基于随机波束成形MIMO系统的信道反馈算法

MIMO系统是未来移动通信发展的趋势.随机波束成形利用包含信道质量的反馈信息,可以开发多用户分集增益,进一步提高MIMO系统的容量.然而繁重的反馈信息会占据大量的无线资源,降低系统的实际效率.主要研究降低随机波束成形MIMO系统反馈开销的方法,提出了两种部分信道反馈算法:门限反馈和最优反馈.理论推导表明了系统平均容量与反馈率之间的权衡关系,仿真结果证明了只要恰当地选取反馈参数,这两种反馈算法可以在几乎不牺牲系统容量的前提下,极大节省反馈开销.其中,门限反馈在系统容量方面表现要好于最优反馈,而最优反馈在实现简便性方面要强于门限反馈,因此实际设计时要折中考虑.     

毫米波无线通信系统混合波束成形综述

毫米波频段拥有大量未充分使用的频谱资源,能有效缓解低频段频谱拥塞,并且由于毫米波波长较短,能极大地减小大规模天线系统的物理尺寸,使得毫米波通信成为5 G无线通信系统潜在的关键技术之一。考虑到毫米波传播路径损耗严重,毫米波系统需采用波束成形技术改善传输质量。在毫米波大规模多输入多输出(Multiple-input multiple-out, MIMO)系统中,由于数字波束成形高功耗、高成本问题,混合数模波束成形成为重要的替代方案。本文首先阐述了毫米波混合波束成形的研究现状,而后给出了系统模型,最后介绍了信道估计、码本设计和低复杂度设计等混合波束成形的关键技术。     

基于接收波束成形的自动识别系统的同信道干扰抑制和解调

自动识别系统卫星接收机可接收来自多个同频段蜂窝信号,不可避免地会产生同信 道的信号干扰,抑制此同信道干扰是自动识别系统的最具挑战性问题之一。为了解决此问题 ,提出波达角估计、波束成形加解调的简单串行接收机结构。此结构首先采用多信号分类(M ultiple signal classification, MUSIC)和Capon等算法估计出目标信号和干扰信号的波达 方向角,然后利用最小方差无失真响应(Minimum variance distortionless response, MVD R)、匹配滤波（Matched filter, MF）和最小均方误差（Minimum mean square error, MMS E）等波束成形方法将阵列方向对准目标信号入射方向抑制干扰信号,最后采用二比特差分 解调算法检测有用信号。仿真结果表明：本文提出的结构同单接收天线相比,多天线波束成 形显著地抑制了同信道干扰,极大地改善了高斯滤波最小频移键控(Gaussian filtered min imum shift keying, GMSK)信号解调的误比特率性能。     

理想毫米波信道条件下低复杂度的混合波束成形

在基站和用户均采用多天线的混合波束成形架构、下行链路信道为理想毫米波信道的系统下,针对总频谱效率最大问题,提出了一种低复杂度的混合波束成形算法。该方案采用分步的方式,首先进行基站端和用户端的模拟波束成形矩阵的分别求解,在得到模拟波束成形矩阵的基础上得到等效的基带信道,然后利用块对角化数字波束成形算法求解数字波束成形矩阵。仿真结果表明,相比于其他方案,该方案在复杂度较低的同时,也提升了系统的总频谱效率。     

波束成形系统与分集系统在下行蜂窝通信中的比较

多天线波束成形系统与发送分集系统在下行蜂窝系统中是两种互补的技术。波束成形系统能够提供阵列增益,但是没有分集增益;相反,发送分集系统能够提供分集增益而没有阵列增益。通过计算在有无切换、相关衰落时系统的中断容量、CDF、传输功率等来比较两种系统的性能。     

分布式波束成形载波同步策略

分布式波束成形是协作通信的一种形式,其中两个或多个信源节点同时传输同一个信息并控制其相位,目的端重组接收信号。载波偏移使得终端的信号重组产生偏差,严重影响通信质量。分析了载波同步对分布式波束成形的重要性,介绍了现有的分布式波束成形中的载波同步策略。频率同步的方法是主一辅结构同步,相位同步有开环相位同步和闭环相位同步两个方法。分布式载波同步后传输信号在目标节点有效地重组整合,增加了分布式波束成形技术的可行性。     

基于电子波束成形的跟踪技术研究

为改进卫星天线控制器的跟踪技术,提出一种基于电子波束成形的跟踪子系统改进方法.以单片机为内核设计了车载天线稳定跟踪系统的子跟踪系统控制器,同时进行了软件的升级.实验证明,该系统在民用范围内优越于以往的目标跟踪技术,满足了卫星地球接收站在移动环境的需要,同时提供了更好的人机交互能力.     

