mimo干扰信道中基于非线性预编码的收发机设计

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1、MIMO干扰信道中基于非线性预编码的收发机设计王炜徐凌泽E9语宁潘鹏杭州电子科技大学通信工程学院针对多输入多输出（MIMO）干扰信道屮所存在的收发机间和数据流间的共信道丁•扰，提出一种基于非线性THP（Tomlinson-HarashimaPrecoding）预编码的收发机联合设计方法，以最小化系统总均方误差（MSE）为目标函数，通过交替迭代寻找局部最优解，从而得到接收矩阵，发射预编码矩阵和反馈矩阵。仿真结果表明，所提出的算法能够有效抑制MTMO干扰信道中的共信道干扰，尤其是在发射机发送满数据流时，能够获得比线性收发机联合设计方法更优的差错性能。关

2、键词：MIMO干扰信道;非线性预编码;收发机联合设计;这代优化;总均方误差;遒数据流；同频组网则是在第四代移动通信标准化过程中所提出的概念，然而在提升频谱效率的同时，也将导致小区间的共信道干扰，并对小区边缘用户的服务质量产生恶劣影响111。对于上述场景，一般可将其抽象为MIMO干扰信道模型进行分析，并以此研宂如何消除共信道干扰。在MIMOm中，正交空时分组码是一个主要的编码方式，具有最大码率与最小延迟的优点。论文［3］首次给出了一类正交空时分组码最小延迟公开猜想的反例；论文［4］首次提岀通过适当降低码率从而降低延迟的思想来构造正交空时分组码，并给出

3、了具体的构造方法;论文［5］解决了一个平衡正交空吋分组码最小延迟的一个猜想。在M1M0干扰信道M中，包含了K对配置多天线的收发信机，每个多天线发射机仅与其对应的多天线接收机进行通信，并且每个接收机只关心从所对应的发射机发送来的信号，而将其他信号视为干扰信号m。为了消除这K对收发机的相互干扰，一个基本思想是利用多天线所带来的空间自由度，对共信道干扰提前进行抑制或消除。对于MIMO干扰信道，干扰对齐技术目前被广泛应用于MIMO干扰信道的干扰抑制中gl。一般来说，干扰对齐技术通过将共信道干扰对齐到同一个信号子空间，并使期望信号与该子空间正交，从而消除干扰

4、。然而，干扰对齐技术往往只考虑对干扰的处理，而忽略了信号本身和噪声的影响，导致中低信噪比区域系统性能的损失IM。基于此，不少文献提出了基于收发机联合设计的MTMO干扰信道干扰抑制技术。例如，文献［11］提到了基于最大化最小信干噪比准则的预编码矩阵设计方法;文献［12］以最大化权值总速率为优化目标，提出了线性收发机设计方法;文献［10］提出了基于最小化总均方误差和最小化每个用户的均方误差这两个准则来设计收发机处理矩阵，但是该方法在发射为满数据流吋，性能会变的较差。0前大部分关于MTMO干扰信道的收发机联合设计算法主要考虑线性的处理方法,而对于非线性的

5、收发机联合设计方法研究较少。在文献［13］屮，提出了有界信道误差的THP收发机设计，通过把问题转为半正定规划问题，给出了最优的收发处理矩阵。但是，该方法的解需要利用计算机搜索获得，并没有给出显式的收发矩阵表示。木文提出一种基于THP的最小化接收信号总均方误差的收发机联合设计方法。相比于文献［10］,能够在并行数据流较大的情况下，获得更好的差错性能;相比于文献［13］，能够获得收发矩阵的显式表达，更利于实际系统实现。2系统模型本文所研宄的K个用户MIMO干扰信道系统模型如图一所示。在该系统中，共有K对收发信机,其中接收机k(k=l,2，…，K)只接收

6、来自发射机k的信号，而把来自于其他发射机的信号看成干扰。考虑每个发射机配置有Nt根发射天线，接收机有N4艮接收天线，每个发射机能同时发送的数据流个数为Nk，且有Nk

7、扰的连续消除操作。其中，反馈矩阵是对角线元素均为1的K三角矩阵;MOD,(•)为取模操作，可以表示为，这里参数m表示QAM调制的调制阶数，则表示向下取整。为了便于分析，将发射机端的非线性取模操作等效为如图2下半部分所示的线性操作，此时相当于在原始数据矢量上加上一个扰动矢量，也即Vk=xk+dk。信号矢量经过取模操作后可表示为uk,则第k个用户的第n个子流的信号可以表示为[15]:图1MIMO干扰信道中的THP收发机模型其中，为uk的第n个元素，bk,ki表示位于矩阵队第1行和第j列的元素。根据图2所示，可以得到。图2非线性取模操作的线性等效模型在接

8、收端，第k个接收机获得的信号可以表示为：其中，表示第k个接收机接收到的信号矢量。表示第j个发射机到第k接收机的信道矩阵，其