摘 要

在一定条件下的多用户多输入多输出（Multi-User Multiple Input Multiple Output，MU-MIMO）系统中，发射端使用多个天线进行发送，在接收端使用多个天线对信号进行接收，使数据在发射端与接收端之间的几根天线上进行发送和接收；该技术很大程度上提高了空间频谱使用效率，极大的提高了系统信道容量，展现出明显的优势，然而接收端的接收信号也产生了多用户共道干扰，因此采取合适的措施来消除这些干扰是MU-MIMO系统的一个重要研究方向。本文主要结合当前移动通信领域中的一些技术方案和算法思想，阐明了几种不同的预编码方案，研究其具体实现的过程并分析其性能。论文分为五章，主要工作如下：

1. 介绍了当前无线通信领域中预编码技术的研究背景和意义，分析了MU-MIMO预编码技术的研究现状；对MU-MIMO系统做了综述，描述了其系统模型以及常见的两种无线衰落信道：瑞利衰落信道和莱斯衰落信道。
2. 研究了完全信道信息下的线性预编码技术和非线性预编码技术，分析了其算法原理和实现流程，对比了同类别下的预编码方案的优缺点并作出评定。
3. 基于实际情况下的通信系统，主要研究了部分信道状态信息下基于码本的有限反馈技术；对不同码本的产生原理进行分析研究。
4. 对全文进行总结概括，并提出了预编码领域中尚存在的一些问题及后续研究可行性重点。

关键词：MU-MIMO；预编码技术；有限反馈；信道状态信息

Abstract

Under certain conditions of multi-user Multiple Input Multiple Output (Multi - User Multiple Input Multiple Output, MU - MIMO) system, the transmitter using Multiple antennas to send, the use of Multiple antennas at the receiving end to receive the signal, the data between the transmitter and the receiver of a few to send and receive antennas; The technology greatly increase the space frequency spectrum efficiency, greatly increase the channel capacity, the system shows obvious advantages, but also produce a received signal at the receiving end users more common channel interference, so take appropriate measures to eliminate these interference is MU - an important research direction of the MIMO system. In this paper, combining with the current field of mobile communication technology scheme and algorithm thought, illustrates several different precoding scheme, study the specific fact.Paper is divided into five chapters, the main work is as follows:

1. Introduce the precoding technology in the field of wireless communication research background and significance, analyzed the present research situation of MU-MIMO precoding; the summarization of MU-MIMO system, describe the system model and the common two wireless fading channels: Rayleigh fading channel and Rician Fading Channel.

2. To study the full channel information under the Linear Precoding technique and nonlinear precoding techniques, analyzes the principle of the algorithm and the realization of the process, the advantages and disadvantages compared under the same precoding scheme and evaluate.

3 based on the actual situation of the communication system, the main research of the partial channel state information based on the code based on the limited feedback technology, the generation of different code based on the analysis of the principle of.

4 Summary of the full text, and put forward some problems in the field of pre coding and the follow-up study of the feasibility of the focus.

Key Words:MU-MIMO; precoding; limited feedback;channel state information

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 预编码简介 2

1.3 MU-MIMO预编码技术研究现状 3

1.4 本文主要研究内容及结构 4

第2章 MU-MIMO综述 5

2.1 系统模型 5

2.2 系统信道模型 6

2.2.1 瑞利衰落信道 6

2.2.2 莱斯衰落信道 7

2.3 MIMO信道容量 8

第3章 完全信道状态信息下的预编码 9

3.1 线性预编码 10

3.1.1 迫零线性预编码 10

3.1.2 最小均方误差预编码 12

3.1.3 对比分析 13

3.2 非线性预编码 15

3.2.1 脏纸编码 15

3.2.2 模代数预编码 16

3.2.3 对比分析 17

第4章 部分信道状态信息下的预编码 18

4.1 系统模型 18

4.2 CSI的获取 20

4.3 基于码本的有限反馈技术 20

4.3.1 离散傅里叶变换码本 21

4.3.2 Lloyd码本 22

4.3 对比分析 23

第5章 总结与展望 24

5.1 全文总结 24

5.2 未来展望 24

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

在通信领域中，移动通信是当前发展最快同时也是关注度最高的一种通信方式，与之相对应的信息支撑技术，如无线传输、信号处理等技术也日渐成熟。现有的无线移动通信技术已经进入4G时代并进一步朝着5G更新换代，其中，多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术在高速移动通信中起到了十分重要的作用，广泛被认为是下一代移动通信的中心技术。但是在多用户MIMO系统传输信道中，发射端采用空分多址（Space Division Multiple Access, SDMA）技术，通过划分空间将多用户的数据在同一个时频段不同信道上进行传输，因此，系统可以更高效的传递信号并且传输效率也提高很多，然而空分复用也为用户接收信号带来了多用户共道干扰。多用户MIMO预编码技术，可以在信道状态信息（CSI）已知或部分已知的情况下，在发射端对发射信号进行预处理，通过调整发射策略来适应相应的信道环境，能够有效的消除共信道干扰，已成为现有的研究热点。本文主要介绍解决多用户共道干扰相应的预编码技术及有限反馈技术，以达到提高系统传输质量和效率的目的。

1.1 研究背景及意义

在传统的无线通信中，通常使用单输入单输出（Single Input Single Output , SISO）系统进行通信，即采用单根发射天线和单根接收天线。在《A mathematical theory of communication》中，Shannon采用了如下公式来计算信道容量^[1]：

(1.1)