大规模MIMO中继系统中多用户物理层安全传输方案

研究大规模多输入多输出中继网络中的多用户物理层安全传输方案.系统模型中假设窃听节点与源节点和中继节点间都有直接链路,窃听节点可以接收到源节点和中继发送的信号.在不能获得窃听者信道状态信息的情况下,大规模MIMO中继采用简单的最大比合并/最大比发射信号处理方案,并配合中继零空间人工噪声和目的端的协作干扰实现多用户的信息安全传输.对保密速率及其在中继天线数无限增长时的渐近值进行了理论分析,并进行仿真.仿真结果显示系统的保密和速率随中继天线数的增长而增长,最终趋于理论渐近上界值.仿真结果也表明即使窃听节点具有多用户间干扰消除能力,并能同时拦截源节点和中继发送的信号,采用本文的方案仍然能获得可观保密速率.     

多用户大规模MIMO自适应安全传输策略

大规模MIMO系统采用空分多址可以提高系统吞吐量,同时利用多用户下行信号的相互协作可以对窃听者造成叠加干扰,带来了天然的安全增益。但目前该系统的物理层安全研究仍采用传统的人工噪声方案,忽略了多用户信号干扰带来的安全增益,造成严重的功率浪费。针对这一问题,该文分析了多用户信号干扰对系统可达平均安全速率和平均安全能效的影响,给出了系统的最佳接入用户区间。研究发现,在系统接入用户数较少和用户数较多时,系统安全能力较弱,针对此分别提出了N波束加扰和基于用户位置的用户调度的自适应安全传输策略。最后通过仿真验证了理论推导和所提策略的有效性,利用该文所提策略,能够保证系统天然安全能力不足时的安全通信。     

莱斯衰落信道下大规模MIMO系统中的信道估计方法

日趋重要的高速移动工具,如高速铁路、无人驾驶飞机等,大多都处在开阔地带.由于视距传播的存在,瑞利衰落模型已经不能很好地描述该环境下的信道情况,而莱斯衰落信道模型由视距分量和多径分量组成,更能准确地表述上述信道变化.基于此模型,在大规模天线系统下,在已存在的基于叠加训练序列信道估计方法的基础上,提出了改进的信道估计方法和对应的解码方法.改进后的信道估计方法分为直射分量已知和未知两种情况,分别推导了相应的信道估计公式和解码方法.数值仿真结果验证了本文所提方案性能的优越性.     

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。     

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。     

莱斯信道下分布式大规模MIMO系统基站选择算法的研究

该文考虑一种分布式大规模MIMO系统,假设基站端与用户之间的信道为莱斯信道,研究了该系统中基站选择的算法。首先给出了系统采用匹配滤波和迫零预编码时,用户下行可达速率的闭式表达式,并分析了系统的功率效率性能。然后基于此闭式表达式,以最大化系统的频谱效率为目标,提出了基于增量选择和基于用户优先级的基站选择算法。这两种算法只需要系统获取基站端与用户之间的信道统计特征信息,从而有效降低了系统开销。仿真结果表明,所提出的两种基站选择算法性能仍能逼近最优算法。特别地,当采用匹配滤波预编码且基站端天线数趋于无穷时,基于用户优先级的基站选择算法优于基于增量选择的算法。     

基于人工噪声的多用户MIMO系统加密算法

当多用户MIMO系统中的用户数多于或等于发射端天线数时,现有的基于人工噪声的物理层加密算法会导致合法用户无法正常接收。为提高此时的多用户MIMO系统的安全性,该文提出一种新的基于人工噪声的多用户MIMO系统加密算法。首先,发送端对多个合法用户进行联合处理,建立多用户联合信道状态矩阵;然后,将联合信道状态矩阵进行奇异值分解,并根据最小的奇异值进行预编码,以消除人工噪声对合法用户的影响;最后,提出一种优化功率分配的方案。仿真结果表明,该算法将多用户MIMO系统的保密容量平均增加了0.1 bit/(s?Hz),从而提高多用户MIMO系统的安全性。     

莱斯衰落信道中混合FDMA/CDMA性能分析

分析混合频分多址／码分多址系统在莱斯多径衰落信道的性能,并与占据相同带宽的宽带ＣＤＭＡ系统进行比较。系统采用二进制ＤＰＳＫ调制和瑞克接收机。结果表明,直达 径分量较强或信噪比较大时,混合系统的性能优于宽带ＣＤＭＡ系统,否则,宽带ＣＤＭＡ系统最优。     

