基于深度学习的多用户Massive MIMO预编码方法

在下行链路传输场景中,发射机处的功率分配和波束赋形设计至关重要。考虑一个多用户Massive MIMO系统中总功率约束下最大化加权和速率问题,经典的WMMSE算法可以获取次优解,但计算复杂度过高。为了降低计算复杂度,提出了一种基于深度学习的快速波束赋形设计方法,该方法可以离线训练深度神经网络,利用训练后的神经网络求解最优波束赋形解,只需要简单的线性和非线性操作即可完成。实验结果显示,该方法可以逼近WMMSE算法精度的90%以上,同时计算复杂度和时延也大大降低。     

CDMA系统中联合功率控制、波束赋形与多用户检测

应用功率控制、波束赋形和多用户检测可以有效地消除和减少CDMA系统中的干扰。本文结合波束赋形和多用户检测的特性，提出一种应用波束赋形增益和多用户相关矩阵的解相关算法。基于算法的复杂性，提出一种区分聚集用户进行多用户检测的的算法。由于波束赋形能够消减主瓣波束之外的多用户干扰，对聚集移动台采用解相关检测达到减少运算量和消除多用户干扰的目的。对算法进行了仿真分析，证明了本算法的优越性。     

基于MIMO系统最大合并机制的传输波束赋形

本文在充分考虑了算法复杂度和系统性能之间的折中关系后,提出一种在MIMO系统中基于MNC准则对信道矩阵的进行不断地合并得到一种近似于理想波束赋形的权向量的方法.仿真结果证明与信道矩阵单一值分解（SVD）的方法相比本文提出的波束赋形方法在保证传输性能趋于理想波束赋形性能的前提下大幅度减少算法复杂度.     

TD—HSPA＋MU—MIMO系统迫零波束赋形算法研究

提出了一种适用于多径衰落信道的迫零（ZF）波束赋形算法。通过搭建系统级仿真平台,研究了该算法在时分双工增强高速分组接入（TD—HSPA＋）多用户多输入多输出（MU—MIMO）系统下的性能。并与基于块对角4G（BD）和基于奇异值分解（SVD）的波束赋形算法在市区宏小区场景下进行了仿真对比。     

一种基于特征值分布的波束赋形方案

该文分析了在不同角度扩展和DOA情况下的特征值分布,研究了在不同角度扩展环境下不同波束赋形算法的性能。在此基础上,提出了一种基于特征值分布的波束赋形方案。该方案根据信道的特征值分布自适应地采用不同波束赋形算法。仿真表明,该方案与PPPW(Per-Path Per-Weight)波束赋形算法性能相近,同时大大降低计算复杂度。     

一种基于SIC-CDM的低复杂度混合波束赋形方案

为了平衡毫米波大规模多输入多输出系统的性能和硬件开销,降低系统功耗,以频谱效率为优化目标,在部分连接结构下提出了一种收发端联合设计的低复杂度混合波束赋形方案。首先,基于连续干扰消除将原始优化问题转化为多个子阵的速率优化问题;然后,利用坐标下降法完成模拟波束赋形矩阵设计;最后,引入等效信道矩阵大幅降低矩阵维度,再对其进行奇异值分解获得数字波束赋形矩阵。仿真结果表明,与其他算法相比,所提算法在系统功耗降低的同时保持了较优的性能,且性能逼近部分连接结构的最优方案。     

IRS辅助毫米波MIMO系统波束赋形优化的低复杂度方案

智能反射表面（intelligent reflective surface,IRS）被认为是无线通信网络的前景技术之一。然而由于IRS无源波束赋形优化受到本身所具有的非凸恒模约束,现有工作在IRS辅助的多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）系统中的研究只能得到次优解且具有较高的复杂度。本文考虑一个单用户IRS辅助通信的毫米波MIMO系统,为了最大化频谱效率,优化通信接入点AP（access point）端有源和IRS端无源波束赋形矩阵。首先将有源和无源波束赋形矩阵解耦,得到AP的最优有源波束赋形解,将IRS无源波束赋形设计问题推导为一个非凸二次约束二次规划（quadratically constrained quadratic programming,QCQP）问题;采用低复杂度的连续闭式解（successive closed form,SCF）算法求解IRS无源波束赋形矩阵,为了衡量SCF算法性能,分析对比了现有的最优分支界定（branch and bound,BnB）算法。仿真结果验证了SCF算法在IRS相移连续和离散时均能在较低复杂度达到较高的频谱效率性能。      

