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大规模MIMO系统低复杂度线性迭代预编码算法研究

刘晋宏  
【摘要】:大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统已经被认为是未来移动通信的关键技术之一,即在基站端配置大量的天线同时服务数十个用户终端使得空间自由度更多,且可以获得巨大的阵列增益和复用增益,理论证明频谱效率能够提升两个量级以上。由于用户终端的增加可能会导致用户间干扰,因此在基站端发送数据前必须采用非线性或线性预编码有效的抑制干扰。然而,传统线性迫零(Zero Forcing,ZF)预编码存在信道矩阵求逆,因此它的计算复杂度会随着天线阵列规模的增大而增加。针对上述问题,本文研究了低复杂度的线性预编码方法。本文的主要研究思路是通过对线性ZF预编码中的信道矩阵求逆利用迭代的思想近似求解从而降低计算复杂度。首先针对在少迭代次数下已存在的迭代方法性能下降且收敛速度较慢等缺点提出了一种改进的加权两步迭代(Weighted Two Stage,WTS)预编码方法,其具体思想是通过经验加权因子将前向和后向迭代结果进行合并从而调整迭代矩阵的谱半径大小进一步影响收敛速度。其次鉴于上述缺点,并且考虑到松弛因子以及迭代初始解对收敛速度的影响提出了一种改进的修正逐次超松弛(Modified Successive Over Relaxation,MSOR)预编码方法,其具体思想是通过合理的选择松弛因子和加速因子从而加速收敛。相比于传统线性ZF预编码,提出的两种改进预编码方法具有更低的计算复杂度,并且两种改进预编码方法的收敛速度要优于已存在的预编码方法。仿真结果表明提出的两种改进预编码方法可以通过较少的迭代次数就能够获得近似最优的线性ZF预编码的性能,因此本文所提方法更加适用于大规模MIMO系统。


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