Symbol-level precoding (SLP) manipulates the transmitted signals to accurately exploit the multi-user interference (MUI) in the multi-user downlink. This enables that all the resultant interference contributes to correct detection, which is the so-called constructive interference (CI). Its performance superiority comes at the cost of solving a nonlinear optimization problem on a symbol-by-symbol basis, for which the resulting complexity becomes prohibitive in realistic wireless communication systems. In this paper, we investigate low-complexity SLP algorithms for both phase-shift keying (PSK) and quadrature amplitude modulation (QAM). Specifically, we first prove that the max-min SINR balancing (SB) SLP problem for PSK signaling is not separable, which is contrary to the power minimization (PM) SLP problem, and accordingly, existing decomposition methods are not applicable. Next, we establish an explicit duality between the PM-SLP and SB-SLP problems for PSK modulation. The proposed duality facilitates obtaining the solution to the SB-SLP given the solution to the PM-SLP without the need for one-dimension search, and vice versa. We then propose a closed-form power scaling algorithm to solve the SB-SLP via PM-SLP to take advantage of the separability of the PM-SLP. As for QAM modulation, we convert the PM-SLP problem into a separable equivalent optimization problem, and decompose the new problem into several simple parallel subproblems with closed-form solutions, leveraging the proximal Jacobian alternating direction method of multipliers (PJ-ADMM). We further prove that the proposed duality can be generalized to the multi-level modulation case, based on which a power scaling parallel inverse-free algorithm is also proposed to solve the SB-SLP for QAM signaling. Numerical results show that the proposed algorithms offer optimal performance with lower complexity than the state-of-the-art.


翻译:符号级预编码( SLP) 操作传输的信号, 以便准确利用多用户下行链接中的多用户干扰( MUI) 。 这使得所有由此产生的干扰都能够有助于纠正检测, 即所谓的建设性干扰( CI ) 。 其性能优于解决非线性优化问题的成本, 其结果的复杂性在现实的无线通信系统中变得令人望而却步。 在本文中, 我们调查了低兼容性 SLP 算法, 用于分流键( PSK) 和二次调控调( QAM ) 。 具体地说, 我们首先证明, 最高最小的 SIM( SSB) 的 SLP 平衡( SB) SLP ( SLP) 的 SLP ( SLP) 问题不是分流化的, 因此, 现有的分流化方法是不适用的。 我们提议的PS- PSLP 和 SL- Slalal 的双轨 问题在P 调制 Pl- 中, 的解算法中, 将SL- sal- sal- sal- sal- dal- dal- dalmaldal 的解算法 的解算法的解算法化为Slupal 。

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