多用户MIMO系统预编码的技术研究

任婕　陈桂芬

摘 要：预编码是一种应用于发射端以达到抑制多用户间干扰的预均衡方法。MIMO预编码技术可有效防止误码扩散，大大降低接收端的复杂度。该文对多用户MIMO系统预编码的几种算法进行了研究，分析了其各自的优缺点，并提出了改进方法。其中包括迫零（ZF）线性预编码、块对角化（BD）线性预编码、最小均方误差（MMSE）线性预编码及信漏比（SLR）线性预编码。

关键词：多输入多输出系统 线性预编码 预编码 系统模型

中图分类号：TN919.72 文献标识码：A 文章编号：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

随着人们对通信需求的日益增长，可以极大地提高系统容量的多输入多输出（MIMO）技术已成为下一代移动通信（4G）标准中的核心技术[1]。在众多用户通讯中，如果用户端采用一根或者多根天线，基站端采用多根天线，那么就可以组成一个大的MIMO系统[2]。在这种系统的多用户下行信道中，由于用户接收机是分散的，接收天线之间不可能协同工作，多用户之间的干扰抑制无法通过接收端的均衡来完成，因此在发送端必须采用预编码技术，用来消除多用户之间的干扰。

预编码技术是MIMO系统中提高系统可靠性和有效性的关键技术之一，其主要作用是在基站端利用信道状态信息对信号进行预处理，将预编码模块和发送信号以及信道进行匹配，充分利用信息状态来提高信息的可靠性与准确性 [3]。

1 线性预编码系统模型

4 结语

目前多输入多输出系统预编码算法分很多种，可以从线性和非线性两方面来进行分析。本文单从线性预编码着手分析四种算法的优缺点并提出改进方案，由（图1）可知，迫零ZF线性预编码和块对角化BD线性预编码的性能相近但后者算法明显要更复杂一些；由于能够将每个用户间的干扰降到最低是信漏比方案的突出优点可以认为线性预编码的性能略好于前者，但其算法复杂度也明显高于迫零ZF方案；综上所述，最小均方误差线性预编码能够将发送和与接收符号的均方误差降到最小，且与块对角化BD和信漏比方案相比起算法相对简单一些所以，最小均方误差线性预编码方案性能最佳。得出线性预编码的性能最佳，它虽然引入一些噪声，但最小化发送和与接收符号的均方误差，且算法复杂度较低。

参考文献

[1] 吕锋.基于CA的BP神经网络模型的研究及应用[J].武汉理工大学学报，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：预编码是一种应用于发射端以达到抑制多用户间干扰的预均衡方法。MIMO预编码技术可有效防止误码扩散，大大降低接收端的复杂度。该文对多用户MIMO系统预编码的几种算法进行了研究，分析了其各自的优缺点，并提出了改进方法。其中包括迫零（ZF）线性预编码、块对角化（BD）线性预编码、最小均方误差（MMSE）线性预编码及信漏比（SLR）线性预编码。

关键词：多输入多输出系统 线性预编码 预编码 系统模型

中图分类号：TN919.72 文献标识码：A 文章编号：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

随着人们对通信需求的日益增长，可以极大地提高系统容量的多输入多输出（MIMO）技术已成为下一代移动通信（4G）标准中的核心技术[1]。在众多用户通讯中，如果用户端采用一根或者多根天线，基站端采用多根天线，那么就可以组成一个大的MIMO系统[2]。在这种系统的多用户下行信道中，由于用户接收机是分散的，接收天线之间不可能协同工作，多用户之间的干扰抑制无法通过接收端的均衡来完成，因此在发送端必须采用预编码技术，用来消除多用户之间的干扰。

预编码技术是MIMO系统中提高系统可靠性和有效性的关键技术之一，其主要作用是在基站端利用信道状态信息对信号进行预处理，将预编码模块和发送信号以及信道进行匹配，充分利用信息状态来提高信息的可靠性与准确性 [3]。

1 线性预编码系统模型

4 结语

目前多输入多输出系统预编码算法分很多种，可以从线性和非线性两方面来进行分析。本文单从线性预编码着手分析四种算法的优缺点并提出改进方案，由（图1）可知，迫零ZF线性预编码和块对角化BD线性预编码的性能相近但后者算法明显要更复杂一些；由于能够将每个用户间的干扰降到最低是信漏比方案的突出优点可以认为线性预编码的性能略好于前者，但其算法复杂度也明显高于迫零ZF方案；综上所述，最小均方误差线性预编码能够将发送和与接收符号的均方误差降到最小，且与块对角化BD和信漏比方案相比起算法相对简单一些所以，最小均方误差线性预编码方案性能最佳。得出线性预编码的性能最佳，它虽然引入一些噪声，但最小化发送和与接收符号的均方误差，且算法复杂度较低。

参考文献

[1] 吕锋.基于CA的BP神经网络模型的研究及应用[J].武汉理工大学学报，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：预编码是一种应用于发射端以达到抑制多用户间干扰的预均衡方法。MIMO预编码技术可有效防止误码扩散，大大降低接收端的复杂度。该文对多用户MIMO系统预编码的几种算法进行了研究，分析了其各自的优缺点，并提出了改进方法。其中包括迫零（ZF）线性预编码、块对角化（BD）线性预编码、最小均方误差（MMSE）线性预编码及信漏比（SLR）线性预编码。

关键词：多输入多输出系统 线性预编码 预编码 系统模型

中图分类号：TN919.72 文献标识码：A 文章编号：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

随着人们对通信需求的日益增长，可以极大地提高系统容量的多输入多输出（MIMO）技术已成为下一代移动通信（4G）标准中的核心技术[1]。在众多用户通讯中，如果用户端采用一根或者多根天线，基站端采用多根天线，那么就可以组成一个大的MIMO系统[2]。在这种系统的多用户下行信道中，由于用户接收机是分散的，接收天线之间不可能协同工作，多用户之间的干扰抑制无法通过接收端的均衡来完成，因此在发送端必须采用预编码技术，用来消除多用户之间的干扰。

预编码技术是MIMO系统中提高系统可靠性和有效性的关键技术之一，其主要作用是在基站端利用信道状态信息对信号进行预处理，将预编码模块和发送信号以及信道进行匹配，充分利用信息状态来提高信息的可靠性与准确性 [3]。

1 线性预编码系统模型

4 结语

目前多输入多输出系统预编码算法分很多种，可以从线性和非线性两方面来进行分析。本文单从线性预编码着手分析四种算法的优缺点并提出改进方案，由（图1）可知，迫零ZF线性预编码和块对角化BD线性预编码的性能相近但后者算法明显要更复杂一些；由于能够将每个用户间的干扰降到最低是信漏比方案的突出优点可以认为线性预编码的性能略好于前者，但其算法复杂度也明显高于迫零ZF方案；综上所述，最小均方误差线性预编码能够将发送和与接收符号的均方误差降到最小，且与块对角化BD和信漏比方案相比起算法相对简单一些所以，最小均方误差线性预编码方案性能最佳。得出线性预编码的性能最佳，它虽然引入一些噪声，但最小化发送和与接收符号的均方误差，且算法复杂度较低。

参考文献

[1] 吕锋.基于CA的BP神经网络模型的研究及应用[J].武汉理工大学学报，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