不同预编码方案仿真分析-轨道交通车地间毫米波通信

为了验证所介绍的传统的预编码的性能，本小节给出了多用户毫米波信道下的五种预编码方案的仿真。系统的仿真是在平均1 000 次随机毫米波信道实现的，基站端具有16 根发射天线，用来发射2 个数据流，同时假设信道路径数为6，散射体的个数为8，用户个数为6，每个用户具有两根天线。

图2.3 为用户数为6 时，SVD 预编码、ZF 预编码、MMSE 预编码、BD 预编码和MRT 预编码的系统平均速率随着SNR 的变化情况。从图2.3可以观察出，随着SNR 的增加，五种预编码的平均速率都会不断增加。同时，随着SNR 的逐渐增加，MRT 预编码的平均速率与其他四种预编码的差别越来越大，且最后增长缓慢甚至保持不变。在相同的SNR 的条件下，MRT 预编码平均速率最小，SVD 预编码平均速率最大。MRT 性能较差的原因在于，该预编码立项条件下需要发射端到不同用户的信道是相互独立的，这对一般的毫米波信道来说是不可能的。此外，当SNR 较低时，可以看出BD 预编码与ZF 预编码的平均速率低于MMSE 预编码，造成该部分的原因在于MMSE 预编码在低SNR 中系统的噪声功率比发射功率对系统的影响更大。当SNR 较高时，可以看出随着SNR 的增加，SVD 预编码的性能越来越优于MMSE 预编码的性能，这因为SVD 预编码将混叠信道分解成两路不相关的平行信道。

图2.3　不同预编码方案平均速率的比较(https://www.xing528.com)

图2.4 为系统设置用户数为6 时，五种预编码方案误码率之间的比较。从图2.4 可以看出，五种预编码方案中MRT 预编码的误码率最大，性能最差。这是因为其不能有效消除用户之间的干扰。在高SNR 中，系统的SVD 预编码的误码率最小，性能最优，MMSE 的误码率最大，而BD 预编码和ZF 预编码误码率比较接近，且BD 预编码性能更优。随着SNR的不断增加，MMSE 的误码率不断降低，当其大于5 dB 时，MMSE 预编码的性能优于BD 预编码和ZF 预编码；当SNR 大于12 dB 时，MMSE的误码率低于SVD 预编码方案。造成该部分的原因在于MMSE 在预编码时以最大化接收端用户的信号SINR 为目的，在低SNR 时，发射信号的功率较小，噪声功率占据主要部分，系统的误码率因此较高；在高SNR时相反，发射信号的功率对系统贡献较大，系统的误码率较低。此外，从图2.4 可以看出，在高SNR 时，除了MRT 的其他四种预编码的误码率逐渐接近并逐渐趋向于零。

图2.4　不同预编码方案误码率的比较