）. Relay precoding matrix is obtained under MSE decomposition and convex optimization. The precoding matrix index is fed back for clustered subcarrier of OFDM with limited feedback. Then using interpolation algorithm, all precoding matrices are achieved at base station （BS） and relay nodes. Simulations indicate the effectiveness of the proposed limited feedback joint precoding and beam_formlng design. The proposed method can improve bit error rate （BER） performance and obtain better sum-rate performance in contrast to existing algorithms. It displays the BER performance is close to that of the unquantified precoding feedback method.     

多输入多输出系统下行链路发射与接收的联合线性预编码

针对多用户多输入多输出系统下行链路线性预编码中的迫零法及正交化法对接收端的噪声有较强放大作用的问题，提出了一种发射与接收联合预编码的波束成形迭代法．该方法把联合预编码直接转变为波束成形问题，以惟一确定的最小范数解作为预编码矩阵，通过迭代得到各用户的预编解码矩阵．由于所得到的解码矩阵具有最小范数的特性，在解码时产生的噪声能量最小，从而有效地减少了对噪声的放大作用．同时，在基站总发射功率一定的条件下，根据用户的信道质量动态地分配功率可以使信道质量较差的用户得到较多的发射功率．仿真实验表明，所提出的方法与迫零法相比，在相同的仿真条件下，在平均误比特率为10^-4时可以获得约9dB的性能增益．     

一种新的非线性预编码算法

为解决传统模代数预编码算法在信道条件不好时误码率高的问题,提出了将格点减少技术与模代数算法相结合的新的非线性预编码算法.该算法利用格点减少技术对实际信道矩阵进行正交处理,以提升系统的整体误码性能及保证用户间的公平性.仿真结果表明,该算法能够明显地改善系统的误码性能,且随着信噪比的提高,该算法的性能也逐渐提升.     

全局最优的SLNR预编码功率分配算法

针对多用户多输入多输出系统,基于总可达速率最大化原则,研究了基于信漏噪比(signal-to-leakage-and-noise ratio, SLNR)预编码功率分配算法。为解决传统算法仅能通过迭代求解,性能不好的问题,提出了可直接求得全局最优解的解决方案。导出了仅含一种变量的目标函数,将功率分配问题转化为有约束条件的非凸优化问题。为解决这个优化问题,提出一种基于鸟群算法(bird swarm algorithm, BSA)实现全局最优的解决方案;为弥补该算法复杂度高的缺点,提出一种基于几何规划(geometric programming, GP)的近似全局最优算法。仿真表明,基于BSA的算法能够实现最大的系统总速率,且随着发射信噪比、基站天线数及用户数变化,性能提升效果能够得到保持;基于GP的算法,在复杂度与性能方面得到折衷,且相比基于BSA的算法,误码率性能更优。     

基于CSI-RS的3D MU-MIMO有限反馈预编码算法

利用三维多输入多输出(3D MIMO)信道矩阵的克罗内克积结构,传输预编码可分成水平与垂直维预编码,有效挖掘空间自由度可以提高系统性能。针对现有算法未能更好利用空间自由度及单流传输的不足,本文提出了一种基于信道状态信息参考信号(CSI-RS)的多用户MIMO(MU-MIMO)有限反馈预编码算法。该算法采用新码本,依据最大信干噪比准则选取最优的预编码矩阵索引(PMI)返回给基站(BS)供调度。验证结果显示该算法较已有算法,实现了多流传输,拥有更优的和速率(SR)及误码率(BER)。     

新型的稳健盲多用户检测

基于稳健的Capon波束形成技术，提出了一种新型的稳健盲多用户检测器．根据特征波形的误差范围，该检测器可以较精确计算控制稳健性的对角加载量．结果表明，研究方法在比特误码率以及渐进多用户有效性等方面表现出良好的性能，且采用特征分解自适应跟踪算法，容易推广至自适应实现．     

基于非理想信道状态信息的最小化均方误差非线性收发机设计

在多输入多输出系统中,当收发端已知非理想信道状态信息时,提出了一种基于最小化均方误差准则的非线性收发机设计方法,其结构基于汤姆林森-哈拉希玛预编码(THP).首先研究了收发信号的均方误差表达式,并将其转换为预编码矩阵的函数;然后,通过最优化及矩阵论方法最小化均方误差的下界,求解最优预编码矩阵以及下界的闭式解,进而获得整个非线性收发机矩阵.仿真结果表明,该方法性能优于现有的线性收发机设计和经典的THP收发机设计.     

频域时间反转多用户系统的信干噪比和误比特率分析

为了更有效地将时间反转技术应用到正交频分复用系统中,推导了多天线频域时间反转预编码多用户系统的平均信干噪比和误比特率的表达式。通过推导信号功率均值的表达式和用户间干扰信号功率均值的近似表达式,得到用户的平均接收信干噪比的近似表达式,进而得到二进制相移键控调制下的平均误比特率的一个下界和近似表达式。仿真结果表明,推导的平均信干噪比的近似值与仿真结果很接近,近似BER值与仿真得到的平均BER值较为接近;通过增大速率回退因子和天线数,可明显提高平均信干噪比,降低误比特率。     

多输入多输出系统下低复杂度的自适应预编码方法

针对多输入多输出衰落信道中存在的码间干扰和多径干扰问题，提出了一种具有低复杂度的自适应预编码方案．该方案在发送端和接收端分别放置了预编码器和基于迫零算法的接收机，这样接收机在进行均衡译码的同时，将信道信息反馈给发送端，发送端便可以随之选择发送子载波的数目以及预编码矩阵，完成自适应预编码．该方案可有效降低系统的误码率．仿真结果表明，当误码率为10^-3时，在传输信道信息未知的情况下，该方案的信噪比比信道信息已知的基于最小均方误差预编码方案高1．3dB，且复杂度大大降低．