基于优化BM3D的毫米波大规模MIMO信道估计

针对毫米波大规模多入多出系统在射频链路数量有限时,波束域信道估计是一个有挑战性的问题,提出一种基于优化BM3D的信道估计方案。利用基于三维透镜的多入多出系统信道矩阵可被视为二维自然图像的结构特性,将图像重构技术融入信道估计。BM3D 是目前最精确的图像去噪算法之一,通过块匹配实现分组,利用三维变换域的收缩完成协同滤波。考虑信道的稀疏特性和路径的聚类特性,对BM3D算法进一步优化以提高性能。仿真结果表明,提出的优化BM3D方案在所有考虑的信噪比区域均能取得令人满意的信道估计精度。     

基于空间波束不变性的升空平台大规模MIMO导频攻击检测与消除方法

针对升空通信平台大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）系统中在通信接入阶段遭受导频攻击引入的信息泄露问题,提出了一种基于空间波束不变性的导频接入攻击检测与消除方法。该方案基于用户空间波束域信道结构特征,在缺少信道先验信息的条件下使用点排序簇结构（Ordering Points to Identify the Clustering Structure,OPTICS）聚类算法,分离提取接入攻击与合法用户的波束域信道,消除接入攻击导致的信号损伤,实现合法用户信号安全传输。仿真结果表明,所提方案能够有效降低导频接入攻击对系统安全传输的影响。     

采用时域联合稀疏恢复的多输入多输出水声信道压缩感知估计

多输入多输出(MIMO)水声通信技术可以在极其有限的水声信道频带资源内提高信道容量,但多径和同道干扰的同时存在,使传统信道估计算法如最小二乘算法、压缩感知估计算法的性能急剧下降。考虑到通信数据块间水声信道多径结构存在一定的相关性,该文利用这种数据块间多径结构的时间域相关性建立水声MIMO信道的时域联合稀疏模型,并利用同步正交匹配追踪算法进行多个数据块联合稀疏恢复信道估计,提高MIMO信道多径稀疏位置的检测增益并抑制同道干扰,提高水声MIMO信道的估计性能。仿真和MIMO水声通信海试实验表明了所提方法的有效性。     

一种稀疏增强的压缩感知MIMO-OFDM信道估计算法

 基于压缩感知(Compressed Sensing, CS)的信道估计可以达到减少导频的目的,但在频-时域信道矩阵到时延-多普勒域的稀疏变换中存在谱泄漏现象,影响了信道矩阵的稀疏性和估计的均方误差(MSE)性能。为此该文对信道的稀疏性进行研究,提出一种时域加窗的稀疏优化CS信道估计算法。通过对时域加窗,所提算法抑制了由离散截断导致的多普勒域泄漏,再据此设计出观测矩阵,以此方式增强信道在时延-多普勒域的稀疏性,并实现对稀疏的信道矩阵更为准确的重构,达到改善信道估计MSE性能的目的。仿真结果表明随信噪比的增大,加窗CS算法相比无窗CS算法有效改善了信道估计的性能。     

联合波束域分解和SVD的多用户大规模MIMO系统信道估计

针对TDD(Time Division Duplex)模式下的多用户大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统,本文研究了将波束域分解和SVD(Singular Value Decomposition)同时用于该系统的信道估计。当基站天线数目较多时,信道估计误差、导频开销、信道估计算法的复杂度等问题将成为影响大规模MIMO系统性能的关键因素。运用波束域分解理论,将多用户的大规模MIMO系统分解成多个单用户的大规模MIMO系统,同时从波束域对信道建模,该方法降低导频开销的同时也减小了信道估计误差。另外运用SVD对信道自相关矩阵优化,可以进一步降低信道估计算法的复杂度。基于以上两点,本文提出了一种联合波束域分解和SVD的大规模MIMO信道估计方案,并推导出了估计误差协方差矩阵的闭式表达式。仿真结果表明,与同类方案相比,本文提出的方案具有更好的信道估计性能。      

