LTE及LTE-A系统预编码技术的研究….docVIP

LTE及LTE-A系统中预编码技术的研究 X 摘要：本文首先概述了预编码技术的发展历史、基本原理和研究意义。重点介绍了预编码技术在LTE及LTE-A系统中的应用，最后对预编码技术的发展趋势做出预测及综合评论。 关键词：预编码；LTE；CoMP The Research of LTE and LTE-A Precoding Technology Abstract: This paper first outlines the precoding technology of development history, basic principle and research significance., focusedly introducing the application of precoding techniques in LTE and LTE-A system., and finally forecasting the development trend of precoding technique and reviewing comprehensively. Key words: precoding; LTE; CoMP 1 前言 近十多年来，随着对基于多天线的多输入多输出（MIMO）技术研究的不断进步，无线通信取得了新一轮的蓬勃发展。在现有的商用移动通信系统中，用户数的增加和业务对速率要求的不断提高，使频谱资源日益紧张。在这样的背景下， 理论界和工业界都积极地研究和推进 MIMO 技术。MIMO 研究的最初期，主要是侧重利用多接收天线的接收检测算法，实现对数据流的正确解调。但由于 MIMO 系统中常常是多路数据同时传输，信道比较复杂，仅仅依靠接收端的接收信号处理，难以达到工程需求的性能。在这样的背景下，MIMO 研究的侧重点转向了把更多的信号处理推向发射端，这就引出了MIMO预编码的研究。 预编码技术就是在已知信道状态信息(channel states Information，CSI)的情况下，发送端利用CSI对发送信号进行预处理操作，从而进一步提高用户和系统的吞吐量[1]。这种方法可以有效地抑制MIMO信道中的多用户干扰。实践证明，在MIMO系统中采用预编码技术能显著提高信道容量，并能大大简化接收机的算法，因此成为了当前的研究热点之一。预编码通过利用信道的状态信息(CSI)，在发射端调整发射策略，接收端进行均衡，从而提高MIMO系统的性能。特别在多用户MIMO下行链路中，各个用户之间无法相互协作，不能利用上行链路的联合检测来恢复发射信号，因此预编码是多用户MIMO下行链路获得复用增益和分集增益的关键。 2 预编码技术 2.1 预编码技术在LTE系统中的应用 目前主流的预编码技术根据用户个数可归结为单用户预编码技术和多用户预编码技术。其中单用户预编码技术又可以分为线性预编码与非线性预编码两大类。对于线性预编码来说，ZF(Zero-Forcing,迫零)算法和MMSE(Minimum-Mean-Square-Error，最小均方误差)算法是两个较为著名的算法。而对于非线性预编码来说，Costa提出的DPC(DirtyPaperCoding，脏纸编码)则是一种典型的非线性预编码算法。但鉴于DPC的复杂度太高，难以用于实际应用，THP(Tomlinson一 Harashima Preeoding)预编码被提出作为DPC的一种改良替代。THP是一种基于发送端的非线性去相关干扰抵消方法，用户所要传递的信息被放置在不同的层上然后依次经过一个非线性的模运算来消除它们之间的干扰。 随着对更高系统性能的追求，人们开始对多用户场景下的预编码技术展开了广泛的研究，并提出了一些应用于多用户MIMO系统的预编码技术，如:块对角化预编码[2]和最大化信号泄露信噪比预编码等[3]。其中块对角化预编码算法能够将多用户MIMO系统的下行信道分解为多个平行或正交的单用户MIMO信道。每个用户的信号首先在发射端用调制矩阵进行预处理，使得干扰被有效地抑制。不同于块对角化预编码以优化信干噪比(signal-to-interference-plus-noise Ratio，SINR)为目标的做法，最大化信号泄露噪声比预编码以优化信号泄露噪声比 (signal-to-leakage-and-noiseratio，SLNR)为目的，它允许用户之间少量的干扰存在。 此外，预编码技术也可以分为基于码本的预编码方式和基于非码本的预编码方式，LTE中同时支持这两种方式。由于大多数预编码方案都需要在发送端已知当前的信道状态信息，但是因为反馈信道的开销十分昂贵[4]，人们才提出了基于码本的预编码方法。基于码本的预编码方法要求发送端和接收端共享同一套码本集合，