Per-layer transmit and receive filters design for Tomlinson-Harashima precoding in multiuser MIMO systems

In this paper,the per-layer design for Tomlinson-Harashima precoding (THP) in the downlink of multiuser multiple-input multiple-output (MIMO) systems is investigated.In these systems,the number of the receivers is equal to that of the transmit antennas.Based on the criterion of maximum system sum-capacity,we study two per-layer joint transmit and receive filters design schemes with receive antenna beamforming (RAB) and receive antenna selection (RAS),respectively.Moreover,the differences of the equivalent channel gains and capacities between these two schemes are analyzed theoretically.Simulation results show that by these per-layer schemes,the system sum-rate is improved significantly with respect to the per-user processing scheme.     

毫米波MIMO系统离散化混合预编码设计

为了提高毫米波大规模多输入多输出（MIMO）系统波束成形增益,降低天线与移相器的硬件成本,提出一种基于离散移相器的混合预编码设计方案。以最优化频谱效率为目标,该方案通过分析均匀直线阵列与均匀平面阵列的响应矢量,将毫米波信道的空间特性预编码的设计考虑为空间稀疏重构问题,采用离散化正交匹配追踪原理求出数字预编码与离散化的模拟预编码。仿真结果表明,同等条件下平面阵列的频谱效率优于直线阵列,同时所提出的离散化混合预编码方案中低精度移相器的性能近乎达到全精度移相器的性能增益。     

毫米波大规模MIMO系统中基于PAST算法的低复杂度混合预编码

在毫米波大规模MIMO系统中,一般采用混合模拟和数字预编码替代全数字预编码来减少射频链和能量消耗.然而,在计算最优无约束混合预编码时,奇异值分解(SVD)具有较高的复杂度.因此,提出了一种基于投影近似子空间跟踪(PAST)的低复杂度混合预编码算法.该算法在计算每个子速率的最优无约束混合预编码时,利用PAST算法估计需要的右奇异矩阵部分主要列向量,从而避免了高复杂度的SVD过程.仿真结果表明,不论是在全连接、混合连接还是在子连接系统结构中,该算法在频谱效率上都接近基于SVD的混合预编码,并且随着发送天线数的增加,提出的算法的复杂度和耗时远低于基于SVD的混合预编码.同时该算法的系统误码率较小,具有较好的可靠性.     

基于双码本的多用户MIMO有限反馈预编码方法

针对多用户多输入多输出(MIMO)下行链路由有限反馈导致的性能缺失,提出一种基于双码本的有限反馈预编码方法。该方法首先在接收端根据期望用户最大信干比准则从预置码本中选取预编码码字及扰动码字反馈给发送端,然后利用矩阵线性变换特性对预编码码字进行线性变换扰动以达到容量最优,从而补偿由于有限反馈导致的容量性能缺失。仿真结果表明,所提出的方法在保证反馈链路开销与系统误码性能的情况下,有效地改善了系统吞吐量。     

基于改进粒子群算法的毫米波大规模MIMO混合预编码方案

针对毫米波大规模多输入多输出（MIMO）系统中基于传统粒子群优化（PSO）算法的混合预编码方案,在迭代后期收敛速度较慢以及容易陷入局部最优值的问题,提出了一种基于改进PSO算法的混合预编码方案。首先,随机初始化粒子的位置矢量和速度矢量,并以最大化系统和速率为目标求解初始群体最优位置矢量;其次,更新位置矢量和速度矢量,并随机地选择更新后的两个粒子的个体历史最优位置矢量进行加权求和作为新的个体历史最优位置矢量,从中挑选出若干个使系统和速率最大的粒子,将其个体历史最优位置矢量的加权平均值作为新的群体最优位置矢量,并与之前的群体最优位置矢量比较,经过多次迭代形成最终的群体最优位置矢量即为所求的最佳混合预编码矢量,并对其进行归一化;最后,根据归一化后的混合预编码矢量设计最终的模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵。仿真结果表明,与基于传统PSO算法的混合预编码方案相比,所提改进方案在收敛速度与和速率上都得到优化;其收敛速度提高约100%,且性能可以达到全数字预编码方案的90%,因此,该改进方案能够有效提升系统性能且加快收敛。     

