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LTE系统中MIMO预编码技术研究
姓名：周明指导老师：胡浪涛
摘要：LTE是3G的演进，是3G到4G技术的一个过渡，在LTE协议中，改进并增强了3G的空中接口技术，并采用OFDM和MIMO作为其无线演进的唯一标准。本论文首先简要介绍了OFDM技术和MIMO技术，然后对MIMO系统的预编码进行了重点介绍，同时仿真了不同反馈比特数下的迫零预编码算法，探讨了单用户的预编码技术与多用户的预编码技术。
关键词：LTE，MIMO，OFDM，预编码
引言
长期演进LTE项目是第三代移动通信技术（3G）的长期演进，要求提供比3G系统更高的频谱效率、传输效率和更低的传输延时，多输入多输出(MIMO)预编码技术通过在发送端对数据进行集中处理达到抑制或消除干扰、提高信道容量、降低接收端复杂度的目的，因此MIMO预编码技术已经成为LTE系统的关键技术之一。
预编码技术是有效抑制MIMO信道中的多用户干扰方法之一。预编码通过利用信道的状态信息，在发射端调整发射策略，接收端进行均衡，从而提高MIMO系统的性能。在多用户MIMO下行链路中，各个用户之间无法相互协作，不能利用上行链路的联合检测来恢复发射信号，因此预编码是多用户MIMO下行链路获得复用增益和分集增益的关键。
预编码技术可以分为基于码本的预编码方式和基于非码本的预编码方式，LTE系统同时支持这两种方式。由于大多数预编码方案都需要在发送端已知当前的信道状态信息，但是因为反馈信道的开销十分昂贵，人们才提出基于码本的预编码方法。基于码本的预编码方法要求发送端和接收端共享同一套码本集合，然后根据具体的信道状况从一个确定的矩阵集合中的选取一个使系统性能最优的矩阵，再将该矩阵在码本集合中的序号反馈给发送端。这样的预编码方案使得反馈信道所需传输的数据量较小，大大的节约了成本。而基于非码本的预编码方式的基本思想是在发送端已知信道信息或通过信道估计得到信道状态的情况下，对信道信息矩阵H进行适当的分解，进而得到相应的发射端预编码矩阵、接收端均衡矩阵和将MIMO信道变换成若干个独立子信道的等效信道矩阵。这样的处理方法能够达到简化接收端算法，提高系统性能的目的。

1LTE系统
1.1LTE系统发展
目前主流的3G技术主要有TD-SCDMA、WCDMA和CCDMA2000，而前两种采用了3GPP技术演进路线，即由HSDPA演进至HSPA+，进而发展为LTE。虽然CDMA2000采用的是3GPP2路线，但由于高通对其最终演进技术UMB研发的放弃，其最终演进方向也定格在了LTE上【1】。在我国，由于WIMAX技术边缘化，而LTE自身完善的产业链、规模效应和更高的成熟度，故而受到了大多运营商的青睐。
相对于第三代移动通信系统，LTE最重要的改进在于采用全新空中接口技术，并使用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。其主要优势是在20MHZ频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。
1.2LTE系统的架构
LTE系统要求核心网是基于分组交换的，能够提高数据速率、降低时延和复杂度、提高用户容量和系统容量等，这些需求使得原理的陆地无线接入网和陆地无线计入的架构无法满足要求，需要进行调整和演进，我们称之为演进的陆地无线接入网和演进的陆地无线接入。
1.2.1OFDM技术
OFDM(正交频分复用)技术实际上是MCM(MultipleCarrierModulation，多载波调制)的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
1.2.2MIMO多天线技术
LTE系统将采用可以适应宏小区、微小区、热点等各种环境的MIMO技术，而MIMO技术实质上是为通信系统提供空分复用增益和空间分集增益。作为捁系统速率的最主要手段，MIMO技术受到广泛关注，基本的MIMO模型是下行、上行天线阵列。目前，正在考虑的方法包括空间复用、空间多址、预编码、自适应波速形成、智能天线和开环分集【2】。LTE下行共享信道采用MIMO的多天线技术，MIMO系统的基本结构框图如图1-1所示。

图1-1MIMO系统的基本结构框图
MIMO技术的主要优点是阵列增益、系统的分集特性和系统的空间复用增益，能够大幅度的提高系统容量、获得相当高的频率利用率，从而获得更高的数据速率、更好的传输品质和更大的系统覆盖范围，存在的不足时空分天线和用户算法问题
1.2.3MIMO与OFDM的结合
MIMO系统在一定