多用戶MIMO系統預編碼的技術研究

任婕　陳桂芬

摘 要：預編碼是一種應用于發射端以達到抑制多用戶間干擾的預均衡方法。MIMO預編碼技術可有效防止誤碼擴散，大大降低接收端的復雜度。該文對多用戶MIMO系統預編碼的幾種算法進行了研究，分析了其各自的優缺點，并提出了改進方法。其中包括迫零（ZF）線性預編碼、塊對角化（BD）線性預編碼、最小均方誤差（MMSE）線性預編碼及信漏比（SLR）線性預編碼。

關鍵詞：多輸入多輸出系統 線性預編碼 預編碼 系統模型

中圖分類號：TN919.72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0044-03

ABSTRACT：Pre-coding is a pre-equalization technique that suppresses the interference between users at the transmitter.MIMO pre-coding technology can effectively prevent error diffusion，greatly reduce the complexity of the receiving end.In the paper， several algorithms of multi-user MIMO system pre-coding have been studied，analyzed its own advantages and disadvantages，and put forward some improvement methods.Including the zero forcing（ZF）linear pre-coding，block diagonalization（BD）linear pre-coding， the minimum mean square error（MMSE）linear pre-coding and signal leakage ratio（SLR）linear pre-coding.

Key words：MIMO linear pre-coding pre-coding system model

隨著人們對通信需求的日益增長，可以極大地提高系統容量的多輸入多輸出（MIMO）技術已成為下一代移動通信（4G）標準中的核心技術[1]。在眾多用戶通訊中，如果用戶端采用一根或者多根天線，基站端采用多根天線，那么就可以組成一個大的MIMO系統[2]。在這種系統的多用戶下行信道中，由于用戶接收機是分散的，接收天線之間不可能協同工作，多用戶之間的干擾抑制無法通過接收端的均衡來完成，因此在發送端必須采用預編碼技術，用來消除多用戶之間的干擾。

預編碼技術是MIMO系統中提高系統可靠性和有效性的關鍵技術之一，其主要作用是在基站端利用信道狀態信息對信號進行預處理，將預編碼模塊和發送信號以及信道進行匹配，充分利用信息狀態來提高信息的可靠性與準確性 [3]。

1 線性預編碼系統模型

4 結語

目前多輸入多輸出系統預編碼算法分很多種，可以從線性和非線性兩方面來進行分析。本文單從線性預編碼著手分析四種算法的優缺點并提出改進方案，由（圖1）可知，迫零ZF線性預編碼和塊對角化BD線性預編碼的性能相近但后者算法明顯要更復雜一些；由于能夠將每個用戶間的干擾降到最低是信漏比方案的突出優點可以認為線性預編碼的性能略好于前者，但其算法復雜度也明顯高于迫零ZF方案；綜上所述，最小均方誤差線性預編碼能夠將發送和與接收符號的均方誤差降到最小，且與塊對角化BD和信漏比方案相比起算法相對簡單一些所以，最小均方誤差線性預編碼方案性能最佳。得出線性預編碼的性能最佳，它雖然引入一些噪聲，但最小化發送和與接收符號的均方誤差，且算法復雜度較低。

參考文獻

[1] 呂鋒.基于CA的BP神經網絡模型的研究及應用[J].武漢理工大學學報，2002， 24（2）：35-37.

[2] Y.T.Wang，Y.I.Jan.Path Planning for Robot-Assisted Grinding Processes[C]//Proceedings of the 2001 IEEE International Conference on Robotics & Automation.England，2001：331-336.

[3] CATT.3GPP RI-070295-2007. Link level simulation results for non-codebook based Pre-coding in EUTRA TDD（SVD）.3GPP TSG RAN WGI Meeting #47bis. 2007：95-116.

[4] Freescale Semieonduetor.3GPP R1-071510-2007.Details of Zero-forcing MU-MIMO for DL EUTRA.3GPP TSG-RAN WGI#48bis.2007：195-202.

[5] Q.Speneer，M.Haardt.Capacity and downlink transmission algorithms for a multi-user MIMO channel.In Proc 36th Asilomar Conf.Pacific Grove.IEEE Computer Soeiety Press，2002：1384-1388.

[6] C.B.Peel，B.M.Hoehwald，A.L.Swindlehurst.A Vector-Perturbation Technique for Near-Capacity Mul-tiantenna Multiuser Communication-Part l：Channel Inversion and Regularization[J].IEEE Transactions on Com-munieations.vol，2005，53：195-202.

[7] Yao，W.，Chen，S.，Hanzo，L. ImProved MMSE veetor precoding based on the MBER criterion.In Proc VTC2009-Spring.Barcelona Spain. 2009：1-5.

[8] Alireza Tarighat，Mirette Sadek，Ali H.Sayed.A Multi User Beamforming Scheme for Downlink MIMO Channels Based on Maximizing Signal-to-Leakage Ratios[J].ICASSP vol.3. 2005，3：1129-1132.

