基于非线性处理的多小区MIMO鲁棒预编码研究

The broad wireless communication system suffers from multi-cell and multi-user interference, and its channel information quality is limited by estimation error and quantization feedback error. To solve these problems, the project proposes the multi-cell Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) precoding schemes with the non-linear processing structure, which are based on the two types of error models. The proposed schemes make full use of the advantages of precoding，and are robust to the imperfect channel state information. It also has the ability to eliminate the interference of multi-cell and multi-user. The main research includes:1) Based on the random error model with known distribution, the robust precoding methods based on feedback loop structure and vector perturbation are investigated, as well as the frameworks combined with multi-criterions design are explored.2) Based on the uncertain region with bounded error model, the robust precoding schemes based.on feedback loop structure and vector perturbation are proposed. Furthermore, the precoding schemes applied to the general bounded error model are researched. 3) In order to apply the proposed schemes to the practical scenarios, the complexity of these schemes is investigated, and the algorithm is obtained whose complexity is approximated to that of the linear processing. In muli-cell MIMO complex scenarios, the regular characteristic and applicability of the non-linear processing design for the multi-cell and multi-user system are explored in this project.The research can develop new design ideas, as well as propose the novel theory , which has the important and significant research value. ..

针对宽带移动通信系统中存在多小区、多用户间干扰，以及信道信息质量受估计误差、量化反馈误差限制的问题，课题拟在两类误差模型下，研究基于发射端非线性处理结构的多小区MIMO系统预编码方案，能够充分发挥预编码的性能优势，具有对抗非理想信道信息的鲁棒性，消除多小区和多用户间的干扰。研究内容包括：1）基于随机性误差信息服从统计分布模型，研究基于反馈环结构和矢量扰动结构的鲁棒预编码方法，并探索研究融合多种设计准则的系统性、框架性设计方案；2）基于不确定域误差有界信道信息模型，提出反馈环结构和矢量扰动结构下的鲁棒预编码方案，并深入研究一般性不确定域模型下的解决方案；3）以向实用化方向发展为目标，对上述方案进行计算复杂度研究，获得接近线性处理复杂度的算法。该课题在多小区MIMO系统的复杂场景下，探索非线性处理在多小区多用户信号处理中的适用性和规律性，对开拓新的研究思路，提出创新型理论，具有重要的研究意义。

在蜂窝移动通信系统中，多小区多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）系统能够显著提高频谱利用率，是宽带移动通信采用的主要技术之一。本课题针对多小区MIMO系统中存在小区间和用户间的干扰问题，同时考虑发射端已知的信道状态信息（channel state information, CSI）是非理想时，重点研究了基于预编码方式的干扰消除方法，研究内容和成果包括：1）针对多小区干扰信道系统，基于信道估计误差服从统计分布模型，提出了鲁棒Tomlinson-Harashima（THP）预编码算法，实现了非线性预编码在误差服从统计分布多小区系统中的应用；2）针对多小区干扰信道系统，基于不确定域误差有界模型，设计并提出了鲁棒THP预编码方法，实现了非线性预编码在不确定域误差有界模型多小区系统中的应用；3）在已有设计的基础上，利用范数三角不等式理论和矩阵直积的性质，放松原有约束条件的半正定性，提出了降低复杂度的鲁棒线性和THP预编码方法，该算法在均方误差性能几乎不变的条件下，可以显著降低运算时间；4）在下行多用户MIMO系统中，提出了基于块对角化设计的矢量预编码算法，该算法为矢量预编码在多用户系统中的应用提供了有效的解决方法，并可以直接扩展到多小区中进行干扰消除。综上所述，本课题基于非线性预编码处理结构，以鲁棒实现为设计基础，提出了适用于多小区MIMO系统的干扰消除方法，是本课题解决的关键科学问题。本课题的研究成果，为非线性鲁棒预编码在多小区MIMO系统中的应用，提供了新的研究思路。课题组成员共发表和录用学术论文18篇，国外SCI期刊录用1篇，发表SCI或者EI检索论文共12篇，核心期刊5篇，培养相关研究方向硕士生共8人。