统一框架下协作MIMO系统预编码方案

针对在协作MIMO系统中多小区及多用户间的干扰对系统性能的影响,一般都会基于某种设计准则进行预编码处理,但是由于设计目标的单一性会导致系统性能的不均衡,为了优化系统的整体性能,均衡各种性能指标,提出了统一数学框架下的预编码方案,并基于凸优化理论借助拉格朗日方程给出了预编码矩阵的求解方法。经仿真证明,算法在目标函数的收敛速度以及系统容量方面具有一定的优势,表明了所提方案实施的可行性。     

认知MIMO频谱共享系统中基于感知的预编码优化

提出了一种基于时域频谱感知的空域频谱共享策略:先对主用户频谱进行时域感知,如果主用户不存在则立刻进行认知通信,否则根据感知结果调整波束方向和发射功率,以尽量减小对主用户的干扰。具体地,以预编码矩阵为优化参数,最小化次用户均方误差为优化目标,在对主用户的干扰功率约束下,得到了最优的预编码策略。此外,还分别研究了硬判决和软判决对预编码优化的影响。仿真结果表明,基于感知的频谱共享获得的符号均方误差小于传统的频谱共享策略;而基于软判决的频谱共享策略优于基于硬判决的策略。     

基于最小均方误差的多用户MIMO下行预编码

在多输入多输出(MIMO)多用户下行链路中,可联合收发处理和功率分配,从而获得更好的通信性能。提出的多用户MIMO预编码方法分解成两步实现:首先消除用户间的干扰使之等效为多个单用户系统,在此基础上以最小均方误差(MMSE)为准则,进行收发的联合优化和功率分配,从而改善系统的误码率(BER)性能。仿真表明,所提出的方法与现有的一些方法相比,可以获得较大的信噪比(SNR)增益。     

两类多用户MIMO线性预编码的功率分配*

将多用户MIMO线性预编码分为干扰消除和干扰抑制两类,针对干扰消除中的块对角化（block diagonalization,BD）迫零算法,讨论了经典注水功率分配,提出一种信噪比控制功率分配方案。该方案可使系统各子流接收信噪比相同,各个用户的误码性能一致,也可控制用户之间的任意信噪比比例;研究了干扰抑制类预编码的统一功率分配方案,提出一种针对存在干扰系统的适用于相关信道的迭代注水算法。该算法引入经典注水的思想,将干扰和噪声一并考虑。仿真结果表明,该算法在相关信道下使系统和容量获得了明显提高。     

多用户系统中基于双码本的有限反馈预编码

针对多用户MIMO-OFDM下行链路由有限反馈导致的性能缺失,提出了一种基于双码本的有限反馈预编码方案。该方案在接收端依据部分子载波信道信息并采用期望用户最大信干比准则,从预置码本中选取主码字及扰动码字反馈给发送端,在发送端根据子载波簇的相关性重构各子载波预编码矩阵,然后利用矩阵线性变换特性对主码字进行线性变换扰动以达到容量最优,从而补偿由于有限反馈导致的性能缺失。仿真结果表明,所提出的方法在保证反馈链路开销与系统误码性能的情况下,有效地改善了系统吞吐量。     

一种平衡策略下网络多输入多输出系统的预编码方案

针对在多小区多输入多输出（MIMO）系统预处理中,最大化目标用户信干噪比与最小化干扰泄露之间存在的相互矛盾,提出一种基于平衡策略的预编码算法,构建预编码算法数学模型,引入干扰代价函数,并借助拉格朗日方程对所提算法的预编码向量进行求解,同时对算法的实现步骤进行了说明。最后在仿真中,对效用函数的收敛速度与迭代次数的关系进行了仿真,并基于系统最大和速率对该算法与现有算法的性能进行了比较,仿真结果验证了该算法在收敛速度与系统吞吐量方面的优越性能。     

基于改进OMP算法的毫米波大规模MIMO混合预编码设计

针对全连接单用户毫米波大规模MIMO系统,以最大化系统可达和速率为目标,提出一种基于改进的正交匹配追踪（orthogonal matching pursuit,OMP）算法的混合预编码方案。在既有的基于OMP算法的混合预编码基础上,首先,针对其迭代次数过多的问题,受多步长思想的启发,从阵列响应集合中选取与射频链路数目相等的最优的前多列矢量,从而求得模拟预编码矩阵;其次,针对其求逆运算复杂度高的问题,利用Hlder不等式及Schatten范数来逼近待优化的目标函数,从而求得最优的数字预编码矩阵。仿真结果表明,所提基于改进的OMP算法的混合预编码方案有效降低了运算复杂度,且在数据流数目与射频链数目相差较小时,其系统性能更优。     

