减格辅助的MIMO预编码算法研究

摘要

多输入多输出（MIMO）技术是第三代和未来移动通信系统在给定的频谱范围内实现高速率数据传输，提高数据传输质量的重要途径。预编码技术因为在发射端进行预处理，简化了接收机的复杂度等优势，在MIMO下行传输链路中的实用性很高。所以，MIMO预编码技术在无线通信技术中有着重要的研究意义。 普通的预编码技术是将相应的检测技术应用到发射端，算法实现简单，但是会显著的增强噪声，降低系统的性能。近年来，很多学者引入减格辅助的理论获得更好的信道状态信息矩阵，在发射端利用减格技术降低了噪声增强，从而以多项式的复杂度实现了较大的性能改善。减格辅助技术（Lattice Reduction Aided）因其出色的性能表现，越来越受重视。基于减格辅助的预编码技术的方案也不断被提出。但是，大多数的减格辅助预编码方案是在理想MIMO模型下提出并作性能分析，而实际信道不是理想的,信道估计存在偏差和天线之间存在相关性是预编码技术中造成非理想MIMO环境的两个重要原因。针对非理想MIMO模型的减格辅助预编码方案鲜有被提出或者进行性能分析，本文针对非理想MIMO模型提出了一些减格辅助预编码方案并进行了详细了性能分析，并针对实际环境提出了建议。 本文研究了基于减格辅助技术的包括线性预编码与非线性预编码在内的多种MIMO方案。首先，在理想MIMO模型的基础上，本文分别建立了信道估计存在偏差以及天线相关信道的非理想的MIMO模型。研究了迫零，基于最小均方误差准则（MMSE）的线性预编码技术，分析了上述线性预编码方案的不足，进而提出了基于MMSE准则的结合VBLAST算法的Tomlinson-Harishima预编码（THP）方案，在各种MIMO模型下的仿真结果表明，此算法比其他THP方案具有更好的性能。 针对非理想MIMO模型，提出了减格辅助的基于MMSE准则的结合VBLAST算法的THP方案。该方案与现有的基于迫零的THP方案或者结合QR分解的THP方案相比都有更好的性能。仿真结果表明，所提出的LRA-VBLAST-MMSE-THP方案在信道估计存在偏差或者天线相关信道等非理想MIMO模型下仍然有较好的性能增益，具有一定的实用性。 继续针对非理想MIMO模型，本文分析了现有矢量预编码方案复杂度太高的不足，提出了复杂度较低的减格辅助的基于MMSE准则并结合VBLAST技术的矢量预编码方案。为了进一步研究所提出方案的性能，同时也提出了减格辅助的基于MMSE准则并利用现有的线性处理技术的矢量预编码方案。本文对所提出低复杂度方案进行了仿真结果和算法复杂度分析，二者均表明本文所提出算法具有更好的实用性。