基于稀疏图码的MIMO广播信道污纸预编码技术研究

MIMO广播信道（BC）能够有效地建模包括多用户下行链路在内的多种信道。本项目旨在基于稀疏图码和污纸编码(DPC)原理，研究高性能的MIMO BC预编码技术，以达到在提高多用户系统吞吐量的同时，保证系统具有较高的服务质量。我们将采用叠加编码的方法进行研究。拟研究的稀疏图码包括多元低密度校验（LDPC）码和低密度生成矩阵(LDGM)码；前者作为信道码，后者作为量化码，二者通过线性叠加构成污纸预编码方案。主要研究内容包括：MIMO BC每用户可达速率的计算；低密度信道码和信号概率成形器的联合设计；低密度量化码的优化设计及高效的译码算法；信道码和量化码的低复杂度联合译码实现方案；信道状态信息在接收端完全或部分已知条件下MIMO BC信道矩阵分解技术。通过本项目的研究，我们拟设计出一个能够逼近MIMO BC和容量的实用污纸预编码方案，为未来移动通信提供技术支撑。

本项目系统地研究了MIMO广播信道（BC）预编码技术。采用叠加编码技术和TCQ/LDGM码、LDPC码，提出了一种高性能的MIMO BC污纸预编码方案，达到了接近于无多用户干扰的系统性能；基于矢量扰动技术和最大化用户端的检测SINR准则，提出了一种改进的污纸预编码方案和最佳扰动向量搜索算法，其性能优于基于最大检测SNR准则的现有技术；给出了一种利用迫零Tomlinson-Harashima预编码（THP）结合接收波束成形的多用户MIMO系统的广播信道预编码方案，它具有比迫零THP更高的系统和容量；还提出了一种对信道估计误差具有鲁棒性的预编码设计方案，即用户信漏噪比约束下最小化基站发射功率的预编码器，并使用凸优化方法求解了该问题。.针对污纸预编码方案中用到的LDPC这类稀疏图码，我们深入地研究了二元与多元LDPC码的设计、构造、译码以及编码调制技术等。提出了基于最大距离可分码的二元与多元QC-LDPC码的构造方法，以及基于幂等元和模Golomb尺构造多元循环LDPC码的方法。针对对于多元LDPC编码调制系统的高译码复杂度问题，提出了基于硬消息传递的联合检测译码算法，它将信号检测与译码融为一个整体，通过译码器和检测器的迭代将有噪接收信号逐步修正到发送信号上，极大地降低了多元LDPC的译码复杂度。针对叠加编码方案中需要不同速率的高性能信道码的需求，提出了一种预编码级联Zigzag码，它有很低的编译码复杂度，且在码率大于1/2的速率范围内，均有逼近容量限的性能；同时还提出了一类码率可在更大范围内连续变化的无速率码。所有这些编码技术均为叠加编码方案的设计提供了有力的技术支撑。