多用户双向AF MIMO中继系统的联合预编码算法

近年,双向放大转发(amplify-and-forward,AF)多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)中继系统中的预编码设计吸引了越来越多研究学者的兴趣。然而,在实际MIMO中继通信系统中,针对双向传输下的系统,对多用户模型进行的研究较少。由此,针对多用户双向AF MIMO中继系统模型,提出了一种联合预编码算法。采用在所有节点功率限制下,以最小和均方误差(minimun sum mean square error,MSMSE)设计准则去求解联合信源、中继和信宿端多用户的非凸优化问题,将最初的非凸优化问题转化成多个子优化问题,并利用半正定规划设计、平方约束二次规划设计以及二阶锥规划设计求解子优化问题。之后通过交替迭代方法进一步求解每个子凸优化问题局部优化值,达到优化所有节点矩阵变量的目的。所提算法较现有的算法,不仅在优化问题方面考虑更全面、更实用,而且实验仿真结果验证,提出的算法在系统和均方误差(sum mean-square-error,SMSE)性能、和速率以及误码率(bit-error rate,BER)上有均有改善。

多用户MIMO中继系统包含直传链路的联合预编码

针对现有的联合预编码算法忽略多用户之间的直传链路而导致通信性能下降的问题,本文以最小和均方误差为设计准则,提出了一种发射端的所有用户集中优化的联合预编码算法。首先,由于MSMSE优化问题的非凸性,将单流信号输入的多用户等效为一个多流信号输入的基站进行优化处理,其中基站的预编码矩阵由所有发射端的用户的子预编码矩阵构成,原非凸的MSMSE优化问题被转化为发射端用户的子预编码矩阵和中继收发矩阵2个子优化问题分别进行处理。其次,根据最小均方误差接收滤波理论,直接求解出接收滤波矩阵的优化表达式。发射端用户的子预编码矩阵的子优化问题通过求解条件获得,中继收发矩阵的子优化问题被转化成一个标准的半正定问题进行优化处理。最后,发射端用户的子预编码矩阵、中继收发矩阵和接收滤波矩阵联合迭代至收敛,得到优化后的预编码矩阵。实验仿真结果表明:提出的联合预编码算法在系统和均方误差性能和误码率性能上都有明显的提升,并且仿真进一步验证了算法有快速的收敛速度。