轨道交通车地间毫米波通信技术：下行链路传输技术

对于从基站发射端将预编码后的信号经无线信道传输至用户接收端的过程，称为下行链路传输。假设基站配备M 根天线，同时服务于N 个单天线用户，下行链路信道矩阵用H 表示，发送的数据符号用s 表示，且满足E{ ssH}=IN，则基站端的预编码信号为

其中，W 为线性预编码矩阵。对于基站端 DAC 发射机，采用 Bussang定理可以应用于DAC 运算，使得运算操作线性化[92，93]，DAC 接收机的量化运算过程，如图2.6 所示。

图2.6　DAC 量化模型框图

经过DAC 量化处理后，基站端DAC 发射机的输出信号表示为

式中，表示DAC 的量化运算；ρD为DAC 的量化失真因子；nD为DAC 的量化噪声。因此，用户端接收到的信号可以表示为

式中， n～CN(0， IM)为加性高斯白噪声矢量。由于大规模MIMO 基站部署大型天线阵列，若采用合适的线性预编码矩阵可以取得更好的性能增益，下面将分析三种典型的预编码算法，具体如下：

1. MRT 预编码

MRT 预编码也被称为匹配滤波预编码，是现有最简单、最古老的预编码方法之一[94]。当基站采用MRT 预编码算法时，则线性预编码矩阵W可以表示为

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式中，β 为归一化标量控制。该算法最大的优势是计算复杂度较低，同时可以最大化信道矩阵增益。但无法消除用户间信号干扰，尤其对于相邻用户，甚至会增加用户间干扰。

2. ZF 预编码

当基站采用ZF 预编码算法时，线性预编码矩阵W 可以表示为

ZF 预编码是一种比较常用的MIMO 预编码方法，可以在没有任何噪声统计信息下实现ZF 预编码。此外，ZF 预编码一般在基站处使用，用来消除用户方向上发送信号时的用户干扰。

3. MMSE 预编码

MMSE 预编码是经过正则化信道矩阵的伪逆来生成的[94]。当基站采用MMSE 预编码算法时，线性预编码矩阵W 可以表示为

MMSE 预编码考虑了噪声的影响，其性能与ZF 预编码相比有显著的提升，但是进一步增加了计算复杂度。

因此，第n 个用户在大规模MIMO 下行链路的SINR 可以表示为