基于稀疏贝叶斯学习的MIMO-OFDM电力线通信系统接收机设计

丰富的脉冲噪声干扰对基于MIMO-OFDM技术的电力线通信系统接收机设计带来了巨大挑战。针对这个问题,提出了一种联合估计电力线信道和脉冲噪声的接收机设计方案。该方案主要利用电力信道多径模型参数在频域上的稀疏性和脉冲噪声在时域上的稀疏性特征,将待估计信道模型参数和脉冲噪声联合视作一个稀疏向量,同时利用MIMO系统的空间相关性,构建了一个基于多测量向量的压缩感知模型,并引入多测量向量稀疏贝叶斯学习理论,设计了一种联合估计MIMO信道模型参数和脉冲噪声的方法。仿真结果表明,与传统的MIMO信道估计与脉冲噪声抑制相互分离的接收机方案相比,新方法在估计性能和误比特率性能上有明显提升。     

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。     

基于稀疏贝叶斯学习的电力线载波通信接收机设计

针对多径信道和脉冲噪声对电力线载波通信系统性能影响的问题,提出了一种能有效对抗多径信道和脉冲噪声影响的电力线通信系统接收机设计方案.该方案将时域上的电力线信道参数和脉冲噪声联合视作稀疏向量,然后利用稀疏贝叶斯理论联合估计电力线信道和脉冲噪声,从而在接收端得以去除脉冲噪声及补偿信道增益.仿真结果表明,与传统将信道估计与脉冲噪声抑制单独考虑的传统接收机相比,本文提出的接收机方案在误符号率和误比特率等性能指标上有较好的提升.     

IRS多分区辅助太赫兹多子阵列波束成形设计

在智能反射表面（IRS）辅助太赫兹（THz）通信系统中，为突破信道稀疏性对系统空间多路复用增益的限制，提出收发端采用宽间隔多子阵列混合波束成形架构，设计IRS多分区辅助THz多子阵列的传输方案。首先，基于频谱效率最大化原则，构建一个含有多变量耦合和非凸约束的非凸目标函数；然后，将优化问题解耦成2个易于求解的子问题，即IRS反射系数矩阵设计问题和收发端混合波束成形矩阵设计问题；最后，采用黎曼流形优化算法计算IRS反射系数矩阵，并通过数理推导得到混合波束成形矩阵的闭式解。仿真结果表明，与基准方案相比，所提方案可以获得更好的频谱效率。     

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。     

基于非正交多址的室内可见光通信系统性能优化方法

室内可见光通信(Visible Light Communication, VLC)系统常用的非对称限幅光OFDM(Asymmetrically Clipped Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing, ACO-OFDM)与直流偏置光OFDM(DC-biased Optical OFDM, DCO-OFDM)采用加循环前缀、信道均衡和载波复用等方法解决信道干扰及多用户复用问题,但均以牺牲有效性为代价。非正交多址(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)通过功率域复用提高频谱利用率,利用串行干扰消除(Successive Interference Cancelling, SIC)进行多用户信号处理,有效兼顾可靠性与有效性。将NOMA应用于室内可见光系统,建立基于NOMA-DCO-OFDM的可见光信号传输及信道增益模型。通过功率域多用户信道差异计算信道增益,进行功率分配实现功率域复用,提高系统容量和通信速率;利用SIC按功率分配算法对用户逐一解调,减弱信道干扰,提高可靠性。通过理论分析和仿真实验验证表明:该系统的通信速率达到6.8×107 bit·s?1,且合速率受用户数量的影响不显著。2用户下,误码率(Bit Error Rate, BER)为10?4时用户1有5.2 dB左右的性能提升,用户2有2.3 dB左右的性能提升,通信可靠性也明显提高。     