全双工主动窃听非正交多址接入系统智能超表面辅助物理层安全传输技术

针对全双工被动窃听和主动干扰攻击下的多用户非正交多址接入(NOMA)系统,该文提出一种智能超表面(RIS)辅助的鲁棒波束赋形方案以实现物理层安全通信。考虑在仅已知窃听者统计信道状态信息的条件下,以系统传输中断概率和保密中断概率作为约束,通过联合优化基站发射波束赋形、RIS相移矩阵、传输速率和冗余速率,来最大化系统的保密速率。为解决上述多变量耦合非凸优化问题,提出一种有效的交替优化算法得到联合优化问题的次优解。仿真结果表明,所提方案可实现较高的保密速率,且通过增加RIS反射单元数,系统保密性能更佳。     

低副瓣任意波束直接合成算法研究

在传统阵列天线波束赋形设计中，通过对阵元天线辐射方向图进行幅度相位加权，获得阵列合成方向图.通常阵元激励幅度相位权值的获取，取决于优化算法对目标方向图和阵列合成方向图的对比，通过对阵元激励幅度相位进行大量随机选参后，获得优化结果.由于算法通常是基于相关的阵元方向图，且算法中缺乏副瓣抑制机制，使得方向图合成效率不高且副瓣效果通常不理想.该文设计了一种任意波束直接合成算法.该方法首先在阵元方向图的基础上获得一组互相独立的高增益窄波束（自由基波束），然后基于此波束进行方向图的直接合成，使波束赋形问题统一到基于自由基波束权值运算的范畴内，对波束赋形问题进行了统一，避免了未知参量的随机优选过程，极大提升了阵列天线波束赋形设计的效率.同时在自由基设计的过程中结合了副瓣抑制机制，且这种副瓣抑制机制与波束赋形过程互相独立，使合成波束的副瓣天然地具备了低副瓣的特征.     

TD-LTE下行链路波束赋形技术研究

在波束赋形系统模型和算法准则的基础之上,给出一种相对传统特征值分解方法有一定简化的算法。该方法能够有效克服波束赋形过程中复杂度较大且会引起系统延迟的问题。根据TD-LTE系统物理层协议规定生成信号源并进行建模,通过搭建完整的赋形链路来获得波束赋形的加权系数。在多径衰落信道下,对传统的基于QR分解的特征值分解算法和简化算法进行仿真分析。结果表明：在相同的仿真条件下,简化后算法能够在保持一定精度的基础上,复杂度降低为原来的1/60。     

TD-LTE系统中基于奇异值分解的高效波束赋形方法

为了克服TD-LTE系统中传统的基于矩阵信道的迭代波束赋形方法复杂度较大且可能不收敛的问题,提出一种基于奇异值分解的高效波束赋形方法.该方法利用系统终端侧仅有2根天线的系统特性,采用基于2×2矩阵特征值分解公式的矩阵信道奇异值分解获得波束赋形天线加权向量;不仅可以直接获得精确的加权向量,而且相对于传统迭代方法大幅降低了复杂度.理论分析和仿真结果验证了所提方法的有效性.     

基于循环子向量优化的波束成形接收机设计

针对新一代无线通信技术应用中对低能耗、低算力的应用需求，提出一种基于循环子向量优化（CSVO）算法的低复杂度波束成形接收机设计。CSVO算法根据最小均方误差（MMSE）准则推导产生，特点是在波束成形中可以灵活地选择拟优化波束向量的维度大小，降低计算复杂度。文中基于CSVO算法，以ZC706套件和AD9361射频收发器为基础，实现了一套四天线阵元基带波束成形接收机设计方案。实验测试结果表明，实现的接收机波束成形增益接近理论值，验证了CSVO算法的可行性和有效性。实验结果进一步展示，与其他传统的几种波束成形算法相比，在达到同样性能的条件下，CSVO算法所需乘法次数更少，且收敛速度更快。     

基于模式搜索算法的仅相位加权相控阵天线波束赋形

仅相位加权的波束赋形技术在相控阵天线中有着广泛的应用,本文提出了一种利用模式搜索算法进行仅相位加权的相控阵天线波束赋形技术。该算法对初始相位分布没有严格要求,任意取值的初值都可以得到较为理想的结果。恰当的选取算法的初始步长和计算精度,可以有效降低迭代步数,缩短计算时间。最后,本文详细讨论了模式搜索算法在两种波束赋形中的应用。     

多波束赋形在非正交多址接入技术中的应用研究

为解决非正交多址接入(NOMA)技术在毫米波Massive MIMO系统中用户的分组受限于基站波束宽度的问题,提出了一种能够产生指向多个方向的波束的波束赋形方案.基于该多波束波束赋形方案,建立了多小区多用户场景下的用户资源分配的数学模型.为降低计算的复杂性,采用两阶段的资源分配算法.在第一阶段中,在给定的功率分配条件下将模型转化为联盟博弈中联盟的生成问题,并提出一种通过迭代确定用户分组和天线单元分配的算法;在第二阶段中,通过将非凸的数学优化问题转化为DC规划问题,提出用户功率分配的算法.仿真结果表明,本文所提多波束波束赋形方案能够有效产生指向多个方向的波束,且所提资源分配算法能够有效提高系统的性能.     

