LTE-A协同通信链路部分信道预编码传输
厉东明，黄学军
【摘 要】摘 要:为了实现协同传输系统上行链路源和中继上的预编码传输，并与空时分组码相结合来改善实际传输的性能，使用一种基于迫零算法的预编码方案。针对迫零算法功率效率低的问题提出了一种基于接收信噪比最大的非完全信道预编码，得以将传统MIMO系统中的预编码技术运用于协同通信系统中。链路级仿真结果表明，在源端及中继端采取预编码处理并与空时分组码相结合能够有效地改善协作传输系统的性能，而且选择信道状态较好的用户进行预编码可以在不增加发射功率的情况下改善迫零预编码系统的接收信噪比。 【期刊名称】南京邮电大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2011(031)005 【总页数】5
【关键词】关键词:部分信道预编码;协作多点传输;迫零预编码;信号干扰噪声比
0 引言
预编码技术指为了简化接收机的检测算法，事先根据信道信息在发射端进行的预处理操作。预编码方案在LTE-Advanced中已有相当广泛的研究，将预编码技术应用到协同中继系统中，将会是提高协同中继系统性能最有潜力的手段之一。采用不同预编码矩阵可实现不同的功能(典型的有功率分配、天线选择、波束成型以及干扰抑制等)，采用基于预编码设计的协作多点传输(CoMP)可抑制LTE-A系统中小区间干扰。预编码技术通常分为线性预编码和非线性预编码技术。常用的线性预编码技术包括基于迫零算法的预编码、基于信道奇异值分解(SVD)的预编码、基于MMSE算法的预编码等，而非线性预编码中常用的是汤
姆林森-哈拉希玛预编码(THP)［1］或脏纸预编码。线性预编码技术将整个信道分为正交的并行信道，具有高性能和低复杂度的特点。本文考虑采用迫零预编码来提高协作传输的性能。由于迫零预编码会使信道范数减小、信道增益降低，而且在接收解码时对噪声有放大作用，使得信噪比降低，本文提出一种部分信道的预编码来改善接收信噪比。
1 系统模型
本文所述的协同系统上行链路如图1所示。信号的发射和传输分为两个阶段，即广播阶段(broadcast phase)(见图1(a))和中继阶段(relay phase)(见图1(b))。按照3GPP的规定，基站被称为enhanced NodeB(eNodeB)［2］。在只考虑信道空间相关性的协作传输上行链路中，用户端的发射天线数和发射功率有限，协作多点技术作为一种利用空间资源的新手段，利用多个地理位置相互独立分散的传输点协作构成虚拟多输入多输出(VMIMO)［3］(见图2)。协同通信的虚拟天线阵与集中式MIMO多天线阵存有相似性，它允许两个或更多的单天线用户在相同时频资源块上发送多个数据流。与传统MIMO中继系统中源和中继功能相互独立不同的是，协作系统的源端点可以作为协作伙伴转发其它用户的数据，而中继通信中源和中继在功能上是独立的［4］。
考虑一个基站服务K个用户的CoMP小区系统的上行链路，发射端采用M-PSK(M mod 2=0)调制，采用图1的协同传输方式。假定发射端每用户的天线数为Nt，基站的接收天线数为Nr，基站与每个用户之间构成的信道为HNr×Nt，假设在发射端已知完整信道状态信息，根据信道状态信息实现上行预编码。根据文献［5］，通常将信号干扰噪声比SINR用作信道质量指示(CQI)。 根据上述假定的系统模型，用户k的第j个发射天线与基站第i个接收天线间的
信道衰落特性用hi，j(1 ＜ i＜Nr，1 ＜ j＜Nt)来表示，用户之间的信道特性用hk，k+1来表示。假定上述信道相互独立，并且是准静态(quasi-static)瑞利衰落信道，即在数据符号内保持不变，在不同的时隙间变化，信道矩阵的元素是服从零均值、单位方差的循环对称复高斯变量，发送信号的带宽小于信道的相干带宽。在接收端接收到用户k的加性高斯白噪为nk，它们都是零均值、单位方差的独立同分布(i.i.d)的高斯随机变量，每个传输数据的收发天线对为一个子流，预编码数据流通常由信道矩阵的秩决定:Ns=R(H)。
协同式传输模型如图3所示。当用户k发射信号时，其余空闲用户作为中继单元与用户k协作，对用户k的信号进行转发，为了便于分析我们的中继算法采用半双工的放大转发(AF)算法［6］和译码转发(DF)算法，即作为中继时用户不能同时接收和发送信号。本文中运算符号表示的含义:E(·)表示求期望，A＇表示矩阵A的转置，AH表示矩阵A的共轭转置，A*为A的复共轭，A+表示矩阵A的伪逆，diag{.}为对角阵，‖.‖代表向量范数，R(A)为矩阵A的秩。
2 基于信干比最优的部分信道迫零预编码
2.1 迫零预编码接收信干比
本系统模型中信号的发射和传输分为两个阶段，即broadcast phase和relay phase。由于利用空时预编码技术是提高频谱效率的有效手段之一，在发射端采用空时分组码，本地信号S=(s1，s2，…，sNs)H经空时编码后的数据为 空时编码之后不同发射天线发出的信号向量相互正交，这个特性会使系统获得较好的分集增益，并使接收端的译码得到简化。发射信号的功率为单位功率，即P=E(SHS)=1，其中分配给第k个用户的功率为Pk，按照发射功率限制的要求有
LTE-A协同通信链路部分信道预编码传输
