存在估计误差的有限反馈MIMO性能分析

考虑的是利用有限反馈技术的下行多用户多天线系统。接收端通过信道估计获得信道状态信息,采用随机矢量量化信道信息并反馈码子的序号,发送端利用部分信道信息,采用波束成型的预编码技术实现多用户数据传输。考虑接收端信道估计存在误差,并对由此带来的系统性能影响进行分析,给出吞吐率损失的上界,以及使有限反馈系统保持固定空分复用增益,信道估计误差方差的限制条件和反馈比特数随发送功率的变化关系。     

Closed-Loop MIMO系统线性预编码技术

本文讨论了Closed-Loop MIMO系统在有限反馈资源下如何进行反馈的方法,即两种发射端线性预编码的思路,特别是其中的反馈码本设计问题。由于需要接收端向发射端反馈信道信息,而上行反馈资源又非常有限,所以发射端线性预编码技术成为解决把MIMO技术应用于新一代蜂窝系统或无线局域网的关键问题之一,具有无限广阔的发展前景。     

部分信道状态信息下多天线系统的最优发送

在实际的单用户多天线平坦衰落通信系统中,接收端往往具有理想的信道状态信息,而发送端只有来自接收端的部分信道状态信息反馈,因此在发送端信道模型假设为复高斯随机矩阵.在发射端具有信道协反差反馈或者均值反馈的情形下,对达到最大的信道容量即信息论角度的最优化问题进行了理论分析,研究了系统的最优发送方案.对目前的关于单方向发射的最优条件进行扩展,进一步推导了沿任意多个方向发送达到信道容量的条件.数值结果验证了分析结论.     

TDD-MIMO下行链路预编码

针对TDD系统中移动端采用单天线发射,提出2种有效利用精确部分信道信息与统计信息的预编码方法.在无反馈信息的情况下,最大限度地利用精确的信道信息,同时在统计意义上保证其他数据流的速率;在有限反馈情况下,首先利用约束最大似然估计对移动端第2根天线对应信道矢量的方向进行估计,然后利用估计出的信道作SVD分解以确定发射预编码矩阵.仿真验证了所提方法的有效性.     

LTE系统中基于压缩感知的信道反馈方案研究

针对基于完全信道状态信息预编码的长期演进(LTE)多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)系统面临反馈开销很大的问题,提出了基于压缩感知的反馈方案,该方案利用压缩感知技术在接收端对信道估计得到的信道信息进行观测,并将观测值反馈到发送端,在发送端通过梯度投影算法重构信道状态信息。通过仿真证明,该反馈方案在大幅减小反馈开销的同时达到了与完全信道状态信息反馈时非常接近的性能。     

快衰落信道条件下无线中继系统波束形成方案

随着设备小型化的发展趋势,天线间距较小,信道具有相关性;且假设发射端处于高速移动状态,无法获得完全信道状态信息,只能根据部分信道状态信息设计发射端波束形成方案。针对发射端和接收端配置多天线的固定增益放大转发无线中继系统,以最大化接收端信噪比为准则,设计了基于部分信道状态信息的波束形成方案,推导了系统中断概率和平均误符号率的闭合表达式,通过仿真验证了性能分析的有效性和所设计方案的优越性。在平均误符号率为10-2、相关系数为0.8时,所提方案比反馈信道状态信息的方案节约1.6 dB的信噪比。     

基于发射端获知部分信道状态信息MIMO系统线性预编码的设计

在现实通信系统中,由于各种原因在发送端获知很难获得完全的信道状态信息,只能获得部分信道状态信息,这样接收端的检测就非常复杂。在MIMO系统中,为了提高系统的性能和降低接收端算法的复杂度,可以通过把正交空时分组与线性预编码结合。本文提出了一种在MIMO非相关信道中,在部分信道状态信息的条件下,把正交空时分组码与线性预编码结合的方案。仿真结果表明,提高了MIMO系统的性能,降低系统误码率,获得了很好的性能增益。     

一种基于QR分解的稳健干扰对齐算法

大多数干扰对齐算法都假定发送端可以获得理想的信道状态信息(CSI),由于信道估计误差、反馈延迟等原因,实际通信系统中CSI往往是有误差的。为此,该文提出一种基于QR分解的稳健干扰对齐算法。对含有误差的联合接收信号进行基于QR分解的预处理,消除一半有误差的干扰;然后在有误差的等效信道联合矩阵下,充分考虑信道误差和干扰的影响,通过最小化发送端泄漏到非目标接收端的干扰信号功率来设计预编码矩阵,并基于最小均方误差(MMSE)准则来设计干扰抑制矩阵。最后,在理想CSI和误差CSI的情况下,通过实验仿真,证明了该算法有效地提高了系统性能。     

