一种新的基于泄漏的多用户MIMO预编码

针对多用户MIMO基本SLNR预编码算法在发送天线数小于接收天线数之和时性能恶化的情况，考虑到接收滤波矩阵对泄漏功率的抑制作用，定义了一种新的信漏噪比形式，并基于信漏噪比最大准则，建立了一种最优发送预编码矩阵和接收滤波矩阵的联合设计方案。与基本SLNR算法相比，所给出的算法可以充分利用接收方的富裕空间进一步提高系统性能，增加系统支持的用户数目。仿真结果表明，当接收天线总数大于发送天线数时，只要子流数之和小于发送天线数，所给出的新算法依然具有非常优良的平均误比特率性能以及系统的和容量性能。 多用户MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）通信系统中，预编码技术是提升系统性能的关键手段之一。传统的SLNR（Signal-to-Leakage-and-Noise-Ratio）预编码算法在发送天线数量小于接收天线数量之和时，其性能会显著下降，无法有效地抑制共信道干扰。为解决这一问题，一种新的基于泄漏的多用户MIMO预编码策略被提出，即Post-SLNR算法。 SLNR预编码方法最早由SADEK M在2007年引入，它通过定义用户信号泄漏给其他用户的总功率作为泄漏，并将SLNR定义为期望用户接收信号功率与其泄漏加噪声功率的比例。SLNR的优势在于能够将原本耦合的优化问题转化为多个独立问题，从而简化求解，得到了广泛的研究和应用。然而，文献研究表明，当发送天线数小于接收天线数之和时，SLNR在高信噪比环境下性能恶化，不能有效地抑制干扰。 针对这一挑战，Post-SLNR算法通过引入接收滤波矩阵，重新定义了信漏噪比，以最大化这一新定义的信漏噪比为目标，设计了最优的发送预编码矩阵和接收滤波矩阵的联合设计方案。这一改进使得算法能更好地利用接收端的富余空间，从而进一步提升系统性能，支持更多的用户连接。 仿真结果显示，即使在发送天线数小于接收天线总数的条件下，只要子流总数不超过发送天线数，Post-SLNR算法仍能在高信噪比下保持优秀的平均误比特率（BER）性能和系统和容量性能。与基本的SLNR算法相比，Post-SLNR在各种系统配置下均表现出显著的性能提升。特别是在接收天线之和大于发送天线数的场景下，SLNR算法的性能不再随着信噪比的提高而改善，而Post-SLNR算法却能保持良好的性能表现。 此外，Post-SLNR算法的性能还与迭代次数有关。在高信噪比环境下，可能需要更多的迭代次数才能达到理想的性能水平，而在低信噪比时，经过较少的迭代次数，算法就能实现较好的误比特率性能。通过调整迭代次数，可以平衡计算复杂度与性能之间的关系，以适应不同的系统需求。 Post-SLNR预编码技术是一种有效的应对多用户MIMO系统中发送天线数不足问题的解决方案，它通过优化接收滤波矩阵，提高了系统的抗干扰能力和资源利用率，为未来无线网络的设计提供了新的思路。在实际应用中，可根据具体系统配置和性能需求，调整Post-SLNR算法的参数，以实现最佳的通信性能。