第44卷 第1期复旦学报(自然科学版) Vo1. 44 , No. 1
2005年2月Journal of Fudan University(Natural Science) Feb. , 2005

文章编号:042727104(2005)0120183205
X基于凸优化理论的多用户MIMO SDMA系统
沈薇薇,方朝曦,王宗欣
(复旦大学通信科学与工程系,上海200433)
摘 要:提出了一种基于凸优化理论的多用户MIMO SDMA联合发送—接收优化系统.在此系统中,将各用户的
比特误码率作为目标函数通过凸优化理论来得到发送权矩阵和接收权矩阵,使系统在各用户同时达到最优的接
收性能.模拟结果表明,这样得出的MIMO SDMA系统性能比传统的以最小均方误差为标准的系统性能有明显
的改善.
关键词:通信技术;空分多址;多输入多输出;凸优化;最小均方误差;比特误码率
中图分类号:TN 911. 23 文献标识码:A
多输入多输出(multiple2input multiple2output , MIMO)系统在接收端和发送端使用多根天线,在信道不相
关的信道条件下,提供了比单输入单输出(single2input single2output ,SISO)信道大得多的容量.在无线链路
两端使用多根天线,不仅可以大大改进系统的频谱效率(复用增益),而且能通过分集增益来提高系统的可
靠性.目前,根据发送端是否能获得信道状态信息(channel state information , CSI),可以将MIMO系统分为两
大类:当发送端没有CSI时,使用独立于信道条件的空时编码技术的MIMO系统;当发送端和接收端均已获得
完整CSI时,通过对发送端和接收端进行线性处理,获得最佳的系统性能.本文讨论后一种情况.
在传统的MIMO SDMA(Spatial2Division Multiple Access)系统中,通常使用最小均方误差(minimum mean
square error , MMSE)作为标准,来决定系统的发送矩阵和接收矩阵.但是,在评判一个通信系统的性能时,
最终的标准往往是平均比特误码率(bit error rate , BER).在本文中,利用凸优化的理论,直接将平均BER
作为代价函数,对系统进行优化,由此得到最佳的系统性能.文献 1 应用凸优化理论对单用户系统进行
了联合发送—接收优化,但认为此方法难以用于多用户系统.本文基于多用户的MIMO SDMA系统,在发
送端引入一个具有正交性质的权矩阵,把它和信道矩阵的乘积作为一个新的信道矩阵进行优化,从而得到
了多用户的MIMO SDMA系统的联合发送—接收优化解.
1 系统模型
讨论多用户MIMO SDMA系统的发送接收联合优化问题,系统模型如图1所示.
仅考虑下行链路的情况,上行链路可以类似地得出.基站有A根天线,共有U个用户终端,每个用户
终端u有Bu根天线.基站对这U个用户同时传输多个符号:对用户1同时传输C1个符号,对用户2同时
传输C2个符号,依此类推.这样的传输方案称为SDM2SDMA———即用SDMA来实现用户间的区分,用
SDM(Space Division Multiplex)来实现每个用户的比特流的区分.很明显,为满足这一要求,用户终端的天线
数必须大于或等于该用户传输的符号的数量,即:Bu≥Cu.
假设信道为平坦衰落信道,那么第u个用户接收到的信号为:
ru(k)=Hu s(k)+nu(k);(1)
X收稿日期: 2004207216
基金项目:国家自然科学基金资助项目(60272033)
作者简介:沈薇薇(1981—),女,硕士研究生;通讯联系人王宗欣教授.
图1 多用户MIMO SDMA的系统模型
Fig. 1 Model of multiuser MIMO SDMA system
其中,s(k)为基站发送的信号矢量,它的表达式为(F为发送权矩阵):s(k)=[s1(k),s2(k),…,sA(k)]T=

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