双层异构网络中基于有限反馈的空时干扰对齐研究

本文针对双层异构网络，提出一种利用当前和过期发射端信道状态信息（Channel State Information at the Transmitters,CSIT）的异构空时干扰对齐（Heterogeneous Space-Time Interference Alignment,HSTIA）方案.该方案将空时干扰对齐拓展至双层异构网络MISO(Multiple Input Single Output)混合信道，研究可达自由度关于CSI(Channel State Information)反馈时延的折中域.结果表明，增加发射端天线数能有效提高可达自由度.基于该结论，将空时干扰对齐技术扩展至双层异构网络MIMO(Multiple Input Multiple Output)混合信道，分析MIMO系统发射端与接收端天线数比对系统自由度的影响，并进一步研究系统达到该自由度时CSI反馈时延的取值范围.结果表明，当发射端与接收端天线数比足够多时，系统自由度的稳健性随接收端天线数的增加而加强.通过仿真分析验证，HSTIA方案利用本地当前和过期CSIT执行发射预编码，实现不同时隙的干扰信号相互消除，...     

高可靠性信道反馈自编码器系统设计

为了充分利用信道反馈编码系统中反馈信息,提出了一种针对带有反馈信道的高可靠性自编码器系统设计方案.该方案通过在发送端引入反馈解码器模块,将编码与反馈信息的提取分成两部分进行,利用端到端的学习方式使发送端和接收端寻找到适合信道的编码和解码算法.针对反馈解码器模块,给出了基于卷积神经网络和双向门控循环单元的两种实现方案.此...     

基于遗传搜索和有限反馈的酉阵设计

在MIMO系统中,酉阵主要应用于差分空时调制（DUSTM）及有限反馈预编码两个方面。DUSTM主要应用于无法获得信道状态参数（CSI）情况下,而有限反馈预编码则应用于完全或部分可获得CSI情况下。文中提出了一种基于实型＂频率＂系数的遗传搜索方法,即使在系统维数很大的情况下,运用该方法获得酉阵设计的码字性能优于由整型＂频率＂系数穷举搜索而获得的码字。     

Nakagami信道的中断容量分析

本文讨论了Nakagami-m衰落信道系统的中断容量性能,在发射端未知信道信息,接收端的信道估计存在误差时,给出了计算中断容量上界和下界的表达式,它们是接收端的估计误差和信道参数的函数,仿真结果表明随着估计误差的增大中断容量的上界和下界同时降低,但是中断容量的下界随着信道参数的增大而增大,上界随着信道参数的增大而减小。     

宽带OFDM系统中基于部分信道反馈的预处理优化算法

为克服OFDM系统中的符号块间干扰(IBI)和载频间干扰(ICI),基于满信道状态信息(CSI)的发端预处理算法已被提出,系统性能得以提高并简化了接收机。不过,反馈满CSI将占用紧张的频谱资源,并且在一些实时性要求高的系统中也是不现实的。为解决这一问题,基于部分CSI反馈提出了一种预处理优化算法,并对优化矩阵的3种处理方案进行了分析与讨论。仿真结果表明,所建议的优化算法能有效地抑制IBI和ICI,提高系统的性能。与已有的基于满信道信息的发端预处理传输方案相比,在满足一定服务质量要求的情况下,本方案的频谱效率得以提高,反馈量和计算复杂度明显降低。     

基于有限反馈的MIMO系统鲁棒性均匀信道分解

 在MIMO系统中,当假设发送端和接收端已知完美信道状态信息的情况下,均匀信道分解(UCD)被证明在误码率性能上是最优的且是容量无损的.然而在实际系统中,接收端或发送端获得的信道信息通常存在着一定的估计误差.本文提出一种基于有限反馈的鲁棒性均匀信道分解方案,在设计方案中充分考虑了信道估计误差的影响,并利用香农率失真定理和广义Lloyd矢量量化算法(GLA)得到了信道估计误差的近似值,使得本文提出的方案有很好的实用性.仿真结果表明与传统均匀信道分解方案相比,本文提出的鲁棒性均匀信道分解方案有效地降低了系统的误码平层,提高了系统容量.     

