时变信道下多小区多用户分布式大规模MIMO系统上行可达速率分析

针对多小区多用户分布式大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)上行系统，考虑移动环境下信道时变特性，并结合多小区导频污染和信道估计误差条件，分析这类因素对系统可达速率的性能影响。采用一阶高斯马尔科夫过程对时变信道进行建模，以时间相关性系数为时变信道参量描述信道系数随时间变化的快慢程度。当基站采用最大比合并(Maximum Ratio Combining，MRC)接收机时，利用Jensen不等式、随机矩阵理论和Gamma随机变量的各阶矩，推导得出了包含导频污染、信道估计误差和信道时变参量的可达速率解析表达式。基于此，分析得出在多小区分布式大规模MIMO系统中，时变信道参量只会影响系统的可达速率绝对值，而不会影响发射功率缩放律。更重要的是，当不考虑发射功率缩放时，随总天线数增加，可达速率将不受时变信道的影响，而只由导频污染所决定，这表明该系统对时变信道具有良好的鲁棒性。最后，利用蒙特卡洛数值仿真验证了所得出的结论的正确性和有效性。      

莱斯信道下低精度ADC去蜂窝大规模MIMO系统的性能分析

去蜂窝大规模多输入多输出(MIMO)系统被认为是未来6G通信的关键技术之一。然而,随着接入点(APs)和用户数量的激增,硬件成本问题成为了限制系统发展的重要因素。为了有效地降低硬件成本,可以考虑在AP和用户端配置低精度的模数转换器(ADCs)。基于上述原因,本文针对莱斯衰落信道下低精度ADC去蜂窝大规模MIMO系统展开研究。通过利用加性量化噪声模型,推导了该系统使用共轭转置预编码时的可达速率闭合表达式,并且该闭合表达式有助于研究AP的数量、ADC的精度以及莱斯K-因子对于可达速率的影响。此外,在保证每个用户的服务质量和每个AP的功率约束前提下,提出了一种能够最大化总速率的功率控制算法。最后,仿真结果表明了,相较不使用功率控制算法的情况,所提的算法能够带来更大的性能增益。     

空间相关信道下大规模MIMO两跳系统性能分析

针对多对用户大规模MIMO两跳中继系统,考虑空间相关信道,在迫零(Zero-Forcing,ZF)准则下进行中继转发传输,利用确定性等价原理,推导得出遍历可达速率解析表达式,定量给出遍历速率与信道空间相关阵及系统参数间数学关系。基于此,分析了信道空间相关性对遍历速率的影响,并在发射功率缩放率模型下,分析了信源和中继发射功率随天线数增长时可获得的缩放增益。分析发现,中继节点天线阵列引起的信道空间相关性对遍历速率的渐进极限性能无任何影响,且不会影响发射功率缩放率,大大放宽了在中继节点部署大规模天线阵列时的天线间隔要求,有益于大规模天线阵列在中继节点部署实现。利用Matlab仿真验证了遍历速率解析表达式的有效性以及理论分析结果的正确性。     

天线匹配对莱斯信道下紧凑MIMO系统性能的影响

深入研究了存在天线互耦和空间相关时,天线匹配网络对莱斯信道下多输入多输出MIMO系统性能的影响,建立了包含相关莱斯信道、天线互耦和匹配网络的(MIMO)系统模型.通过仿真分析了匹配阻抗、天线互耦、空间相关性以及信道衰落环境对包络相关性和信道容量的影响.实验结果表明:莱斯信道下匹配阻抗对MIMO系统的影响与瑞利信道情况下有所不同,适当地选择天线匹配阻抗可以改善MIMO系统的性能.     

莱斯衰落中多用户大规模MIMO系统的安全通信

研究了莱斯衰落信道中多用户集中式大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统的安全通信问题。基站利用上行训练获取信道状态信息,之后利用最大比传输波束成形算法进行下行数据传输。基于随机矩阵理论,分别分析了合法用户和窃听者的信息速率表达式,从而得到了遍历安全速率的闭合表达式。基于获得的结果,进一步分析了极端莱斯K因子和无限发送数据功率下系统的极限安全性能。最后,通过不同条件下的实验仿真设计,验证了系统的安全性能,同时证实了所得结果的正确性。     

窄带波束信道MIMO系统的容量分析

最近的研究表明,多输入多输出(MIMO)技术在不增加功率和带宽消耗的情况下具有大幅提高无线通信速率的潜力.在传统的MIMO系统(称为天线信道MIMO系统)中,多个接收天线的输出被直接选作多输出信号.提出了波束信道MIMO系统的结构.在波束信道MIMO系统中,多个波束的输出被选作多输出信号.基于阵列方向响应矢量,提出了窄带MIMO信道冲激响应矩阵的仿真算法.基于提出的信道冲激响应矩阵算法,给出了天线信道MIMO系统和波束信道MIMO系统容量极限的分析算法.理论分析和仿真结果都表明:波束信道能够提高信噪比(SNR),降低信道间的互相关性,因此波束信道MIMO系统比天线信道MIMO系统具有更大的容量极限.     

