全双工MIMO中继系统中基于最大速率的波束成形算法

全双工系统能实现在同一时隙与同一频率传输数据,相比于半双工系统能大大地提升数据吞吐量和频谱效率。为了进一步提高全双工多输入多输出(Multi-input and multi-output,MIMO)中继系统传输速率,本文基于放大转发(Amplify-and-forward,AF)传输模式,在全双工双向中继系统中引入梯度下降算法,将用户发送端、接收端波束成形与中继端波束成形矩阵相结合设计一种最大化速率的交替迭代算法,并构造出一种最小均方误差（Minimum mean square error,MMSE）迭代算法作为初始条件,在此基础上推导出中继接收端与发射端的波束成形矩阵表达式。仿真结果表明,本文构造的交替迭代算法收敛速度快,而且相比于迫零、最小均方误差以及最大泄信噪比算法,和速率有显著提高。     

多波束卫星通信系统中的物理层安全传输算法

为了提高卫星通信系统的安全性,将物理层安全技术应用到多波束卫星通信系统下行传输中。首先,建立了多波束卫星物理层安全通信系统模型。随后,以系统最大化保密和速率为目标,介绍了迫零(Zero-Forcing,ZF)和增强信漏噪比(Enhanced Signal-to-Leakage-and-Noise Ratio,E-SLNR)两种波束成形算法。仿真结果表明,统一考虑了波束间干扰和窃听者信号泄漏影响的E-SLNR波束成形算法不仅不受限于天线数目,而且相比ZF算法获得了更好的安全性能。     

多用户MIMO系统低复杂度收发联合波束成形方案

基于多用户多输入多输出(MIMO)有限反馈系统提出了一种收发联合波束成形方法。该方法在发送端采用每个用户酉速率控制(PU2RC)波束成形技术,在接收端采用基于信干噪比(SINR)最大化的天线合并算法。天线合并算法利用用户SINR的广义Rayleigh熵特性寻找最佳的天线合并矢量。仿真结果表明,该方法能充分利用信道信息,不仅改善了传统PU2RC系统的和速率性能,相对于已有的迫零(ZF)联合波束成形方法,对信道状态信息的量化误差的敏感性更低,用户选择算法的复杂度更低,且低速率反馈条件下和速率性能更优。     

基于能效的多天线中继网络波束形成设计

为了提高放大转发多天线中继网络的能量效率,提出了一种基于能量效率的波束形成算法,在满足中继功率约束条件的同时,最大化系统归一化信噪比.最终得到的优化问题是一个非凸的优化问题,难以求解.将其简化为一个一维的优化问题,可以利用求导的方法进行求解.仿真结果表明:与基于信噪比的波束形成算法和未使用波束形成的放大转发方式相比,所提算法可显著提高系统的能量效率.     

一种改进的自适应全双工中继系统中继策略

提出了一种基于源节点到中继节点(SR)信噪比门限和中继节点最小自干扰的全双工中继策略,并在此基础上与SR最大信噪比的全双工中继策略相结合,构建了一种改进的自适应全双工中继系统。在对等功率分配条件下使用DF协议转发时对自适应全双工中继系统的中断概率进行了分析,结果表明 与自适应半双工中继策略相比,提出的自适应全双工中继系统的中断概率更低。与基于SR最大信噪比的全双工中继策略相比,一般情况下,当SR信噪比系数较大时,自干扰信号也较强,此时所提自适应全双工中继系统采用基于SR门限和最小自干扰的中继策略,中断概率较低;而在自干扰信号较小的情况下,该自适应全双工中继系统将采用基于最大SR信噪比的全双工中继系统的中继策略,能维持较好的中断性能。     

基于MF预编码的大规模MIMO网络SINR概率密度分析

大规模MIMO系统中,相对于其他基于信道矩阵分解的波束成形算法,如迫零、最小均方误差算法等,匹配滤波（Matched filter, MF）具有复杂度极低的优点,从而成为一种极具实用潜力的波束成形算法。鉴于此,本文推导了基站采用MF波束成形算法时,用户端信干噪比（Signal-to-interference-and-noise ratio, SINR）的近似概率密度函数（Probability density function, PDF）。该函数对于推导与分析系统性能,如和速率、中断概率等至关重要。仿真表明：当基站天线数趋于大规模时,SINR公式的PDF曲线趋近于通过纯仿真得到的PDF曲线。     

