Гибридное прекодирование с селективной редукцией решетки для повышения производительности многопользовательских систем MIMO-OFDM
Автор: Фам К.К., Глушанков Е.И.
Журнал: Физика волновых процессов и радиотехнические системы @journal-pwp
Статья в выпуске: 2 т.29, 2026 года.
Бесплатный доступ
Обоснование. В контексте экспоненциального роста трафика и повышения требований к спектральной эффективности систем беспроводной связи пятого и шестого поколений ключевую роль играют многопользовательские технологии с множественными входами и выходами и ортогональное частотное разделение каналов. При этом нелинейные методы прекодирования, в частности алгоритм Tomlinson – Harashima Precoding с редукцией решетки, демонстрируют высокую эффективность в подавлении межабонентской интерференции. Однако их практическая реализация в системах с ортогональным частотным разделением каналов затруднена из-за чрезвычайно высокой вычислительной сложностью, обусловленной необходимостью применения процедуры редукции для каждой поднесущей. Цель. Целью настоящей работы является решение указанной проблемы путем разработки и исследования гибридного алгоритма, обеспечивающего помехоустойчивость, сопоставимую с эталонным алгоритмом Tomlinson – Harashima Precoding с редукцией решетки, при кардинальном снижении средней вычислительной сложности. Методы. Для достижения поставленной цели в работе предложен гибридный алгоритм, объединяющий блочную диагонализацию для устранения межгрупповой интерференции и алгоритм Tomlinson – Harashima Precoding с редукцией решетки для подавления внутригрупповой. Ключевая научная новизна заключается в предложенном механизме селективной активации редукции решетки. В отличие от известных подходов, редукция решетки применяется не ко всем поднесущим, а адаптивно, только к тем, для которых матрица эффективного канала является плохо обусловленной. В качестве метрики для принятия решения используется число обусловленности матрицы канала. Результаты. Результаты имитационного моделирования подтверждают, что предложенный алгоритм достигает вероятности битовой ошибки, сопоставимой с эталонным алгоритмом Tomlinson – Harashima Precoding с редукцией решетки и значительно превосходящей классический Tomlinson – Harashima Precoding, при существенном снижении средней вычислительной сложности. Заключение. Разработанный подход представляет собой эффективный компромисс между производительностью и сложностью, что открывает перспективы для его практической реализации в базовых станциях современных и будущих систем связи.
MU-MIMO, OFDM, нелинейное предварительное кодирование, Tomlinson – Harashima Precoding, редукция решетки, блочная диагонализация
Короткий адрес: https://sciup.org/140315663
IDR: 140315663 | УДК: 621.396.4 | DOI: 10.18469/1810-3189.2026.29.2.76-88
Precoding with selective lattice reduction for performance enhancement of Multi-User MIMO-OFDM systems
Background. In the context of exponential traffic growth and heightened spectral efficiency requirements for fifth and sixth-generation wireless communication systems, multi-user multiple-input multiple-output and Orthogonal Frequency-Division Multiplexing technologies play a pivotal role. Nonlinear precoding methods, particularly Lattice Reduction-aided Tomlinson – Harashima Precoding, have demonstrated high efficacy in suppressing inter-user interference. However, their practical implementation in OFDM-based systems is hindered by an exceedingly high computational complexity, stemming from the requisite application of the lattice reduction procedure to every individual subcarrier. Aim. The Aim of this work is to address the aforementioned problem by developing and investigating a hybrid algorithm that achieves error performance comparable to benchmark Lattice Reduction-aided Tomlinson – Harashima Precoding, while drastically reducing the average computational complexity. Methods. To achieve the stated objective, this paper proposes a hybrid algorithm that integrates Block Diagonalization for the elimination of inter-group interference with Lattice Reduction-aided Tomlinson – Harashima Precoding for the suppression of intra-group interference. The key scientific novelty lies in the proposed mechanism for selective lattice reduction activation. In contrast to conventional approaches, lattice reduction is not ubiquitously applied to all subcarriers but is adaptively employed only for those where the effective channel matrix is ill-conditioned. The condition number of the channel matrix is utilized as the decision metric. Results. Simulation results confirm that the proposed algorithm achieves a bit error rate comparable to that of benchmark Lattice Reduction-aided Tomlinson – Harashima Precoding and substantially outperforms classical Tomlinson – Harashima Precoding, while achieving a significant reduction in average computational complexity. Conclusion. The developed approach represents an effective trade-off between performance and complexity, offering promising prospects for its practical implementation in the base stations of current and future communication systems.
