毫米波MIMO系统中基于正交码本的模数混合预编码算法

由于毫米波混频器件的高成本和高功耗,传统MIMO系统的数字预编码技术面临硬件复杂度过高的缺点,因而模数混合预编码吸引了学术界和工业界的广泛关注.基于此,提出了一种基于正交码本的模数混合预编码算法,该算法利用模拟波束成形码本的正交性,并行地设计各个射频链路的波束成形向量,显著降低了传统混合预编码设计中正交匹配追踪算法的计算复杂度,从而降低了硬件实现的复杂度.     

60GHz无线通信系统中自适应扇区波束赋形算法研究

针对60GHz无线通信系统中波束赋形算法复杂度高的缺点,提出了一种自适应扇区级波束赋形算法(Self-adaption Sector,SAS)。该算法利用已知波束码本数目,结合实际信道情况自适应地生成扇区级码本数目,进而按照IEEE802.15.3c标准重新构造扇区级和波束级码本,根据信道状态信息,通过二维曲面搜索,最终得到用于收发双方通信的最优波束对。仿真结果验证了该算法的可靠性和有效性。与现有算法相比,提出的算法能够明显降低波束搜索的复杂度,减少赋形过程中信令传输和能量损耗。     

60 GHz无线通信系统中临近波束搜索算法研究

针对移动场景下60 GHz无线通信,提出一种基于临近波束的波束搜索算法(NBS)。该算法利用已知的波束码本,结合无线链路中断前的链路信息,自动生成波束搜索的顺序集合;通过搜索该波束对集合,可以快速地得到通信双方的可用波束对。相比于现有的波束搜索算法,在移动场景下,所提算法具有更高的搜索效率,仿真结果进一步证明了该算法的有效性。     

面向无人机小区覆盖的毫米波波束优化设计

为了提高无人机毫米波波束覆盖区域内的通信容量,改善覆盖区域内用户通信质量,本文结合均匀平面阵列天线,提出采用一种基于目标覆盖区域量化的波束优化设计方法。该方法首先将目标区域进行量化,根据理想波束增益得到理想混合预编码向量;其次,以实际预编码向量与理想预编码向量之间的均方误差最小化为目标获得最优波束,进一步利用改进的正交匹配跟踪算法去拟合产生适合实际系统的波束成形矢量。仿真表明该波束设计方法在收敛速度和收敛精度上均优于传统方法,并可以获得更好的波束形状和波束增益,从而提高无人机目标覆盖区域内用户的通信质量。      

LTE-A下行单用户MIMO增强技术研究

无线通信系统中,基站可以针对信道空间特性采用不同的下行传输模式获得空间复用增益和波束成形增益以提升系统性能。LTE-A中的下行单用户MIMO增强技术,采用了基于码本以及非码本的预编码技术优化性能,有必要分析其技术特点和增益来源以指导产品设计。分析了LTE-A中单用户MIMO技术演进的新特点,着重研究了新的双码本结构,在对信道属性匹配、码本搜索运算复杂度和UE上报载荷方面的改进。针对LTE-A预编码技术性能问题,通过计算机链路级仿真比较了LTE—A中基于码本以及非码本预编码技术的吞吐量性能,仿真结果表明码本技术较非码本技术具有一定优势。     

基于零向波束形成和旁瓣抑制的MIMO-OFDM系统码本设计

MIMO系统可提高通信系统的容量和频谱的利用率,支持高速数据传输,是下一代无线传输系统的关键技术。在MIMO系统中,当发射端已知信道状态信息时,利用有限反馈的预编码可提高系统的性能。已有的码本设计方法,有的实现较为复杂,有的受到信道的限制。根据零向准则波束形成器的原理,结合降低天线副瓣的方法,实现了一种MIMO—OFDM系统预编码码本的设计。将此码本用于MIMO—OFDM系统有限反馈的预编码中,经仿真结果验证了码本设计方法的有效性。该码本的设计复杂度低,具有较好的性能。     

毫米波通信低复杂度波束选择和用户调度算法

针对毫米波混合波束成形系统中用户调度方案复杂度过高的问题,提出两种低复杂度的波束选择和用户调度联合优化算法。混合波束成形架构使得用户调度问题面临着新的挑战,变成了模拟波束选择和用户调度的联合优化问题。考虑发送端无法获得完美信道状态信息的实用场景,采用基于固定码本的波束训练方案获取等效信道状态信息,引入调用指示函数将联合优化问题建模成非凸组合优化规划,分别以粒子群优化和贪婪算法为核心,提出两种低复杂度的次优解决方法。仿真结果表明,相较穷举搜索,所提算法能在性能和复杂度之间取得很好的折中。      