干扰场景中基于预测信干比的中继选择方法

针对多用户协作通信网中存在共信道干扰和过时信道状态信息的问题,提出一种通过预测信干比进行中继选择的方法。根据特定的分布产生随机数,将该随机数与测量信干比相加生成预测信干比,选择具有最大预测信干比的中继节点转发数据。在此基础上,对基于该中继选择方法的译码转发协作通信系统进行性能分析,推导获得预测信干比的概率密度函数,从而得到平均误码率和中断概率的解析表达式。仿真结果与理论分析一致,同时数值结果表明,与基于过时信干比的中继选择方法相比,该方法在系统的误码率和中断性能上具有明显优势。     

改进的多用户协作通信系统中继选择策略

基于多用户非再生协作网络,提出改进的多用户协作通信系统中继选择策略。假设在源节点和中继节点功率相等的条件下,利用源到中继、中继到目的节点的信道统计信息定义等效信道增益,并将其与信噪比结合,选择不同的中继节点集合,使得系统中断概率最小。实验结果表明,在高信噪比情况下,当中断概率为10?3时,与中继放大转发算法相比,可获得0.2 dB的信噪比增益,与单中继转发算法相比,信噪比增益为3.5 dB,能提高系统资源利用率。     

多载波系统中自适应比特功率分配算法研究

本文提出了一种多载波系统中自适应功率和比特分配算法。该算法在低信噪比时基于最大化信道容量分配比特,基于最小化误码率分配功率;在高信噪比时采用Fischer算法进行比特功率分配。仿真结果表明,低信噪比时所提算法比Fisher算法性能好,高信噪比时和Fisher算法的性能一样好。因此,文中所提算法比Fisher算法更具有实际应用价值。仿真结果也表明了子载波数对系统性能的影响。     

基于平均信干比增益的基站群分簇模型

当获取的信道状态信息(CSI)失真时,现有分簇模型不能有效指导分簇,导致得到的簇结构不佳,协同性能降低。针对此问题,提出了一种基于平均信干比增益的基站群分簇模型。模型以基站协同的平均信干比增益来度量基站间协同愿望程度,以平均信干比增益之和最大化为目标进行分簇,从而把分簇后系统协同性能最大化的目标转换为分簇后系统平均信干比增益之和最大化。仿真结果表明,CSI失真时,利益树分簇方案在平均信干比增益分簇模型下得到的性能,相比于协同度模型提升了0.3 bps/Hz。     

最小化具有无线携能通信的全双工中继系统发射功率和

考虑在无线网络中采用信息与能量同步传输来提高无线中继系统的性能,提出了基于无线射频网络中采用无线携能通信（SWIPT）技术的具有自能量回收的双向传输全双工中继系统。SWIPT应用在双向全双工中继系统中是一个新的尝试,其中能量受限的目的节点使用从中继和环路信道捕获的能量来发送反馈信息,并给出了全双工中继系统工作的逻辑结构和能量受限的目的节点的物理结构。然后,以最小化系统发射功率和作为优化目标来描述系统的性能,采用功率分配方案进行信息解码和能量捕获,应用半定规划、秩松弛和拉格朗日方法将原始非凸优化方程转化为可解凸优化问题并求解,且联合优化了中继发射功率、发射波束成形向量和功率分配比率。最后,实验仿真对比了所提的新系统与传统双向传输中继系统,结果验证了利用自能量回收不仅可以消除自干扰,而且可以显著优化系统发射功率和,且由于SWIPT技术与全双工中继系统的结合,使得所提出的系统比传统的双向传输系统具有更高的性能增益。     

结合波束成形MMSE-THP算法研究*

Tomlinson-Harashima预编码(THP)算法是一种多输入多输出下行链路系统中有效去除用户间干扰(MUI)的预均衡技术,但存在系统容量损失的问题。为此,提出通过在接收端进行波束成形使得MMSE-THP系统和容量最大化,设计了信道状态信息完美和不完美两种情况下结合波束成形的系统方案。理论分析与仿真结果均表明,与传统MMSE-THP算法相比较,该方案在低信噪比时能提高系统和容量,并对高信噪比时系统的误码性能有明显改善。     