MIMO系统在空时二维相关莱斯快衰落信道下的性能

与准静态独立的瑞利衰落信道模型相比较,在MIMO(Multi-Input Multi-Output)系统中,实际信道更趋向于空时相关莱斯快衰落。考虑到MIMO系统的收发分集优势以及收发两端天线阵列的空时相关性,在简单论述了MIMO系统和信道模型的基础上,该文利用多变量统计学理论,推导出MIMO系统在空时相关莱斯快衰落信道下平均成对差错概率上界的闭合表达式,并探讨了信道特性对系统性能的影响,然后给出相应仿真结果。     

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。      

衰落信道空间相关对MIMO系统容量的影响

在理想多输入多输出(MIMO)系统容量的基础上,推导了衰落信道空间相关性对MIMO系统容量的影响,并通过MATLAB仿真进行了验证,最后给出了结论。     

多组多播集中式大规模MIMO系统的安全性能分析

分析了主动攻击下的多组多播集中式大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统的安全性能。基于上行导频训练估计的信道状态信息,系统采用功率限制下的共轭波束成形方案实现下行多播传输。通过分析合法用户安全速率的下界和窃听者信息速率的上界,得到了系统安全速率下界的闭合表达式。进一步,推导出基站天线数趋于无穷大情况下此安全传输系统能获取的极限安全速率。实验仿真验证了所得结果的正确性。     

Ricean衰落信道下一种正交多载波CDMA系统的性能

本文提出了一种新的多载波码分多址(MC-CDMA)系统.与传统系统相比,其主要区别是采用多个并行MC-CDMA分支,每一个分支用一组正交子载波进行调制.在每个分支上,使用相同扩频序列的不同码片调制子载波.这种系统能更有效地利用传输带宽,实现频率分集.由于该系统降低了每个子载波上的数据速率,扩频序列更容易同步.最后给出了系统在Ricean衰落信道下的性能分析.     

An Introduction to Transmit Antenna Selection in MIMO Wiretap Channels

This paper is a survey of transmit antenna selection-a low-complexity, energy-efficient method for improving physical layer security in multiple-input multiple-output wiretap channels. With this method, a single antenna out of multiple antennas is selected at the transmitter. We review a general analytical framework for analyzing exact and asymptotic secrecy of transmit antenna selection with receive maximal ratio combining, selection combining, or generalized selection combining. The analytical results prove that secrecy is significantly improved when the number of transmit antennas increases.     

高斯和衰落信道下BICM系统的截止速率

重点研究了基于相干检测条件下的比特交织编码(B it-Interleaved Coded M odu la-tion-B ICM)系统,针对16-QAM、8-PSK和QPSK调制方式,仿真比较了高斯信道和频率非选择性瑞利信道下的截止速率。发现在发送端与接收端已知和未知信道特性时,相应的截止速率也不同。这可以为系统设计提供性能参考。     

Capacity of MI MO LAS-CDMA System Under Correlating Multi-Path Fading Channels

1IntroductionMI MOtechnology has emerged as a key method toachieve high spectral and power efficiency in wirelesscommunications .By the work of E. Telatar and Fosi-chini[1 ~6]et al .,the capacity of aMtransmite anten-nas andNreceive antennas systemcan be min( M,N)ti mes that of a single antenna system,that is to say ca-pacity canincreaselinealy with minumof the number ofantennas at transmiter and receiver .In order to encounter multi-paths fading,capacity oftraditional BLAST-CDMAis res…     

新的时变信道下空时分组编码多用户系统解码器设计

该文提出了两种新的适用于时变信道下空时分组编码多用户系统的解码器设计方案。空时分组编码多用户系统下,传统的迫零(Zero Forcing, ZF)和最小均方误差(Minimum Mean Squared Error, MMSE)解码器设计均假定信道准静态衰落。信道时变时,这些传统解码器在解码某用户信号时引入符号间干扰(Inter-Symbol Interference, ISI),且这种干扰随信道时变增大而增加。基于此,该文设计了两种新的解码器,该解码器可显著降低信道时变的影响。仿真结果表明,随信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)增加,两种传统解码器均出现误码率性能平层,而新解码器获得了显著的性能改善。