基于有限字符特性的物理层多播预编码技术

MIMO precoding is an efficient way to reap the great gain of physical-layer multicasting in spectral efficiency and link reliability for next generation wireless communication systems. Assuming a maximum-likelihood (ML) receiver, finite-alphabet based precoding schemes for single-group and multiple-group multicast are investigated systematically in this proposal under the criterion of maximizing the minimum Euclidean distance between points in the received signal space. The underlying performance and mechanism of its impact are also revealed for physical-layer multicast with multi-stream data transmission. In single-group multicast case, we transform the original problem into lattice basis optimization problem and implement minimum distance-based precoder in lattice space with reduced-complexity. A generalized theoretical framework is readily derived with an extension of the lattice-based approach to MIMO-ISI channel. In multiple-group multicast case, we decompose the original high-dimensional high-complexity optimization problem into two independent subproblems of power allocation among groups and linear precoding for single-group multicast case, followed by an iterative and sequential design methodology of the minimum distance-based MIMO precoder. Theoretical analysis and simulation results will validate the efficicency and exact performance of the proposed algorithms.

多输入多输出（MIMO）预编码技术是增强物理层多播频谱效率和链路质量的有效手段，在未来无线通信系统中发挥重要作用。假设接收端采用最大似然（ML）接收机，本课题利用输入信号的有限字符特性（finite-alphabet features），系统研究基于最大最小欧氏距离准则的多播预编码方法，揭示适合多流数据传输的多播链路传输性能及其影响机理。在单组多播场景中，本课题首先将原优化问题转化为格基（lattice basis）构造问题，在格空间实现低复杂度最小距离预编码器，然后将该思路拓展至存在符号间干扰（ISI）的MIMO多播信道，提出适合最小距离预编码优化的统一理论框架。在群组多播场景中，本课题将高维空间复杂联合优化问题分解为多播组间功率分配和多播组内预编码两个独立优化子问题，然后以迭代方式依次逐组设计最小距离预编码器。理论分析和仿真实验将检验本课题所提出的方法的有效性及其理论性能。

多输入多输出（MIMO）预编码技术是增强物理层多播频谱效率和链路可靠性的有效手段，在无线通信系统中发挥重要作用。本课题期望利用数字通信信号的有限字符集特性在物理层单组和群组多播场景中探索MIMO多用户多流预编码方法及其链路传输性能。课题主要从两个方面探讨数字通信信号的有限字符集特性的有效运用，其一是基于最大似然接收机约束，研究基于最大最小欧氏距离准则的MIMO预编码方法，其二是基于判决反馈均衡接收机约束，研究适合不同物理层多播信道的MIMO预编码器。.利用数字通信信号的有限字符集特性，课题首先将MIMO预编码器的优化设计问题转化为格理论中的最佳球形填充问题，通过格基构造在格空间实现可支持高维传输数据流和调制阶数的低复杂度最小距离MIMO预编码器，然后将该思路拓展至物理层多播场景中，验证其可行性和有效性。.其次，课题基于判决反馈均衡接收机约束，基于最大化传输数据流的最小信噪比(SNR)准则，采用吉文斯旋转设计物理层单组多播MIMO酉预编码矩阵。进一步，课题针对MIMO频率选择性衰落物理层多播信道，在MIMO预编码器设计中引入有限冲激响应(FIR)结构，基于最大化物理层多播系统的可达速率准则提出了两种FIR预编码器。.最后，课题在物理层群组多播场景中，利用时频关联提出了求解服务质量(QoS)问题的启发算法，并设计实现了一种秩-2的Alamouti波束赋形方案。同时，为了刻画有限反馈信道状态信息(CSI)对群组多播系统MIMO波束赋形性能的影响，课题还深入讨论了QoS问题在有限反馈条件下的信干噪比(SINR)性能下界。.仿真实验表明，课题研究成果揭示了物理层多播链路传输行为、传输性能及其影响机理，为发展适合多流数据传输的物理层多播预编码方法提供了新的解决途径。