[9] Sadek M，Tarighat A，Sayed A.H. A Leakage Based Precoding Seheme for Downlink Multi-user MIMOChannels[J].IEEE Transaetions，2007，6：1711-1721.endprint

摘 要：預編碼是一種應用于發射端以達到抑制多用戶間干擾的預均衡方法。MIMO預編碼技術可有效防止誤碼擴散，大大降低接收端的復雜度。該文對多用戶MIMO系統預編碼的幾種算法進行了研究，分析了其各自的優缺點，并提出了改進方法。其中包括迫零（ZF）線性預編碼、塊對角化（BD）線性預編碼、最小均方誤差（MMSE）線性預編碼及信漏比（SLR）線性預編碼。

關鍵詞：多輸入多輸出系統 線性預編碼 預編碼 系統模型

中圖分類號：TN919.72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0044-03

ABSTRACT：Pre-coding is a pre-equalization technique that suppresses the interference between users at the transmitter.MIMO pre-coding technology can effectively prevent error diffusion，greatly reduce the complexity of the receiving end.In the paper， several algorithms of multi-user MIMO system pre-coding have been studied，analyzed its own advantages and disadvantages，and put forward some improvement methods.Including the zero forcing（ZF）linear pre-coding，block diagonalization（BD）linear pre-coding， the minimum mean square error（MMSE）linear pre-coding and signal leakage ratio（SLR）linear pre-coding.

Key words：MIMO linear pre-coding pre-coding system model

隨著人們對通信需求的日益增長，可以極大地提高系統容量的多輸入多輸出（MIMO）技術已成為下一代移動通信（4G）標準中的核心技術[1]。在眾多用戶通訊中，如果用戶端采用一根或者多根天線，基站端采用多根天線，那么就可以組成一個大的MIMO系統[2]。在這種系統的多用戶下行信道中，由于用戶接收機是分散的，接收天線之間不可能協同工作，多用戶之間的干擾抑制無法通過接收端的均衡來完成，因此在發送端必須采用預編碼技術，用來消除多用戶之間的干擾。

預編碼技術是MIMO系統中提高系統可靠性和有效性的關鍵技術之一，其主要作用是在基站端利用信道狀態信息對信號進行預處理，將預編碼模塊和發送信號以及信道進行匹配，充分利用信息狀態來提高信息的可靠性與準確性 [3]。

1 線性預編碼系統模型

4 結語

目前多輸入多輸出系統預編碼算法分很多種，可以從線性和非線性兩方面來進行分析。本文單從線性預編碼著手分析四種算法的優缺點并提出改進方案，由（圖1）可知，迫零ZF線性預編碼和塊對角化BD線性預編碼的性能相近但后者算法明顯要更復雜一些；由于能夠將每個用戶間的干擾降到最低是信漏比方案的突出優點可以認為線性預編碼的性能略好于前者，但其算法復雜度也明顯高于迫零ZF方案；綜上所述，最小均方誤差線性預編碼能夠將發送和與接收符號的均方誤差降到最小，且與塊對角化BD和信漏比方案相比起算法相對簡單一些所以，最小均方誤差線性預編碼方案性能最佳。得出線性預編碼的性能最佳，它雖然引入一些噪聲，但最小化發送和與接收符號的均方誤差，且算法復雜度較低。

參考文獻

[1] 呂鋒.基于CA的BP神經網絡模型的研究及應用[J].武漢理工大學學報，2002， 24（2）：35-37.

[2] Y.T.Wang，Y.I.Jan.Path Planning for Robot-Assisted Grinding Processes[C]//Proceedings of the 2001 IEEE International Conference on Robotics & Automation.England，2001：331-336.

[3] CATT.3GPP RI-070295-2007. Link level simulation results for non-codebook based Pre-coding in EUTRA TDD（SVD）.3GPP TSG RAN WGI Meeting #47bis. 2007：95-116.

[4] Freescale Semieonduetor.3GPP R1-071510-2007.Details of Zero-forcing MU-MIMO for DL EUTRA.3GPP TSG-RAN WGI#48bis.2007：195-202.

[5] Q.Speneer，M.Haardt.Capacity and downlink transmission algorithms for a multi-user MIMO channel.In Proc 36th Asilomar Conf.Pacific Grove.IEEE Computer Soeiety Press，2002：1384-1388.

[6] C.B.Peel，B.M.Hoehwald，A.L.Swindlehurst.A Vector-Perturbation Technique for Near-Capacity Mul-tiantenna Multiuser Communication-Part l：Channel Inversion and Regularization[J].IEEE Transactions on Com-munieations.vol，2005，53：195-202.

[7] Yao，W.，Chen，S.，Hanzo，L. ImProved MMSE veetor precoding based on the MBER criterion.In Proc VTC2009-Spring.Barcelona Spain. 2009：1-5.

[8] Alireza Tarighat，Mirette Sadek，Ali H.Sayed.A Multi User Beamforming Scheme for Downlink MIMO Channels Based on Maximizing Signal-to-Leakage Ratios[J].ICASSP vol.3. 2005，3：1129-1132.

