ISSN
1000-0054
清华大学学报(自然科学版)
2008
年第
48
卷第
4
期
16/40
514-517
CN
11-2223/N
J
Tsinghua
Univ
CSci
&.
Tech)
,
2008
,
Vo
l.
48
,
No.4
MIMO
系统中基于
TH
预编码的多用户空间复用方案
黄敏，缪蔚，周世点，王京
(清华大学电子工程系，微波与数字通信技术国家重点实验室，北京
100084)
摘
要
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。
关键词:移动通信;多输入多输出
(MIMO)
系统;
Tomlinson-Harashima
(TH)
预编码;空间复用;
波束成形;用户调度
中图分类号:
TN
929.5
文献标识码
A
文章编号:
1000-0054(2008)04-0514-04
TH
precoding
based
mu
It
iuser
spatial
mu
It
iplexing
scheme
in
MIMO
systems
HUANG
Min
,
MIAO
Wei ,
ZHOU
Shidong ,
WANG
Jing
(State
Key Laboratory
of
Microwave
and
Digital Communication,
Department
of Electronic Engineering , Tsinghua University,
Beijing 100084,
China)
Abstract:
Tornlinson-Harashirna precoding
(THP)
is
a nonlinear,
successive pre-equalization technique. A
THP-based
rnultiuser
spatial
rnultiplexing scherne was developed to irnprove
the
systern
capacity in rnultiple-input rnultiple-output
(MIMO)
systerns. In this
scherne
,
the
receivers perforrn bearn-forrning , while
the
transrnitter
suppresses
the
inter-user interference using
the
THP
scherne. A
theoretical analysis and sirnulation results indicate
that
, cornpared
with
the traditional singular value decornposition
(SVD)
based
single-user
spatial rnultiplexing and linear zero-forcing
(ZF)
based
rnultiuser spatial rnultiplexing
,
the
scherne obtains larger equivalent
channel
gains and systern capacity, and
at
the
sarne tirne , guarantees
user
fairness.
Key words: rnobile cornrnunication; rnultiple-input rnultiple-output
(MIMO)
systerns; Tornlinson-Harashirná
(TH)
precoding; spatial rnultiplexing; bearn-forrning; user
rnanagernent
近来信息论研究结果表明，采用多输入多输出
(MIMO)
技术可以极大地提高系统容量[口。然而，在
多用户下行信道中，由于接收机的分散，多用户干扰
抑制必须在发送端完成，这就是空间预编码技术
[2]
。
在以基站
(BS)
为中心的下行多用户通信系统
中，发送端(基站)与每个接收端(用户)均可配置多
根天线，从而构成采用相同时频单元的多个并行空
间通道。相应的，传统的多用户传输方案主要有
2
种。一种是基于正交多址(时分多址、频分多址和码
分多址)来区分用户，每个正交单元内采用空间复用
技术提高单用户传输速率。在一次传输中所有空间
通道分配给一个用户使用，通过奇异值分解
(SVD)
对空间通道进行解楠，结合"注水"功率分配，可以实
现单用户的
MIMO
系统容量
[1]
。另一种是使用非正
交多址(空分多址)来区分用户，即在非正交的空间
通道中同时服务多个用户。这时，基站使用多根发送
天线进行预编码，使得每个用户的波束方向都在其
他用户的信道矩阵的零空间中，从而消除了用户间
干扰。这就是线性迫零
(ZF)
预编码技术
[3]
。在下文
中以上
2
种方案分别称为
S-SVD
和
M-ZF
。
S-SVD
方案的优点在于最优地进行空间干扰
抑制，缺点在于每次传输只使用了单个用户的接收
天线。
M-ZF
方案的优点在于可以使用所有用户的
接收天线，缺点在于空间干扰抑制的代价过高。
Tomlinson-Harashima
(TH)
预编码最初应用
于均衡单天线信道中的符号间串扰，近来被用于
MIMO
下行信道中发送端进行多用户干扰抑制[川
4]
尽管
TH
预编码通过使用非线性技术减小了空间干
扰抑制的代价，但是仅使用其进行发送端处理，仍然
无法实现
S-SVD
的功率效率。为此，本文提出了一
收稿日期:
2007-01-02
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(9020400
1)
作者简介
z
黄敏
0980
一)
，男(汉)
，广西，博士研究生。
通讯联系人:王京，教授，
E-rnail: wangj@tsinghua. edu. cn
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