毫米波分离型子阵列的低复杂度混合波束成型传输设计

为了增强毫米波传输的系统性能及扩大其覆盖范围,数模混合（大规模）多输入多输出（MIMO）传输技术得到了广泛关注。本文针对分离型子阵列混合波束成型架构的毫米波通信系统,研究了基于码本的低复杂度优化子阵列波束控制矢量算法。采用交替优化方法及干扰对齐思想,本文提出了一种双向交替优化设计各收发子阵列的波束控制矢量算法。所提出的算法具有收敛速度快,计算复杂度低的特点。数值仿真结果表明,基于该算法设计的分离型子阵列混合波束成型传输方案的有效性及复杂度低的优越性。      

60GHz毫米波通信中贪婪迭代的波束成形方法

目前，60GHz毫米波通信标准（802.11.ad，802.15.3c）中采用基于码本的波束成形技术,其性能并非最优且在天线数较大时，搜索复杂度较高。该文基于以上两点提出了一种贪婪迭代的波束成形方法。首先寻找最佳分区中的中心波束作为初值，然后逐次在每根天线上选取移相器可能取值（1，-1, i , -i）中的最优值作为权重值，最后在收发端进行迭代，直至算法收敛。仿真表明，该方法不仅能够获得更高的频谱效率，同时具有线性复杂度，在毫米波阵列天线数较多时具有较大的优势。      

基于人工神经网络的时间调制阵列谐波波束形成

针对时间调制阵列(time-modulated array, TMA)提出了一种基于人工神经网络(artificial neural network, ANN)的谐波波束形成技术. 该技术通过一个由编码器和解码器串联组成的ANN实现时序信息的优化,其中,编码器以目标角度的方向图约束值作为输入,通过在线训练输出对应的激励值;而解码器经过预训练可以实时输出辐射方向图. 然后利用训练完成优化后的激励可以获得不同阵元的开关导通持续时间和起始时刻. 8元/16元不同指向TMA谐波波束形成算例仿真结果表明,所提方法可以有效抑制副瓣电平(sidelobe level, SLL),快速精确控制方向图,在目标角度实现高方向性波束形成,同时该方法具有耗时短、鲁棒性好和易调节的特点,有望应用于快速目标搜索和跟踪.     

一种基于频控阵预编码的干扰抑制技术

目前阵列雷达目标探测技术大多依赖传统的相控阵技术,但其所产生的波束只与角度有关. 而近年来频控阵（frequency diverse array, FDA）的提出,使得波束不仅与角度有关还与距离和时间有关. 基于FDA技术,通过最大化接收信号的信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）作为优化目标,提出了最优发射信号的预编码和FDA频偏的设计方法,从而把对其他无线设备的干扰降低到最小. 预编码的设计使得FDA的波束在目标处产生一个角度-距离维上的孤立点,而FDA的优化算法是基于一种变种的梯度下降法,通过回溯法线性搜索出最佳迭代步长. 数值仿真结果显示,该算法成功地在目标处产生了点状波束,且算法可在10次以内完成收敛,从而可以在角度-距离维进行干扰抑制.     

Low complexity codebook search method in massive MIMO system

In Massive MIMO systems for 5G networks,precoding technology is one of the key technologies.Aiming at user side codebook search method of the discrete Fourier transform (DFT) rotation codebook,a low complexity search algorithm was proposed.In this algorithm,all horizontal and vertical codebooks were grouped separately according to the characteristics that the precoding vectors with the same column of DFT rotation codebooks had the smallest chordal distance and the smaller chordal distance have the stronger correlation,and then the optimal horizontal and vertical codewords with maximum channel gain were obtained to form 3D precoding code-books.The simulation results indicate that the searching complexity of the proposed method is significantly reduced under conditions of insuring the system performance,moreover,this advantage becomes greater with the number of antennas increasing.     