自持续HIRS辅助的MU-MISO系统公平性研究

针对自持续智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）存在牺牲系统性能和实施难度大等问题,提出了一种包含被动元件和主动元件的混合IRS(Hybrid IRS,HIRS)自持续辅助多用户多输入单输出（Multi-User Multiple Input Single Output, MU-MISO）系统的公平性传输方案。为了实现多用户通信的公平,联合考虑基站的主动波束成形和HIRS系数矩阵,建立了以最大化最小用户速率为目标的优化问题。然而,由于约束条件和目标问题中存在多变量耦合,导致优化问题是非凸的。因此,将原始问题分解为2个单变量的子问题,然后利用逐次凸近似和半正定松弛方法获得每个子问题的近似解,最后利用交替优化算法迭代求解每个子问题。仿真结果表明,所提优化方案可有效提高系统的最小速率。     

基于时间调制阵列的多波束雷达通信一体化结构及算法研究

为了实现多个电子平台的高效集成,同时缓解无线信道频谱资源紧缺问题,提出了一种结合了时间调制阵列(time-modulated array, TMA)技术和多波束赋形技术的空域多波束雷达通信一体化结构与算法。对传统基于空分的雷达通信一体化技术进行了改进,在增加通信波束的同时,实现了雷达与通信子系统发射功率的独立控制。所提结构由两组加权网络组成,第一组加权网络用于雷达探测,第二组加权网络结合周期性时间调制,用于多用户通信。所提方案可根据实际应用情况,在用户数量,波束控制自由度,硬件复杂度等多个指标之间进行权衡。仿真结果证实了所提结构与算法的有效性,雷达与通信能够独立完成各自的功能且没有相互影响。      

蜂窝网络下行链路中基于干扰图的干扰对齐算法

针对多用户蜂窝网络的下行链路,提出了基于干扰图的干扰对齐算法。首先用干扰图表示蜂窝网络的小区间干扰（ICI）分布,每五个相邻小区划分为一簇。然后在簇内先根据对称信道和不对称信道,分别设计接收波束赋形矩阵将四个ICI对齐到两个干扰子空间,再设计发送波束赋形矩阵与干扰子空间正交。最后通过簇的平移实现蜂窝网络内所有活动小区的干扰对齐。该算法减少了基站和用户的天线数及计算复杂度。仿真结果表明所提算法消除了ICI、用户间干扰（IUI）及簇间干扰,有效提高了蜂窝网络容量。      

多用户间干扰下IRS辅助毫米波波束赋形研究

为解决IRS辅助毫米波通信系统中的干扰问题，提出了一种基于最大化系统总传输速率的联合波束赋形方案。该方案采用分数规划和二次型变换等技术，通过交替优化算法进行连续相移的联合波束赋形设计。针对实际硬件实现中的反射相移离散问题，进一步提出了一种离散相移的交替优化算法。仿真结果表明，该算法能够有效提高系统总传输速率，并且离散相移方案的总传输速率与连续相移方案趋近。     

基于图神经网络的低复杂度无蜂窝大规模MIMO无线传输

波束成形是多天线无线通信网络研究中的基本问题之一。针对无蜂窝大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)多点联合发送中满足用户服务质量需求下的最大化系统和速率波束成形问题，利用网络历史数据，提出了基于图神经网络的波束成形智能优化算法，有效克服了传统优化算法在大规模多天线通信中计算效率低的缺点。仿真实验结果表明，所提算法的性能表现与传统优化算法接近，且具有更低的计算复杂度。     

接收矢量估计辅助的协调波束赋形算法简

针对下行蜂窝无线通信系统,提出了一种基于接收矢量估计辅助优化的分布式协调波束赋形方案。该方案通过在发射端间共享少量信息,并基于MVDR准则对接收端的接收矢量进行估计,从而优化发送波束赋形矢量设计。仿真结果和分析表明,该分布式方案能以较低的开销和算法复杂度获得接近于集中式方案的性能。此外,还提出了一种简化方案,该方案可进一步降低系统开销。