3D大规模MIMO系统中莱斯信道下的传输方案

针对三维(3D)大规模多输入多输出(MIMO)系统中莱斯信道模型,通过研究分析获得简单易行、频谱效率高的传输方案。考虑到莱斯信道中的散射信道获取较为困难,而视距信道获取较为容易,仅利用视距信道进行传输方案研究。首先通过用户调度算法解决了相邻用户之间干扰过大的问题,从而提升了系统的和速率;接着充分利用3D MIMO系统中水平和垂直维度的特点,采用域选择的预编码方法消除不同用户间的干扰并最大化信噪比,进一步提升了系统和速率。经过仿真验证,提出的3D大规模MIMO传输方案比以往方案具备更大的频谱效率。     

基于空间信道模型的MIMO系统建模与仿真

研究了基于空间信道模型(SCM)的空域相关矩阵,搭建了MIMO通信信道仿真平台,同时考虑时延扩散、多普勒效应、波达方向及角度扩散等多种信道参数,通过蒙特卡罗方法计算了MIMO系统的信道容量、空时相关性、衰落特性及功率延迟分布特性.指出了在信道的去极化作用下,无线通信系统的多径衰落可以采用极化分集和天线分集等技术进行克服,平均入射角对系统性能起着关键的作用.     

一种新的MIMO信道模型

实际无线通信环境中发送天线之间以及接收天线之间存在相关性.针对以上特点,从多径MIMO信道的特性出发,首先建立发射天线相关系数矩阵和接收天线相关系数矩阵,并将它们引入无线信道的莱斯MIMO信道模型中.最后通过分析LOS MIMO信道相关模型和瑞利衰落MIMO信道相关模型,给出了具体的建模步骤.仿真结果表明采用本文方法产生的信道模型的MIMO系统误码率更低,从而验证了该信道模型能够较好地模拟MIMO系统的空间信道.     

一种无人机低仰角测控通信信道建模方法研究

针对无人机测控通信系统,在分析低仰角信道中直射、反射与散射径特性的基础上,提出一种无人机低仰角测控通信信道建模方法。将直射径建模为含有直射载波多普勒频偏的乘性信道,采用正弦波叠加法将散射径建模为入射角在任意范围内均匀分布的衰落信道,并分析讨论了散射径中不同入射角范围对其时变性、相关性的影响。采用此模型设计2个不同莱斯因子条件下的信道实例,验证建模方法的正确性,并讨论莱斯因子对系统BER特性的影响。仿真结果表明,莱斯因子对系统性能有较大的影响,当莱斯因子较小时,则要求无人机或测控站天线主波瓣较窄,具有较强抑制多径的能力。     

和速率约束下衰落高斯MIMO广播信道的和功率优化

 本文研究了在系统和速率一定的条件下有着高斯噪声的衰落MIMO广播信道和功率最小化问题.该问题通常存在于无线通信系统动态资源分配中,是和功率约束下衰落MIMO下行链路和速率最大化的互补问题.首先利用MIMO MAC和MIMO BC的对偶性,将问题描述和转化为凸最优化问题,在此基础上,利用子梯度法和二分法,设计了相应的快速迭代的多用户注水算法,用于计算基站的发射功率.理论分析和数值仿真结果表明,该算法全局有效地收敛于最小的和功率.     

BER performance of OFDM system over frequency nonselective fastRicean fading channels

The fast changing frequency nonselective Ricean fading channel introduces a complicated multiple distortion and an extra additive noise component for an OFDM system. The multiple distortion is the average of the sum of N(N⩾3) correlated Ricean random variables. We propose an approximate technique for calculating the probability density function (PDF) of the multiple distortion under the assumption that the channel response changes in a linear fashion during one OFDM symbol. As a result, the bit error rate (BER) formula of a BPSK modulated OFDM system is derived. The results obtained using the derived formula describe well the OFDM performance under the time variant channel and match very well with the simulation results     

莱斯多径衰落信道下OFDM系统的容量方差分析

方差是系统容量的一个重要参数,可以用来估计通信系统的中断容量。该文研究了正交频分复用（OFDM）系统在莱斯衰落信道下的容量方差。首先该文建立了多径莱斯信道的模型并且定义了多径莱斯信道的莱斯因子,基于此信道模型推出了一个OFDM系统容量方差新的数学表达式,此表达式以OFDM系统的子载波数、信噪比、信道的多径时延等为参数。基于此表达式,计算机仿真和数值计算研究了信噪比、多径数目、莱斯因子对OFDM系统容量方差的影响。结果表明:计算机仿真和数值计算基本吻合,验证了所推导数学表达式的正确性;系统容量方差与信噪比成正比,与莱斯因子和信道的多径数目成反比。另外,该文以积分的形式给出了任意两个相关莱斯随机变量的联合概率密度函数。      

室内MIMO系统采用极化分集时的信道容量

典型的室内传播信道为莱斯衰落信道,可将其分解为LOS传播信道和散射信道.本文假设散射信道为瑞利衰落信道,并根据天线的极化特性,给出了存在极化分集时的LOS传播信道.基于此,本文提出了室内MIMO系统采用极化分集时的信道模型.研究表明:极化分集可以有效提高MIMO信道容量.     