基于确定性观测的压缩感知MIMO信道参数反馈

在实际资源受限(带宽受限或功率受限)的无线通信系统中,多径信道具有很强的稀疏特性,如何利用这一特点更加高效地将接收端获得的多径信道状态信息( CSI)进行压缩、反馈,是目前信道状态信息反馈技术的研究热点。针对现有多入多出( MIMO)信道状态信息反馈方法中随机观测矩阵需要较大存储空间的问题,引入了确定性Golay测量矩阵,提出了一种基于确定性观测的压缩感知MIMO多径信道参数反馈方法。在接收端对由信道估计得出的信道状态信息利用确定性Golay测量矩阵进行观测,将较少数目的观测值反馈到发送端,在发送端通过重构算法恢复出完全信道状态信息。仿真实验表明,与随机观测相比,采用确定性Golay观测矩阵的方法虽然需要的观测值数目会有所增加,但所需存储空间远小于随机观测矩阵,且利用确定性观测反馈信道状态信息的重构性能与随机观测矩阵相当。     

Joint channel estimation and resource allocation for MIMO systems-part I: single-user analysis

Multiple antenna systems are known to provide very large data rates, when the perfect channel state information (CSI) is available at the receiver. However, this requires the receiver to perform a noise-free, multi-dimensional channel estimation, without using communication resources. In practice, any channel estimation is noisy and uses system resources. We shall examine the trade-off between improving channel estimation and increasing the achievable data rate. We consider transmitside correlated multi-input multi-output (MIMO) channels with block fading, where each block is divided into training and data transmission phases. The receiver has a noisy CSI that it obtains through a channel estimation process, while the transmitter has partial CSI in the form of covariance feedback. In Part I of this two-part paper, we consider the single-user case, and optimize the achievable rate jointly over parameters associated with the training phase and data transmission phase. In particular, we first choose the training signal to minimize the channel estimation error, and then, develop an iterative algorithm to solve for the optimum system resources such as time, power and spatial dimensions. Specifically, the algorithm finds the optimum training duration, the optimum allocation of power between training and data transmission phases, the optimum allocation of power over the antennas during the data transmission phase.     

Practical robust uniform channel decomposition scheme for CSI mismatch in limited feedback MIMO systems

Uniform channel decomposition (UCD) has been proven to be optimal in bit error rate (BER) performance and strictly capacity lossless when perfect channel state information (CSI) is assumed to be available at both the transmitter and receiver side. In practice, CSI can be obtained by channel estimation at receiver and conveyed to transmitter via a limited-rate feedback channel. In such case, the implementation of traditional UCD by treating the imperfect CSI as perfect CSI cause significant performance degradation due to inevitable channel estimation error and vector quantization error. To overcome this problem, a practical robust UCD scheme was proposed in this paper, which includes two steps, firstly, a matching architecture was proposed to eliminate the mismatch between CSI at receiver (CSIR) and CSI at transmitter (CSIT), secondly, an MMSE based robust UCD scheme considering channel estimation error and vector quantization error as an integral part of the design was derived. Simulation results show that the proposed practical robust UCD scheme is capable of improving the BER performance greatly in the context of channel estimation error and vector quantization error compared with the traditional UCD scheme.     

Achievable Rates with Imperfect Transmitter Side Information Using a Broadcast Transmission Strategy

rdquoWe investigate the performance of the broadcast approach for various fading distributions, which correspond to different models of partial transmit channel state information (CSI). The first model considered is the quantized limited feedback. In this model, the receiver can send as feedback only a finite number of bits describing the fading gain. We derive the optimal power allocation for the broadcast approach for the quantized feedback model. For a Rayleigh fading channel, numerical results here show that if the feedback word can be longer than one bit, the broadcasting gain becomes negligible, due to diminished channel uncertainty. The second partial transmit CSI model is a stochastic Gaussian model with mean and variance information, which is commonly used for modeling the channel estimation error. In a single-input single-output (SISO) channel, this model also corresponds to the Ricean fading distribution, for which we derive maximal achievable broadcasting rates. We further consider a multiple-input single-output (MISO) channel, and derive the optimal power allocation strategy in a broadcast approach. Numerical results here show that uniform power allocation is preferable over beamforming power allocation in the region where broadcasting gain over single level coding is non-negligible.     

部分支撑集辅助的压缩感知CSI反馈方法

在频分双工大规模多输入多输出系统中,基于压缩感知的信道状态信息（CSI,channel state information）反馈方法因正确重构CSI小幅度元素的支撑集合造成巨大的反馈开销.为降低基于压缩感知的CSI反馈的开销,提出一种部分支撑集辅助的压缩感知CSI反馈方法.提出方法将CSI的一部分小幅度元素的支撑集与压缩CSI一同反馈回基站.基站无需重构反馈回基站的CSI小幅度元素的支撑集,压缩CSI所需的测量次数（反馈开销）得以极大降低.分析与仿真结果表明,相对于传统的基于CS的CSI反馈方法,提出方法在确保CSI重构精度与可达和速率情况下,能有效降低CSI反馈开销和CSI重构的计算复杂度.