[9] Sadek M，Tarighat A，Sayed A.H. A Leakage Based Precoding Seheme for Downlink Multi-user MIMOChannels[J].IEEE Transaetions，2007，6：1711-1721.endprint

摘 要：預編碼是一種應用于發射端以達到抑制多用戶間干擾的預均衡方法。MIMO預編碼技術可有效防止誤碼擴散，大大降低接收端的復雜度。該文對多用戶MIMO系統預編碼的幾種算法進行了研究，分析了其各自的優缺點，并提出了改進方法。其中包括迫零（ZF）線性預編碼、塊對角化（BD）線性預編碼、最小均方誤差（MMSE）線性預編碼及信漏比（SLR）線性預編碼。

關鍵詞：多輸入多輸出系統 線性預編碼 預編碼 系統模型

中圖分類號：TN919.72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0044-03

ABSTRACT：Pre-coding is a pre-equalization technique that suppresses the interference between users at the transmitter.MIMO pre-coding technology can effectively prevent error diffusion，greatly reduce the complexity of the receiving end.In the paper， several algorithms of multi-user MIMO system pre-coding have been studied，analyzed its own advantages and disadvantages，and put forward some improvement methods.Including the zero forcing（ZF）linear pre-coding，block diagonalization（BD）linear pre-coding， the minimum mean square error（MMSE）linear pre-coding and signal leakage ratio（SLR）linear pre-coding.

Key words：MIMO linear pre-coding pre-coding system model

隨著人們對通信需求的日益增長，可以極大地提高系統容量的多輸入多輸出（MIMO）技術已成為下一代移動通信（4G）標準中的核心技術[1]。在眾多用戶通訊中，如果用戶端采用一根或者多根天線，基站端采用多根天線，那么就可以組成一個大的MIMO系統[2]。在這種系統的多用戶下行信道中，由于用戶接收機是分散的，接收天線之間不可能協同工作，多用戶之間的干擾抑制無法通過接收端的均衡來完成，因此在發送端必須采用預編碼技術，用來消除多用戶之間的干擾。

預編碼技術是MIMO系統中提高系統可靠性和有效性的關鍵技術之一，其主要作用是在基站端利用信道狀態信息對信號進行預處理，將預編碼模塊和發送信號以及信道進行匹配，充分利用信息狀態來提高信息的可靠性與準確性 [3]。

1 線性預編碼系統模型

4 結語

目前多輸入多輸出系統預編碼算法分很多種，可以從線性和非線性兩方面來進行分析。本文單從線性預編碼著手分析四種算法的優缺點并提出改進方案，由（圖1）可知，迫零ZF線性預編碼和塊對角化BD線性預編碼的性能相近但后者算法明顯要更復雜一些；由于能夠將每個用戶間的干擾降到最低是信漏比方案的突出優點可以認為線性預編碼的性能略好于前者，但其算法復雜度也明顯高于迫零ZF方案；綜上所述，最小均方誤差線性預編碼能夠將發送和與接收符號的均方誤差降到最小，且與塊對角化BD和信漏比方案相比起算法相對簡單一些所以，最小均方誤差線性預編碼方案性能最佳。得出線性預編碼的性能最佳，它雖然引入一些噪聲，但最小化發送和與接收符號的均方誤差，且算法復雜度較低。

參考文獻

[1] 呂鋒.基于CA的BP神經網絡模型的研究及應用[J].武漢理工大學學報，2002， 24（2）：35-37.

[2] Y.T.Wang，Y.I.Jan.Path Planning for Robot-Assisted Grinding Processes[C]//Proceedings of the 2001 IEEE International Conference on Robotics & Automation.England，2001：331-336.

[3] CATT.3GPP RI-070295-2007. Link level simulation results for non-codebook based Pre-coding in EUTRA TDD（SVD）.3GPP TSG RAN WGI Meeting #47bis. 2007：95-116.

[4] Freescale Semieonduetor.3GPP R1-071510-2007.Details of Zero-forcing MU-MIMO for DL EUTRA.3GPP TSG-RAN WGI#48bis.2007：195-202.

[5] Q.Speneer，M.Haardt.Capacity and downlink transmission algorithms for a multi-user MIMO channel.In Proc 36th Asilomar Conf.Pacific Grove.IEEE Computer Soeiety Press，2002：1384-1388.

[6] C.B.Peel，B.M.Hoehwald，A.L.Swindlehurst.A Vector-Perturbation Technique for Near-Capacity Mul-tiantenna Multiuser Communication-Part l：Channel Inversion and Regularization[J].IEEE Transactions on Com-munieations.vol，2005，53：195-202.

[7] Yao，W.，Chen，S.，Hanzo，L. ImProved MMSE veetor precoding based on the MBER criterion.In Proc VTC2009-Spring.Barcelona Spain. 2009：1-5.

[8] Alireza Tarighat，Mirette Sadek，Ali H.Sayed.A Multi User Beamforming Scheme for Downlink MIMO Channels Based on Maximizing Signal-to-Leakage Ratios[J].ICASSP vol.3. 2005，3：1129-1132.

[9] Sadek M，Tarighat A，Sayed A.H. A Leakage Based Precoding Seheme for Downlink Multi-user MIMOChannels[J].IEEE Transaetions，2007，6：1711-1721.endprint