基于毫米波大规模MIMO的混合RZF预编码算法

针对毫米波大规模MIMO系统采用全数字预编码时,系统所需射频链路数量较大而导致实现成本和能耗较高的问题,提出了一种在基站端和用户端分别采用混合预编码和模拟合并的方案.在充分考虑信道特性的基础上,根据收发两端的天线阵列响应矢量分别设计模拟预编码矩阵和模拟合并矩阵,然后根据生成的有效信道矩阵,在基带部分设计低维的数字预编码,从而消除系统中噪声和用户间干扰的影响.仿真结果表明,在有效减少系统所需射频链路数量的基础上,所提混合预编码方案能够接近传统全数字预编码方案的性能.     

毫米波MIMO系统中的子天线阵列预编码算法研究

在第五代无线通信技术的研究中,毫米波通信凭借着巨大的信道容量优势,得到了很多的关注和研究.而将毫米波通信技术应用到目前已经广泛使用的MIMO无线通信系统中,则可以更大幅度地增加信道容量.大天线阵列的应用,可以很好地缓解毫米波系统难以避免的路径损耗问题,但同时也增加了数字预编码器的硬件复杂度.为了简化复杂度,使用了一种子天线阵列的结构来替代全天线阵列结构,并同时在数字域和模拟域上来完成整个系统的预编码,进而提出了一种改进型的混合预编码算法,通过将复杂的信道容量求解问题分解为若干独立的子问题,并利用连续干扰消除的思想解决子天线阵列之间的干扰,以求得整个系统的最大信道容量问题.仿真结果表明提出的混合预编码算法在性能上十分接近最优算法,且复杂度大大降低.     

基于字典学习的毫米波大规模MIMO系统混合预编码

针对毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统混合预编码方案设计的难题,采用字典学习的思想,提出了一种高精度混合预编码方案.该方案首先对全数字预编码矩阵的各列采用稀疏表示;进而按列将字典原子从稀疏表示中分离出来,通过对误差矩阵采用奇异值分解(SVD)来更新对应的字典原子,直到所有字典原子更新,以形成新的字典矩阵;最后,利用更新后的字典矩阵稀疏重构全数字预编码矩阵,以得到模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵.仿真结果表明,相较于基于正交匹配追踪(OMP)的混合预编码方案,所提方案在提升系统频谱效率和降低误码率方面具有明显的优势.     

Modular Precoding Based on Zero Forcing in Large Scale Antenna Systems with Imperfect Channel State Information

In Large scale antenna systems (LSAS), the user number is usually much less than the number of base station antennas. By leveraging this characteristic, Modular precoding based on zero forcing (MZF) is pro-posed to achieve higher spectrum efficiency than Maximum ratio combining (MRC), while preserve the advantage of distributive processing. The achievable rates of the MZF, MRC and Zero forcing (ZF) are derived under the general-ized model of imperfect Channel state information (CSI). The imperfect CSI model includes the channel estimation delay, the noise in the pilot channel, and the pilot contam-ination. The analytical achievable rates match the simula-tions even with a small number of base station antennas. When the antenna number approaches to infinity, the an-alytical achievable rates of MZF converge to the analytical achievable rates of ZF.     

针对非理想定时同步的多模协作多点传输

针对非理想定时同步对协作多点传输的负面影响,提出了多模协作多点传输算法。通过推导协作波束成形模式和联合处理模式在非理想定时同步条件下的平均可达速率,得到模式选择变量和模式选择门限。在多模协作多点传输算法中,用户首先对定时同步误差进行估计,并计算其模式选择变量和模式选择门限。然后用户选择协作多点传输的下行传输模式,并将其选择结果反馈给协作基站。最后,根据各用户的反馈,协作基站以最大化平均可达传输速率为准则,自适应地在协作波束成形模式和联合处理模式之间切换。仿真结果表明多模协作多点传输算法在定时同步误差较小时,采用联合处理模式,以保持空间复用增益,在定时同步误差较大时,采用协作波束成形模式,以避免用户间的额外干扰。因此,在非理想定时同步误差条件下,多模协作多点传输算法比仅采用协作波束成形模式或联合处理模式的传统协作多点传输算法具有更好的性能。     