NOMA系统中利用共轭梯度法的功率分配方案

通过功率分配,5G通信的关键技术——非正交多址（NOMA）实现发射功率域的多用户复用,有效提高了频谱效率。不同的功率分配方案直接影响系统的吞吐量,针对NOMA下行链路现有功率分配算法存在的局部最优问题,提出了一种利用共轭梯度法的最优功率分配方案,采用共轭梯度法求解用户的加权和速率最大化的优化问题。现有理论证明,该方法可以收敛到全局最优解。仿真结果表明,该方法性能优于已有的固定功率分配（FPA）算法和分数阶发射功率分配（FTPA）算法,且此非正交多址（NOMA）系统性能明显优于正交多址（OMA）系统。      

中继协作下认知NOMA网络性能分析

把非正交多址接入（NOMA）技术应用到认知网络中,提出基于中继协作的底层认知NOMA系统模型。在瑞利衰落信道下,考虑一个两跳的通信网络,认知中继同时接收来自主网络发射源和次网络发射源的信号,并采用串行干扰消除策略解码转发接收到的信号。次级网络通过为主网络提供中继解码转发服务,获得接入授权频段的机会;主网络通过贡献出授权频段,换取次级网络协作通信的机会,同时获得了优先解码权,保证了主网络通信的可靠性。推导了系统各个接收端的中断概率闭合表达式,并进行了MATLAB仿真。仿真结果表明:采用中继协作可以有效提升认知NOMA网络的中断概率性能。      

Throughput enhancement of cognitive M2M networks based on NOMA for 5G communication systems

One of the promising technologies for 5G cellular networks is machine‐to‐machine (M2M) communications. We propose a cognitive radio network (CR) that includes a primary cellular system and a secondary cognitive system. The primary cellular system has a primary client (PC) and the secondary cognitive system has M2M clients which are called secondary clients (SCs). In a conventional system of CR network based on orthogonal frequency division multiple access (CR‐OFDMA), when the primary client (PC) is absent, only one SC can obtain the idle spectrum. But, the SC must leave the spectrum when detecting the existence of the PC. So, the spectrum usage of this system is very low. This paper proposes a cooperative CR network based on nonorthogonal multiple access (CCR‐NOMA) for spectrum sensing using energy detection (ED) to allow multiple SCs to share the same frequency at the same time, but are differentiated according to the power domain or code domain, to improve spectrum efficiency of 5G communications and the transmission performance of CR network at the absence and presence of the PC. To evaluate the channel sensing performance of the ED technique in CCR‐NOMA, we derived a closed‐form expression between the achievable throughput and sensing time for the CCR‐NOMA system. The same analysis for the case of CR‐OFDMA is reproduced for the sake of comparison. The analysis showed that the CR‐NOMA system for M2M communication outperforms the CR‐OFDMA system for M2M communication for the same noncooperative and cooperative spectrum sensing and physical layer parameters.     

基于GSIC的上行链路毫米波大规模MIMO-NOMA系统低功耗传输方法

非正交多址接入（non-orthogonal multiple access,NOMA）和毫米波大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）的结合能够支持未来无线通信网络的巨流量大连接需求。研究了上行链路毫米波大规模MIMO-NOMA系统中的功率最小化问题，提出了基于群体串行干扰消除（group-levelsuccessiveinterference cancellation,GSIC）的混合波束成形毫米波MIMO-NOMA上行传输系统新架构。具体来说，根据信道增益对用户进行群体划分，不同群体用户由NOMA服务，群体内用户采用空分多址区分。通过给不同群体设计模拟波束成形矩阵，对数字波束成形和功率控制进行联合优化，提出了一种并行迭代算法来解决优化问题。仿真结果表明，所提出的新架构在总功率方面优于传统的基于分簇和用户级串行干扰消除的毫米波大规模MIMO-NOMA。     

Dynamic Resource Allocation in Non-orthogonal Multiple Access Using Weighted Maximin Fairness Strategy for a UAV Network