基于非理想CSI的全双工双向中继系统保密中断概率性能研究

研究基于译码转发的全双工中继系统的物理层安全问题。假设系统模型中窃听者与合法用户以及中继之间存在直接链路,考虑在合法用户和中继之间的信道状态信息（channel state information,CSI）是非理想的情况下,通过分析信道估计误差、窃听信道的平均信噪比和残余自干扰对中继系统物理层安全的影响,推导出每个节点端到端瞬时信干噪比和非理想CSI下的保密中断概率表达式。仿真结果表明,信道估计误差、窃听信道的平均信噪比和残余自干扰越小,系统保密中断概率越小,系统安全性能越高;在高信噪比时,残余自干扰对保密中断概率的影响可以忽略不计;同时,全双工中继方案优于传统的半双工中继方案。     

Asymptotic SEP of MIMO beamforming in two-hop AF relaying systems

This paper derives an asymptotic average symbol error probability(SEP)expression for multiple-input multiple-output(MIMO)two-hop amplify-and-forward(AF)relay systems with optimal beamforming.The analysis at high signal-to-noise ratio(SNR)quantifies the diversity order and array gain,which are valid for any antenna numbers of the terminals and arbitrary channel fading models.It is also proved that the system performance is dominated by the relatively degraded one of the two-hop channels.Our results based on the simple expressions provide valuable insights into the performance and practical design considerations of MIMO AF networks.     

一种改进的Two-way中继协作系统下的 节点选取和功率分配策略

为了提高Two-way中继协作系统的总速率,在传统的Two-way DF中继协作系统模型下,介绍了一种双向中继选择(BRS)策略,即同时考虑中继节点处的接收信噪比和中继节点到目的节点的信道增益两个因素来实现最优中继选择。然后在选出了最优中继节点后,基于物理层网络编码协议(PNC)提出了一种新的Two-way中继协作系统的最优功率分配策略。仿真结果表明,在系统总功率较大的情况下,BRS策略较随机中继选择策略(RRS)在系统总速率方面约有2.5 bit/(s.Hz)的提升。同时,提出的基于PNC的Two-way中继协作系统的最优功率分配(OPA)策略较等功率分配策略(EPA)平均取得了1dB的增益,而比传统的One-way中继协作系统在系统总速率上约高出3 bit/(s.Hz)。     

Adaptive minimum bit error rate beamforming assisted receiver for QPSK wireless communication

This paper considers interference limited communication systems where the desired user and interfering users are symbol-synchronized. A novel adaptive beamforming technique is proposed for quadrature phase shift keying (QPSK) receiver based directly on minimizing the bit error rate. It is demonstrated that the proposed minimum bit error rate (MBER) approach utilizes the system resource (antenna array elements) more intelligently, than the standard minimum mean square error (MMSE) approach. Consequently, an MBER beamforming assisted receiver is capable of providing significant performance gains in terms of a reduced bit error rate over an MMSE beamforming one. A block-data based adaptive implementation of the theoretical MBER beamforming solution is developed based on the classical Parzen window estimate of probability density function. Furthermore, a sample-by-sample adaptive implementation is also considered, and a stochastic gradient algorithm, called the least bit error rate, is derived for the beamforming assisted QPSK receiver.     

全双工无线携能通信速率最大化波束赋形研究

针对全双工无线携能通信系统,提出了一种基于系统和速率最大化准则的波束赋形联合优化方案。该方案以系统和速率最大化为目标,在保证上行/下行链路的最大发射功率约束及最小能量收获需求的同时,实现了信息速率和频谱效率的同步改善。由于速率问题为非凸问题,首先采用半定松弛及一阶泰勒近似方法将其转换为凸优化问题,然后结合基于逐次凸近似的迭代算法分别求解最优的信息波束赋形矢量和能量波束赋形矢量。仿真结果表明,所提方案相比传统方案性能更优,实现了系统和速率的有效提高。     

基于协作中继的多点广播码分多址信息系统设计

为了提高多群多点广播中继网络系统的性能,提出一种改进的协作中继多点广播码分多址(CDMA)系统设计。该方案利用协作中继辅助的分布式波束形成 实现单天线基站多播,获得了较好的空间分集增益。在该系统中,多个基站利用多个中继节点向多个目的地的各个小组传播消息;利用CDMA技术来减少中继节点以及目的地节点的多址干扰(MAI)障碍,同时每个中继节点作为线性预编码波束合成器,可以在合适的代码空间重塑基站信号;对线性波束形成矩阵进行优化,使得中继节点的功率最小化,从而满足QoS在信号干扰噪声比方面的要求。系统性能仿真对比实验的结果表明,提出的改进方案明显优于传统的正交复用方案(FDMA / TDMA)。