多用户MIMO系统THP预编码研究

所需积分/C币:50 2015-01-11 15:39:08 1.3MB PDF
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通过一些网络文档整理出来的一份有关于多用户MIMO系统THP预编码研究方面的资料,希望你能对大家提供帮助。
率归一化因子T 矢量扰动编码方案VP( Vector Perturbation, VP)对 信道逆进行改动也就是构造规则化信道逆用规则化 信道逆和球形编码来扰动数据以达到减少传输信号能量 的目的因此矢量扰动也叫做球形编码. 普通信道逆SNR表现很差而且只能容纳很少的用 户用球形编码方法对数据进行一定的扰动能够减少传 输信号的能量规则化信道逆是在求逆前加入一个识别 矩阵,这样就大大提高了性能但是仍然在容量上有 些不足 后来学者不再采用大量改动逆的方法而是提出 了一种改变传输数据的方法,即在传输数据中加入 个整数向量偏移这种技术最初应用于THP码间干扰信 道接收端在求模运算后除以一个在传输中提供的标量 偏移这样就可以达到干扰消除的效果这种技术大量 应用于空时编码和克服码分多址技术的码问干扰 文献[3提出了一种联合选取信号扰动矢量的方法 将扰动矢量因子先传输给接收者这种方法与THP反馈 矩阵选取的思路是一样的VP中反馈传送的是一个数 q?国无线电2o1年第1期65 技术前沿 Technology ForwardPosition 列将传输信号中信号强度最大的信号在性能最好的规 则化信道逆中传输将信号强度弱的在Img差的规则化 信道逆中传输. 12THP介绍 THP预编码是非线性预编码,使用了较为简单的模 代运算但性能接近于DPC,只在发射端进行预处理. 在当前THP的研究中,一般采用zF准则或者MMSE准则 THP编码方案分为单天线条件下和多天线条件下两种 情况.本文主要研究的是多天线条件下的预编码方案. 图1多天线THP结构图 假设有M根天线和K个接收用户发送数据矢量 ;=[S.rHr:h2…,h:传输信道H表示为 H[h.,h,前馈矩阵F是一个M×K维矩阵这可 以使发射信号因果化,因果干扰通过反馈矩阵(B-1)消 om 除因果化是信号仅受到一个其他用户信息的干扰B 是一个维数为K×K的对角元素为1的三角矩阵发射端 求模操作的意义在于把信号控制在星座图范围内图1 中.左边方框内的部分为THP预编码的结构部分每个 接收端的处理方式从一个标量缩放因子变成了一个矩 阵.卜面以zF准则和MMsE准则为例详细介绍THP编码原 定义变量ⅴ对,c进行取模运算.与单天线THP相 比,多天线的情况更为复杂原因是除了要进行收发联 合处理外,接收端要进行多大线协作处理. ZF一般应用于单天线情况下在非线性预编码基础 上应用zF线性操作能够实现很好的系统l-6g尤其是将 ZF准则应用于THP系统中,THP可以解决zF准则存在的哚 声放大的问题然而传统的 ZE-TH方案存在一些问 题.一方面,非线性收发联合处理使预处理矩阵计算非 常复杂另一方面线性预处理和预消除技术可以通过 单个用户的分层算法来消除其他用户的干扰但是这样 会受限于传输功率的增加. 文献[4提出了一种改进的方案用ZF准则进行非 线性的收发联合处理TP应用于发送端进行非线性操 作,接收端应用zF进行线性处理ZF准则应用于发送接 我体电这种算达可以解化省动种加的Om 题,且性能十分优良. 2接收端为多天线的 MMSE-THP MMSE THP与ZF-THP的系统模型是一样的在单天 线系统屮MMSE的性能要优于ZF~,3性能在多天线系统 中,与zF不同的是传统的 MMSE-THP方案存在着接收端无 法联合处理的问题,而且在性能上也没有ZF-THP好 文献[2|中提出了一种新的 MMSE-THP方案与ZF一 THP应用原理是相同的只是在处理过程中应用了MMSE 准则该系统所应用的矩阵与zF的相同 从文献[7可知,在推导满足MMSE特性的矩阵时采用 了近似,这就是 MMSE-THP的BER不如 ZF THP的原因 21THP改进方案 如上所述,zF准则和MMSE准则下的TP预编码方案 存在一个问趣这就是接收天线数量不能大于发射天线 数量本文所改进的THP方案是在两天线场景下突破了 这个限制我们在信道H后面增加一个信道处理矩阵D. 在支持两个用户的情况下,有下面关系式: Y=GDHFBV+GDn(1) 信道矩阵H为:H=【H,H,缩放矩阵为 G:diag(g),处理矩阵为Dn为接收 天线上的噪声且其各个分量之间是独立不相关的 om i=Bv=B(S+d)d为合适的预编码矢量,可以使i保 持在合适的泡围内 整个系统的设计满足zF准则因此有: GDHFB-I(2) 我们定义R=HH-R=HHH应 用如下引理: 引理1:如果v与V是(R.,R:)的通用特征向量且对 应于不同的特征值则仟意8,3v-5v满足l:Rv=0, IVRv=0,其中m,=1,2,且mI 令t和t:为(RR)的通用特征向量则有 tHHt.=0(3) tHH: t-O(47. 通过引理1可知和t是线性预编码矢量且具有 对称性接收端向量采用最大比合并方式,实现两个用 户之间的干扰为0通过最大比合并方式对用户进行选 择用来区分两个用户.其关系如下 t,t=a唱ma XS (+ItR, tII+log2(+ItR2t2l:I(s) 从而得到最优的t与t:(分别表示为t和t:) com 后再求得相应的d和d H.U/11-t,6) d:=Ht/11-:t(7) 此时可以得到相应的等效信道H Hef.f THI(& 其中,H=d[I,Il=I:. 利用QR分解,有HQR,其中R[是一个上 角矩阵可以求得GB,F如下: G-曙()9), B: GR(10) F=Q(11) 此时解出全部处理矩阵 此方案在接收端为两根天线的场景下,用简单的方 法求得收发联合处理矢量且整个系统的该方案干扰 为0更为重要的是突破了接收天线数不能大于发射天 线数的限制 22仿真图例分析 (1)与DPC编码方案对比 图2THP与DPC容量比较 ocin. com 本文所提的THP方案针对两个用户在两根发射天 线和单根接收天线数场景下所达到的系统容量与经典 容量DPC容量的比较情况如图2所小.二者在容量上十分 接近 (2)一根天线和两根天线THP方案的对比 技术前沿 Technology ForwardPosition 图3不同接收天线的比较 图3所示为当采用QPSK调制时,所提方案同接收 端有单大线的zF-THP方案的性能比较当BER:l0 时,所提方案相比单天线THP有9dB的增益由此可知 该系统的误比特性有很大的提高 3结束语 本文对THP,MMO技术以及预编码技术进行了介绍 尤其是对非线性THP预编码进行详细论述,对传统的THP方 案做了改进,使其突破了天线维数的限制,并且在没有过 多增加复杂度的条件下实现了容量的最大化 中国无线电20年第j期67 www.docin.com

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