Ricean信道下Turbo码性能研究

针对Ricean衰落信道,在信道估计误差给定的情况下,提出一种新的Turbo码译码度量,推导出信道置信因子Lc新的表达形式。仿真结果表明,与采用传统近似译码度量相比,采用新的译码度量可以提高译码性能,信噪比改善0.1～0.6dB。而且在大主径衰落因子和小信道估计误差的情况下,译码性能优越,接近AWGN信道下Turbo码性能。     

Multiple tone interference of frequency-hopped noncoherent MFSKsignals transmitted over Ricean fading channels

This paper investigates the performance degradation resulting from multitone interference of orthogonal, frequency-hopped, noncoherent M-ary frequency-shift keyed receivers (FH/MFSK) where the effect of thermal and other wideband noise is not neglected. The multiple, equal power jamming tones are assumed to correspond to some or all of the possible FH M-ary orthogonal signaling tones. Furthermore, the channel is modeled as a Ricean fading channel; and both the signaling tones and the multiple interference tones are assumed to be affected by channel fading. It is also assumed that channel fading need not necessarily affect the signaling tones and the interference tones in the same-way. When the information signal power exceeds the power of the individual interference tones, poorer overall system performance is obtained when the multiple interfering tones experience fading. This trend is accentuated as M increases. When the information signal experiences fading, the effect of fading multiple interference tones on overall system performance lessens, and for a Rayleigh-faded information signal, fading of the multiple interference tones has no effect on overall system performance regardless of M     

MIMO系统赖斯信道下发射预编码的性能分析

发射端线性预编码技术可以简化接收机的复杂度。文中提出并研究了将该技术用于反映视距传输环境的多输入多输出（MIMO）系统，对比分析了不同线性预编码器在赖斯信道下的性能表现。理论和仿真分析表明，几种线性发射预编码器与对应的接收滤波器具有相似的最小均方误差（MSE）性能，且在不同赖斯因子情况下，发射端维纳预编码器都是最优的。     

DS－SFH扩频多址系统在瑞利衰落信道中多径分集的性能研究

本文讨论了混合ＤＳ－ＳＦＨ扩频多址ＳＳＭＡ通信系统在瑞利衰落信道中多径分集接收的性能。基于多径干扰、多址干扰和信道噪声之和为一个高斯随机变量的分析，推导了在等增益组合（ＥＧＣ）和选择最大（ＳＭ）多径分集接收算法下，扩频系统的平均差错概率。理论分析和数值模拟指出：扩频多径分集接收可以明显地改善ＤＳ－ＳＦＨＳＳＭＡ系统的性能，在提高系统性能方面，等增益组合算法优于选择最大分集算法。     

非对称双向中继系统中的协作多址广播传输方案设计与数据率性能分析

在双向中继系统中,2个节点通过一个半双工中继交换信息,2个方向的数据率都会受到较差链路的制约。当节点位置变化或信道衰落造成,中继两端的信道质量不对称时,这将导致系统的和数据率下降。为了弥补较差链路带来的数据率损失,提出了一种新的三时隙协作多址广播传输方案,使得信道质量较好的源节点与中继节点进行协作传输,并且各节点充分利用各链路所支持的最大数据率进行传输,从而有效提高系统容量及加权和数据率。推导出新方案的容量上界以及解码转发模式下的可达数据率域,并对时隙及功率等资源进行优化分配。仿真结果表明,在加性白高斯和瑞利衰落信道下,新方案在非对称信道下的性能都大大优于已有方案。     

Symbol error probability of two-dimensional signaling in Ricean fading with imperfect channel estimation

In this paper, a general analytical framework is developed for calculating the symbol error rate of two-dimensional (2-D) signaling in Ricean fading with imperfect channel estimation. We show that in the presence of channel estimation errors, the symbol error rate of arbitrary 2-D signaling in Ricean fading can be expressed as a two-fold proper integral with finite integration limits, which is suitable for numerical evaluation. This new analysis is applicable to any channel estimation scheme where the estimated and the actual channel gains are jointly complex-Gaussian. System parameters related to specific channel estimation schemes are optimized and the effect of Doppler frequency shift in the channel line-of-sight component on the error performance is investigated using our analysis.