Bussgang decomposition-based sparse channel estimation in wideband hybrid millimeter wave MIMO systems with finite-bit ADCs

Both the hybrid architecture and low precision analog-to-digital converters (ADCs) are considered to alleviate the burden of high power cost and hardware implementation of millimeter wave (mmWave) communication system. Accordingly, the channel estimation issue in wideband mmWave system with finite-bit ADCs becomes even challenging. To address this issue, the non-linear mmWave channel estimation problem is reformulated into a linear sparse signal recovery problem by utilizing the Bussgang decomposition. Then, based on the equivalent linear sparse model, a Bussgang decomposition-based OMP (BD-OMP) algorithm is proposed to both exploit the inherent sparsity of wideband mmWave channel and alleviate the quantization error. Furthermore, we analyze that the actual noise of linear sparse model consists of combined noise and distortion noise, which is related to the number of quantization bits, antennas, and received signal power in a large scale regime. In addition, the terminal condition of BD-OMP algorithm is derived based on the residual difference of two consecutive iterations, where the expectation of residual difference is the variance of the actual noise. Simulation results demonstrate that the proposed approach can significantly reduce the training overhead for estimating wideband mmWave channel with finite-bit ADCs at the receiver.     

一种基于SLNR预编码的天线与用户联合选择算法*

针对在多用户MIMO系统中天线与用户联合选择算法复杂度高的问题,依据SLNR预编码算法特点,提出了一种基于SLNR预编码的天线与用户联合选择算法。分析了天线与用户选择顺序对基于SLNR预编码算法的多用户MIMO系统性能影响,给出了先天线后用户的次最优选择策略。所提算法首先为每个用户选取最优的单天线,再利用贪婪思想进行用户选择。仿真结果表明,所提算法与穷举算法相比和容量性能在020 dB的信噪比范围内损失均保持在1.6 dB左右;而误比特性能与穷举法相比在10-3有2 dB左右损失,但是所提算法复杂度与穷举法相比下降明显。     

Low-complexity approximate iterative LMMSE detection for large-scale MIMO systems

This paper deals with iterative detection for uplink large-scale MIMO systems. The well-known iterative linear minimum mean squared error (LMMSE) detector requires quadratic complexity (per symbol per iteration) with the number of antennas, which may be a concern in large-scale MIMO. In this work, we develop approximate iterative LMMSE detectors based on transformed system models where the transformation matrices are obtained through channel matrix decompositions. It is shown that, with quasi-linear complexity (per symbol per iteration), the proposed detectors can achieve almost the same performance as the conventional LMMSE detector. It is worth mentioning that the linear transformations are also useful to reduce the complexity of downlink precoding, so the relevant computational complexity can be shared by both uplink and downlink.     

多小区MIMO系统中的迫零型预编码方法

针对多小区下行链路中的多 用户之间的同频干扰问题,提出了一种新的迫零型预编码方法。该方法基于线性代数的正交 投影原理,构造联合干扰信道矩阵,将目标用户的信道矩阵投影到联合干扰信道的零空间。 由此构造的预编码矩阵可以使得目标用户不会对其他用户产生干扰。相比于传统的预编码方 法,此方法在低信噪比区域性能较优,但是在高信噪比区域不如传统方法,所以结合两种方 法的特点,本文进一步提出了一种自适应预编码方法,并且分析对比了3种方法的计算复杂 度。仿真结果表明：自适应预编码方法在整个信噪比区域均优于传统方法,而运算复杂度略 高于传统方法。     

Improved adaptive fuzzy control for MIMO nonlinear time-delay systems

This paper presents an improved observer-based indirect adaptive fuzzy control scheme for multiinput-multioutput (MIMO) nonlinear time-delay systems.The control scheme synthesizes adaptive fuzzy control with adaptive fuzzy identification.An observer is designed to observe the system state,and an identifier is developed to identify the unknown parts of the system.The update laws for parameters utilize two types of errors in the adaptive time-delay fuzzy logic systems,the observation error and the identification error.Performance analysis proves the superiority of the update laws in terms of faster and improved tracking and parameter convergence.Simulation results of two-link manipulator demonstrate the effectiveness of the improved control scheme.     

多变量非线性系统的间接模糊输出反馈自适应控制

针对一类多输入多输出非线性不确定系统，提出一种基于观测器的模糊间接自适应控制方法，并基于李亚普诺夫函数方法，导出了输出反馈控制律以及参数的自适应律，证明了整个控制方案不但能保证闭环系统稳定，而且取得了良好的跟踪控制性能。