论文研究-结合波束成形MMSE-THP算法研究.pdf

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Tomlinson-Harashima预编码(THP)算法是一种多输入多输出下行链路系统中有效去除用户间干扰(MUI)的预均衡技术,但存在系统容量损失的问题。为此,提出通过在接收端进行波束成形使得MMSE-THP系统和容量最大化,设计了信道状态信息完美和不完美两种情况下结合波束成形的系统方案。理论分析与仿真结果均表明,与传统MMSE-THP算法相比较,该方案在低信噪比时能提高系统和容量,并对高信噪比时系统的误码性能有明显改善。
·94 计算机应用研究 第29卷 Euluer's digamma函数。代入式(14): 10 一伸统MMs伊系 书 MNSE-THP 只加入波末或形的 MMSE-THP系腰 一加入波束成形的系 S=(1+2)v(N-k+1) 代入容量式(9)(10)得到: a)信道状态信息完美时 10 g21OB2e.(I +a)2y(N-k+1) 文的方案可使式(5(6)和容量达到最大值因此可以提高5结粉→ (16) b)信道状态信息不完美时 051015 05101520 30 信噪比 信噪比EbN/dB 图5信道状态 息完美时的 图6信道状态信息不完美时的 a+T3+gex(1+a2)∑业(N-k+1)(17) 误码 误码率曲线 用式(16)(17)近似计算传统 MMSE-THP系统和容量。本 统系统的和容量。文中方案的等效信道服从复高斯分布,从而 本文设汁了一种适合于MMSE-TIP系统的空间复用结 加入波束成形矩阵后的系统在高信噪比下的和容量应该与传构,在该系统接收端加入波束成形矩阵,以此减小传统MMSE 统 MMSE-THP系统相等。 THP系统造成的和容量损失。无论信道状态信息如何,本文 完成波東成形矩阵的设计后,得到信道状态信息完美和不的方法都可以在系统和容量和误码率上都有一定的优越性。 完美两种情况下的系统等效信道分别为M人别代热参考文献 HM=V"E(Hh)。用等效信道H1m和Hn分别代替式 [1] GOLDSMITH A, JAFAR S A, JINDAL N, et al. Capacity limits of MI (1)~(4)中的信道矩阵H,即可完成两种信道状态情况下整 MO channels[ J. IEEE Joumal on Selected Arears In Communi- 个系统的设计 cations,2003,21(5):684-702 [21 FISCHER R, WINDPASSINGER C, LAMPE A, et al. Tomlinson 4性能仿真与分析 Harashima precoding in space-time transmission for low-rate backward channel cl//Proc of International Zurich Seminar on Broadband 对本文给出的设计方案,采用以下条件进行仿真验证。信 Communications Access, Transmission, Networking. 2002: 1-6 道状态信息完美时,采用平坦瑞利衰落信道模型;信道状态信[3]wEs.RD,cO1JM. Achievable rates for tomlinson+ arashima 息不完美时,采用第1章表述的信道模型。在MIMO下行链路 precoding.J]. IEEE Trans on Information Theory, 1998, 44(2) 中,对输入数据采用16QAM调制,基站发送天线数M=4,接 824-831 收端用户数K=2,每个用户的天线数N4=2,信道估计误差的4] WEI YU, CIOFFI J M. Trellis and convolutional pre ceding for trans 方差σ=0.01,最大多普勒频移设为f=5.6Hz,反馈延迟时 mitter-based interference presubtraction J].IEEE Trans on Com 间设为s=1ms,发射端信道相关系数a=0.3。信道状态在 munications,2005,53(7):1220-1230 帧的时间内保持不变。 [5 LI Xin-min, BAI Bao-ming. ZF-THP combined with receive beam forming for multi-user MIMO downlinks[C//Proc of the Ist IEEE 图3和4分别表示了信道状态信息完美和不完美两种情 International Conference on Information Science and Engineering 况下的系统和容量仿真波形。从仿真结果可以看出,不论信道 Washington DC: IEEE Computer Society, 2009: 2779-2782 状态信息是否完美,低信噪比时,相比于传统 MMSE-THP系16. Yan Chun4in, KAYAMA H, ZHANG Zhan. A new THP precoding 统,加入波東成形的系统和谷量得到了提高,与前面的理论分 scheme with reduced data streams [C //Proc of IEEE Internatioual 析一致;信道状态信息不完美时,由于2的影响,加入波束成 Conference on Communications Technology and Applications. 2009 形的系统和容量会比传统系统稍微偏低一点。 616-620 一传统MME伊系统 [7] XU Chong bin, LI Ping, YUAN Xiao-jun, et al. Joint beamforming 一加入被束成形的 NUSE- TH系线 water-filling, and diversity coding in MIMO systems with CSIT uncer tainty[ C]//Proc of the 6th International Symposium on Turbo Codes and Iterative Information Processing. 2010: 24-29 [8 VU Mai, PAULRAJ A. On the capacity of MIMO wireless channels with dynamie CSITLJJ. IEEE Journal on Selected Areas in Com 一传统MMs7°统 加入波康成形的 MNSF.T系 munications, 2007, 25(7): 9 l0 051015202530 信噪比 EbN/dB 信噪比 EbNOldB L9 DABBAGH A D, LOVE D J. Multiple antenna MmSe based down- 图3信道状态信息完美时的 图4信道状态信息不完美时的 link precoding with quantized feedback or channel mismatch [J] 和容量曲线 和容量曲线 IEEE Trans on Communications, 2008, 56(11): 1859-1868 图5和6分别表示了信道状态信息完美和不完美两种情10 HANG X, PALOMAR D P, OTTERSTEN B. Statistically robust de- 况下的误码率仿真曲线。从结果可以看出,加入波束成形后, sign of linear MIMO transceivers [ J]. IEEE Trans on Signal Pro 无论信道状态信息是否完美,高信噪比下,系统的误码率性能 cessIng,2008,56(8):3678-3689 都得到了提高。由于信道估计误差σ的存在,在高信噪比时 [11 LIU Jia, KRZYMIEN W A. Improved Tomlinson-Hlarashima precoding for the downlink of multiple antenna multi-user systems [C//Proe of IEEE 会出现地板效应,由于仿真的信噪比有限,地板效应并不是很 Wireless Communication and networking Conference 2005.466-472 明显。 [12 DU Juan, LI Shou-liang. Thomlinson-Harashima precoding for multi 综上所述,通过仿真结果的验证,本文设计的波束成形矩 user MIMO downlink with imperfect channel state information [C]// 阵在低信噪比时可以增大系统容量,高信噪比时可以进一步提 Proc of the 3rd International Conference on Measuring Techaology and 高系统的误码率性能。 Mechatronics Automation. 2011.1027-1030

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