Non-orthogonal multiple access (NOMA) with power domain multiplexing and successive interference cancellation (SIC) is one of the promising technologies for future wireless communication. The performance of NOMA is highly dependent on resource allocation such as power allocation and channel assignment. In this paper, we investigate the power allocation (PA) scheme, to optimize the weighted maximin fairness (MMF) for 2-user and 3-user clusters. We utilize the particle swarm optimization (PSO) based algorithm for power allocation due to its promising behavior. Application area of NOMA is becoming broader, then, we considered a cellular network, assisted by an unmanned aerial vehicle (UAV) as the base station (BS) which is integrated with the NOMA system. The PA for weighted MMF problem in NOMA is non-convex, it is difficult to find out the optimal solution directly. Simulation results show the performance of PSO-based algorithm in different adaptive weights and its convergence characteristics. We have also shown that the rate and fairness tradeoff using weighted maximin fairness. Numerical results compare the performance of NOMA and orthogonal multiple access (OMA) and prove the significance of the proposed algorithm.

     

Power domain cyclic spread multiple access: An interference‐resistant mixed NOMA strategy

The next generation wireless access technology highly relies on nonorthogonal multiple access (NOMA) technique. This paper proposes a novel power domain cyclic spread multiple access (PDCSMA) scheme for the design of NOMA system with power domain superposition coding (SC) and cyclic spreading at the transmitter concurrent with symbol level successive interference cancellation (SL‐SIC) at the receiver. Based on acceptable difference in channel gain, the users are grouped together to form PDCSMA clusters, and the unique power is allotted to each user in a cluster. The user with good channel condition is allotted less power, and the user with poor channel condition is allotted more power. Each PDCSMA cluster has its own spreading code, and the data of every user in a cluster are cyclic spread with the same code. Each cluster supports the number of multipath components equivalent to the length of the spreading code. The use of cyclic spreading makes the signal suffered by multipath fading less prone to intra cluster interference. The user signal is decoded by minimum mean square error‐frequency domain equalization (MMSE‐FDE) or maximal ratio combining (MRC)–based receiver in which weak user is detected with hard decision, and strong user is detected with SIC. Compared with conventional power domain NOMA (PDNOMA) and interleaved NOMA, the proposed PDCSMA achieves better bit error rate (BER) performance and assures guaranteed detection.     

广东工业大学信息工程学院

广东工业大学信息工程学院成立于2000年4月，其前身为原电子与信息工程系和原机械电子工程二系的测量与控制专业。现设有“信息工程”和“测控技术与仪器”两个本科专业，拥有“电子电力与电力传动”与“测试计量技术与仪器”两个学科的硕士学位授予点。     

Space‐time block coding in millimeter wave large‐scale MIMO‐NOMA transmission scheme

In this paper, we introduce a new wireless system architecture using space‐time block coding schemes (STBC) and non‐orthogonal multiple access (NOMA) in millimeter wave (mmWave) large‐scale MIMO systems. The proposed STBC mmWave large‐scale MIMO‐NOMA system utilizes two MIMO subarrays, transmitting data over two channel vectors to mobile users. To reduce the communication overhead and latency in the system, we utilize random beamforming with optimal coefficients at the base station and random‐near random‐far user pairing in implementing the NOMA scheme. Our results show that the proposed STBC mmWave large‐scale MIMO‐NOMA technique significantly outperforms the previous counterparts.     

卫星通信系统两步随机接入技术研究

为了实现卫星通信系统低延迟高可靠接入,研究了两步随机接入技术中的信道设计及接收端检测算法.针对卫星场景提出了一种两步随机接入信道设计方案,对两步随机接入信道中数据部分的信道结构以及前导和数据之间的映射方式进行了设计.针对传统最小均方串行干扰消除(Minimum Mean Squared Error-Successive Interference Cancellation,MMSE-SIC)算法中存在误差传播问题导致解码性能降低的问题,提出了一种多判决排序串行干扰消除(Multi-decision Ordered Successive Interference Cancellation,MD-OSIC)算法,以提升多用户发起接入时数据部分检测的可靠性.仿真结果验证了所设计信道及检测算法在典型卫星通信场景下应用的可行性.