LTE系统中MIMO预编码技术研究.pdf

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西南交通大学硕士学位论文LTE系统中MIMO预编码技术研究姓名：

张萌申请学位级别：

硕士专业：

通信与信息系统指导教师：

郝莉20100501西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要LTE（LongTermEvolution）项目是3G（3rdGeneration）的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，能够带来速率更高、技术更简单的增强型移动宽带体验。

LTE具有频谱使用灵活、可与现有技术无缝互操作，以及网络部署和管理成本低廉等优势，目前已成为全球主流运营商的共同选择。

LTE采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用）和MIMO（MultipleInputMultipleOutput，多输入多输出）作为两项最主要的关键技术。

MIMO技术通过多天线来提供空间分集和复用，能够获得比传统SISO（SingleInput，SingleOutput，单输入单输出）系统更高的信道容量、传输可靠性和频谱效率。

但MIMO系统中不可避免地存在多数据流或者多用户间的干扰，需要通过复杂的检测技术来恢复数据。

然而，在蜂窝通信系统的下行传输中，由于受限于移动台的尺寸、功耗等，各种复杂检测技术往往很难实用；另外，在多用户MIMO系统中，由于各个用户接收机只能进行分布式处理，因此接收端的联合检测算法不适用。

与接收端的MIMO检测算法不同，预编码技术是发射机利用信道状态信息调整发射策略，能够有效地抑制MIMO信道中的多用户干扰，显著提高信道容量，并能大大简化接收机处理复杂度，因而成为MIMO下行链路获得复用增益和分集增益的关键。

本文主要对LTE中MIMO下行链路的预编码以及相关技术进行了研究。

LTE协议中同时支持基于码本与非码本的预编码技术。

对于基于码本的预编码技术，本文主要讨论了码本的设计和PMI（PrecodingMatrixIndicator，预编码矩阵指示）的计算；对于基于非码本的预编码技术，本文主要讨论了几种基于信道分解的预编码算法，包括：

SVD（SingularValueDecomposition，奇异值分解）算法，GMD（GeometricMeanDecomposition，几何均值分解）算法，UCD（UniforlTlChannelDecomposition，统一信道分解）算法以及LDLH算法。

除此以外，本文还对适用于单用户MIMO情况下的预编码技术进行了综述与仿真研究，如ZF（ZeroForcing，迫零）预编码算法、MMSE（Minimum，MeanSquareError，最小均方误差）预编码算法等典型的线性预编码算法和Costa预编码和THP（TomlinsonHarashimaPrecoding）预编码等典型的非线性预编码算法。

本文还讨论了多用户M蹦O预编码技术，如块对角化预编码算法与最大化信号泄露噪声比预编码算法。

在此基础上还考虑到了非理想信道状态信息的情况，并以此为背景讨论了适用于单用户MMO和多用户MIMO情况下的各种预编码在非理想信道估计时候的具体性能。

关键词：

LTE；MIMO；预编码；信道分解；单用户；多用户西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractAstheevolutionversionofthirdGeneration（3G），LongTermEvolution（LTE）projectachievesalleffectiveameliorationonradiointerfaceandbringsbroadbandexperiencewithhigherdatarateForitsgoodflexibilityinspectrumuse，abilityofseamlesslyCO-existingwithcurrenttechniques，舔well舔low-costinnetworkdeploymentandmanagement，LTEhasbecomeacommonchoiceforthemajorityoftheworldSmajoroperatorsLTEUSeSOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing（OFDM）andMultiple-InputMultipleOutput（MIMO）asthemostimportantkeytechnologiesMIMOutilizesmultipleantennaStoprovidespatialdiversityandmultiplexingSOastoobtainhigherchannelcapacity,transmissionreliabilityandspectralefficiencycomparedwi1traditionalSISOsystemWhiletheoriginaldataCanonlyberestoredthroughcomplexdetectiontechniquesinMIMOsystemsduetotheinevitableinterferenceexistingamongmultipledatastreamsorUSerS，inthedownlinkofcellularsystems，thelimitedsizeandpowerrestrictsthecomplexityofthedetectorsMeanwhile，inmultiuserMIMO（MUMIMO）systems，becauseonlydistributedreceiverprocessCanbesupported，thejointdetectionatthereceiversideisnotfeasibleDifferentfromtheMIMOdetectionperformedatthereceiver,precodingtechniquesusethechannelstateinformationtoadjustthetransmissionstrategyatthetransmittertosuppressthemultiuserinterferenceinMIMOchannel，improvethechannelcapacityandreducetheprocessingcomplexityofthereceiver,whichmakesprecodingtechniquesbecomethekeyfactorinachievingmultiplexinganddiversitygainThethesismainlydiscussestheprecodingtechniquesappliedintheMIMOdownlinkofLTEsystemBoththecodebook-basedandnon-codebook-basedprecodingareconcernedForthecodebook-basedprecoding，codebookdesignandPMI（PrecodingMatrixIndicator）calculationaremainlydiscussedForthenon-codebook-basedprecodingsomechannel-decomposition-basedprecodingalgorithmssuch弱SVD（SingularValueDecomposition），GMD（GeometricMeanDecomposition），UCD（UniformChannelDeco