5G通信中基于混合波束成型的多用户MIMO调度算法研究

大规模多输入多输出(MIMO)技术是5G通信的核心技术之一,信号多入多出可以有效提高通信传输中的频谱效率与用户的通信质量。本文从用户下行信道与通信向量函数2个维度阐述了信道有效传输原理,并基于此设计了一种毫米波MIMO混合波束成型模型。文章分析了毫米波混合波束成型模型设计原理、实现步骤及算法复杂度情况,并利用混合波束成型模型设计了多用户MIMO调度的具体实现方法;基于模型确定出双向交替优化MIMO系统的发射端和接收端子阵列的天线加权矢量,给出数字模拟混合波束成型的算法方案,最终实现多用户MIMO的均衡调度。仿真结果表明,所提出的调度算法具有收敛速度快、计算复杂度低、基带传输效率高等优势。     

基于毫米波大规模MIMO的分离型子阵列混合波束成形算法

针对大规模MIMO系统中共享型阵列混合波束成形算法结构复杂和耗能较高的问题,提出了基于毫米波大规模MIMO的分离型子阵列混合波束成形算法。该算法采用分步设计的思想,首先根据模拟预编码矩阵的结构特点将天线阵列分解为多个独立的子阵列,并且依次设计每一个天线子阵列的预编码矩阵;然后在模拟预编码矩阵的基础上,采用标准的凸优化算法设计出数字预编码矩阵。仿真结果表明,本文所提算法能够达到较好的频谱效率,同时其能量效率要优于全数字波束成形算法和共享型阵列混合波束成形算法。     

RZF预编码与MMSE-SIC检测联合的大规模MIMO系统预编码设计算法

研究了大规模多输入多输出(MIMO)系统的预编码设计算法。针对大规模MIMO系统通常利用增加用户天线数来提高系统频谱效率的方法会导致用户间干扰增大,从而对系统性能产生负面影响的问题,提出了一种将正则化迫零(RZF)预编码与最小均方误差-串行干扰消除(MMSE-SIC)检测相结合的改进算法。该算法通过在基站端采用RZF预编码对信号进行预处理以平衡用户间干扰和噪声干扰的影响,继而在接收端运用检测性能优异的MMSE-SIC算法来进一步减轻信号中的干扰,从而达到提升系统容量的目的。实验结果表明,这种将RZF预编码与MMSE-SIC检测相结合的改进算法,在用户间干扰较大时具有较好的适用性,且在完全已知和未完全已知信道状态信息情况下的频谱效率均优于传统RZF算法。     

基于多小区协作分布式波束选择算法

针对多天线蜂窝系统中小区间干扰带来的性能损失,研究了使用多小区协作波束选择来减少小区间干扰,提出了可在各个小区独立实现的分布式波束选择算法。该算法首先使小区之间相互交换用户的信道状态信息,之后每个小区基于本小区以及邻小区用户的信道状态信息来估计所有用户的信干噪比,最后选择能够最大化信干噪比乘积的波束。分析表明,在两小区模型下该算法的性能接近最优波束选择算法,同时复杂度大大降低。经仿真结果验证,在多天线蜂窝系统中使用分布式波束选择算法,可以在不影响用户公平性的基础上显著提高系统平均速率。     

毫米波大规模MIMO系统波束选择方案的设计

针对毫米波大规模MIMO系统采用全数字预编码时,所需射频链路数量过多而导致能量消耗高的问题,提出了一种基于透镜的波束选择方案。该方案首先通过分析用户受干扰的可能性,将所有的用户分为干扰用户组和非干扰用户组,然后对于非干扰用户,直接利用最大功率准则进行波束选取,而对于干扰用户,则通过低复杂度增量算法选择合适的波束使系统和速率最大化。仿真结果表明,在有效减少系统所需射频链路数量和降低计算复杂度的基础上,该方案的系统和速率能够达到接近全数字预编码方案的水平,并且能够获得更高的能量效率。     

基于多点协作的预编码算法研究

在LTE-A系统中引入了多点协作(Co MP)技术,它能够有效降低小区间干扰,提升系统吞吐量,它可以看作是一个协作的多用户MIMO系统,但是每个用户会同时接收到有用信息和来自其他用户的干扰。而采用预编码方案可以有效消除MIMO用户之间的干扰。本文重点研究了基于Co MP技术所使用的经典预编码算法,并在此基础上,提出了结合BD-QR和MMSE两种算法优势的改进算法,该算法可以同时消除用户间以及用户内的自身多天线干扰,并且克服了噪声的影响,进一步提升了系统容量。     

基于簇间干扰消除的静态基站协作策略

在分析了上行链路静态分簇基站协作策略及动态分簇基站协作策略的基础上,提出了一种基于簇间干扰消除的静态基站协作策略.运用此策略时,协作基站采用线性波束成型或连续干扰消除技术,对邻簇的边缘用户进行干扰抑制,有效地消除簇间干扰；对簇内用户采用线性波束成型,抑制簇内多用户间的干扰.仿真表明,此策略性能优于单小区处理策略和静态分...     

机会波束中的发射波束自适应截断

为了快速有效地选择最优发射波束和降低多用户多输入单输出系统中反馈用户的个数,提出了在系统中自适应截断机会波束的技术.该技术以最大化吞吐量为原则在用户端预先设定信干噪比截断门限,只有接收信干噪比大于门限值时才向基站反馈;基站截断没有反馈信息的发射波束,以达到优化随机发射波束、降低波束间干扰、最大化系统容量的目的;通过预先...     

基于大规模MIMO的共享型阵列混合波束成形算法

针对大规模MIMO系统中传统全数字波束成形算法的系统实现成本高昂和能量消耗巨大等问题,提出了一种共享型阵列的混合波束成形算法。在设计算法时为了充分利用大规模天线阵列所带来的增益,考虑分别提取全数字波束成形算法中最佳预编码矩阵和合成矩阵的相位信息作为混合波束成形算法中的模拟预编码矩阵和模拟合成矩阵,然后对它们与信道作用后的等效信道进行奇异值分解,得到相应的数字预编码矩阵和数字合成矩阵。仿真结果表明,本文所提混合波束成形算法能够在系统性能和实现成本之间达到较好的折衷,同时该算法对硬件精度的要求较低。     

一种低复杂度的下行MIMO多用户分组策略

在研究了多用户MIMO线性处理技术和多用户选择方法的基础上,提出了多用户分组的思想。为了降低分组过程的复杂度,提出了基于最小奇异值和信道向量的内积的分组评价准则,并且给出了一种低复杂度的快速分组算法。仿真结果显示所提出的算法可以明显提升系统性能：随着系统中激活用户数量的增加,逐渐接近单用户点对点MIMO通信系统的性能;在一个具有4个发射天线的基站的系统中,当发射信噪比达到15dB,分组数量达到10时,采用了快速分组策略后,块对角化和规格化反转方法的各态历经性信道容量分别提升4bits／Hz和3bits／Hz以上。