一种基于时空编码的物理层安全算法

针对多天线窃听系统的物理层安全问题,提出一种基于时空编码的预编码算法。首先,合法接收者发送训练序列用于发送者估计主信道状态信息,而窃听信道的状态信息合法用户均未知;其次,发送者利用均匀信道分解的方法提取主信道状态信息的特征参数,生成发射端预编码矩阵和合法接收端均衡矩阵,收发联合加密处理提高物理层安全;最后,利用 Monte Carlo方法进行仿真实验,数值分析表明,该算法在窃听者天线数目增多时能够实现非负的保密容量,即使窃听信道质量较好时,窃听者的接收性能仍维持在很差的水平,误码率高达0.5。     

大规模MIMO时分双工系统的鲁棒预编码设计

对于采用大规模MIMO技术的时分双工系统,天线互易误差会破坏上下行信道互易特性,大幅降低预编码算法下行传输性能。由于实际系统难以完全消除天线互易误差,该文以最大化各用户平均信泄噪比为目标,根据天线互易误差的统计特性,设计了对该误差具有鲁棒性的线性预编码算法。同时为了进一步降低用户接收端的等效噪声功率,该文还将该线性鲁棒预编码算法扩展为基于矢量扰动的非线性鲁棒预编码算法,并通过减格辅助技术降低其扰动矢量求解复杂度,使其更适用于大规模MIMO系统应用。计算机仿真结果表明在存在基站天线互易误差条件下,该文所提出的线性与非线性鲁棒性预编码算法的性能均优于传统预编码算法的性能。     

LTE-A系统中的码字选择方案

利用先进的长期演进系统中8天线预编码2级码本结构,提出了分步反馈长时预编码矩阵指示符和短时预编码矩阵指示符的码字选择算法.接收端根据信道容量近似解的最大值计算反馈长时预编码矩阵指示符,然后通过遍历方法确定短时预编码矩阵指示符的反馈值.该方法能提高反馈的有效性,降低计算复杂度.仿真结果表明,分步反馈预编码码字选择算法的性能比最优码字选择算法相差约0.2dB.     

多用户下行链路最小拥塞预编码算法及其性能分析

该文针对多天线多用户系统的下行链路,提出了一种基于最小拥塞准则的线性预编码算法,并且利用非线性规划理论推导出了其相应最优发射权值的闭式表达式。这种算法通过最小化期望用户对其他用户的干扰,可以在保证一定性能的基础上,有效地降低系统的复杂度。此外,由于该系统为干扰受限,所以文中还考察了其信干比性能,并利用前边得到的闭式解推导出了其分布的概率密度函数,从而给后续的分析和应用带来了方便。     

基于二级码本的迫零波束成型自适应预编码方案

为了克服基于有限反馈的多用户多输入多输出(MIMO)系统中迫零波束成型(ZFBF)预编码方案反馈量小时性能较差的缺陷,提出一种基于二级码本的ZFBF自适应预编码方案。该方案的码本设计结合了酉矩阵和随机矢量码本,首先在一级码本中搜索最佳的波束成形矢量; 然后在扰动范围内计算最佳波束成形矢量对应的信干噪比(SINR),将其与系统设定的SINR门限值进行比较来决定用户的反馈信息; 最后基站根据用户的反馈信息自适应地改变码本,对用户进行ZFBF预编码。从而简化了用户端的码本搜索过程,并且在用户数较多的情况下用较少的反馈比特数达到较好的性能。仿真结果表明,该方案能够显著降低每用户的平均反馈比特数,以较低的反馈速率获得较好的和容量性能。