一种基于优先树脉冲取代的固定码本搜索方法

分析了G.722.2中的固定码本结构及其搜索方法,结合深度优先树与脉冲取代法各自的优点,提出了一种新的方法——基于优先树脉冲取代的固定码本搜索方法,该方法在基本保持语音质量的前提下,可使固定码本搜索计算复杂度降低,从而使G.722.2的编码运行时间进一步减少。实验结果表明,与G.722.2中采用的深度优先树搜索方法相比,基于优先树脉冲取代的固定码本搜索方法可以在不影响语音质量的前提下,使固定码本搜索复杂度降低85%以上。     

A New Codebook Design Scheme for Fast Beam Searching in Millimeter-Wave Communications

To overcome imperfection of exhaustive based beam searching scheme in IEEE 802.15.3c and IEEE 802.11ad and accelerate the beam training process, combined with the fast beam searching algorithm previously proposed, this paper proposed a beam codebook design scheme for phased array to not only satisfy the fast beam searching algorithm＇s demand, but also make good use of the advantage of the searching algorithm. The simulation results prove that the proposed scheme not only performs well on flexibility and searching time complexity, but also has high success ratio     

基于码本的有限反馈非酉矩阵预编码多用户MIMO系统

该文提出了一种基于码本的有限反馈非酉矩阵预编码下行多用户MIMO系统。该方案根据用户反馈的信道信息SINR在发送端进行调度和预编码来提高系统容量。预编码的码本设计依据格拉斯曼空间装箱原理,并将码本中的向量按其相关性构成非酉矩阵来提高预编码增益和抑制多用户共道干扰。新方案反馈量少、复杂度低,在相同情况下比传统的单用户MIMO系统和基于码本的酉矩阵预编码多用户MIMO系统都具有更好的性能。     

基于DCT变换的LSF参数降维算法

为降低声码器线谱对频率(LSF)参数量化码本的存储量和码本搜索运算量,文章提出了一种基于二维DCT变换的LSF参数降维算法.相比时域重要帧抽取算法,DCT降维算法能够在不降低语音听觉性能的基础上,将LSF参数的码本量和搜索运算量都降到50%.在同等情况下,DCT降维算法能比时域重要帧抽取算法提高0.1dB到0.2dB的性能.实验结果表明,提出的算法可以更有效地解决低速率声码器中参数码本存储量和搜索运算量的问题.     

Fast vector-sum codebook search method for low bit rate speechcoding

A fast vector-sum codebook search method for low bit rate speech coding is presented. In this method, the codebook search is simplified by designing a vector-sum codebook that consists of orthonormal regular pulse basis vectors. A further simplification is achieved by adopting backward filtering. The method proposed has significantly reduced computational complexity, compared with the conventional VSELP, without producing any additional degradation in the quality of the synthesised speech     

Quantized Principal Component Selection Precoding for Spatial Multiplexing with Limited Feedback

In this paper, for spatial multiplexing with limited feedback, a quantized principal component selection (QPCS) precoding scheme is proposed that achieves comparable capacity to the closed-loop multiple-input multiple-output (MIMO) and furthermore adapts to various fading channel conditions without any additional feedback bits and transmit channel state information (CSI). We propose a systematic design method for a codebook consisting of a finite number of unitary matrices based on a maximizing minimum distance criterion in the one- dimensional angular domain and show that the method outperforms the Grassmannian subspace packing method in various fading channel conditions. The proposed QPCS precoding scheme allows for adjustment of the precoding matrix based on limited feedback information on the principal vectors approximating a MIMO channel in the angular domain according to various channel conditions. Furthermore, for practical implementation of the QPCS precoding scheme, we propose a structured precoder optimization procedure and show that the proposed procedure induces a negligible capacity loss compared with the exhaustive precoder optimization, even with considerably reduced complexity.     

On reducing computational complexity of codebook search in CELPcoding

A computationally efficient codebook search method in code-excited linear prediction is proposed. The method can reduce the computational complexity by almost one half compared to the frequency-domain codebook search method that is currently regarded as the fastest search method, while giving almost the same quality of speech. This reduction is possible as a result of the simultaneous use of frequency-domain search and code vector sparsity     

Precoder Distribution and Adaptive Codebook in Wideband Precoding

Based on wideband precoding (WBP) in the multiple‐input multiple‐output orthogonal frequency division multiplexing system, an adaptive nonuniform codebook is presented in this paper. The relationship between the precoder distribution and spatial correlation is analyzed at first. A closed‐form expression based on overlapped isosceles triangles is proposed as an approximation of the precoder distribution. Then, the adaptive codebook design is derived with the approximate distribution to minimize quantization errors. The capacity and bit error rate performance demonstrate that the adaptive codebook with WBP outperforms the conventional fixed uniform codebook.