有限反馈MIMO波束成形系统自适应码本选择算法

提出一种基于两级码本结构的有限反馈自适应MIMO波束成形技术,对该两级码本进行一定的组合,得到一个码本集并从中选择用来量化的码本.在反馈码字索引的同时包含了码本选择的信息,从而实现码本的自适应切换.仿真结果表明,在相同误码率情况下,该方法能够降低反馈速率.     

基于部分FFT-WFRFT的高效MMSE波束成形算法

摘要：现代无线通信环境下多种干扰同时存在造成通信过程受到多种干扰的影响。高速运动环境中,收发两端相对运动产生较大的多普勒频移进而产生时间选择性衰落,同时,由于多径的影响,会造成多条路径之间到达接收端的延迟不同进而产生频率选择行衰落。时频双选信道中,多径干扰产生的ISI和多普勒效应产生的ICI往往同时存在,传统的通信系统设计中,往往只针对一个方面进行考虑,不能满足现代复杂通信环境中通信的需求。针对现代无线通信系统的这种时频抗干扰的需求,研究了基于四项加权分数傅里叶变换的混合载波系统,同时,考虑系统的抗干扰能力有限,提出了混合载波系统中的部分FFT-WFRFT的高效MMSE波束成形算法,通过特殊的导频结构设计,在多径时延长度小于信号长度一半时,即使多径时延的长度小于循环前缀的长度仍能够满足通信需求,提高了系统的传输效率。通过仿真本算法信号的传输效率提高了2.7%,在多径时延更严重的情况下传输效率甚至可以提高5%左右。     

多用户MIMO系统预编码技术的研究

多天线基站和多用户可以组成一个多用户MIMO系统,为获得更高的系统容量和高效传输性能。预编码是一种应用于发射端以达到抑制多用户间干扰的预均衡方法。基于非理想信道状态信息(CSI)条件,针对多用户MIMO系统的下行信道,研究了线性ZF预编码和非线性THP预编码的性能,给出了接收端信号与干扰和噪声比SINR的近似表达式。对两种THP变体结构,dTHP结构和cTHP结构进行了性能仿真比较。仿真结果表明,cTHP结构的性能要优于dTHP结构。同时,给出了信道估计误差对cTHP结构BER影响的定量仿真结果。对非理想CSI下的预编码技术选择提供了一定的依据,并对限定信道估计误差的偏差程度具有参考意义。     

一种多用户MIMO系统中有限反馈预编码算法及性能分析

多用户多输入多输出(MIMO)系统中,用户可以通过反馈的方式把信道状态信息(CSI)传递给基站,基站利用该CSI进行预编码或者用户调度,可以有效地提取复用增益。但是传统的反馈方式,反馈量太大,占用过多上行资源。针对收发都是多天线条件的多用户MIMO系统,提出一种基于Grassmannian码本的有限反馈预编码方法,通过对用户信道矩阵进行量化,每个用户仅仅需要反馈一个序号而不是信道矩阵,从而大大减少了反馈量。通过对系统误码率(BER)和吞吐率的仿真,表明了该方法能保证系统性能。同时,由于信道估计存在误差,量化过程存在误差,所以,分析了信道矩阵误差对于新方法性能的影响,得到了系统吞吐率同信道矩阵误差的方差,以及基站发射功率三者的关系,并通过仿真进行验证,从而为评估信道估计和量化过程的优劣提供了理论依据。     

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。     

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。     

多用户MIMO系统下行收发联合设计

提出了一种改进的基于最小和均方误差(TMMSE)准则的MIMO系统下行链路收发联合设计算法,该算法通过迭代求解预编码和解码矩阵。相比于已有算法,充分利用了信道状态信息,借鉴BD算法的思想优化了迭代初值的选取。将求解Lagrange乘子的过程由非线性转化为线性,获得了Lagrange乘子的解析解,并使计算结果更加精确。仿真结果表明,该算法获得了更快的收敛速度,系统的误码性能得到显著提升,同时算法的计算复杂度明显降低。     

多用户MIMO系统中机会波束截断的信道反演

针对下行链路多用户MIMO系统,提出了一种简单的基于机会波束截断的信道反演方法。机会波束形成可以用最小的反馈获得MIMO系统慢衰落信道中下行链路的多用户分集增益和复用增益。在机会波束形成进行自适应信道截断的基础上,使各通信用户的信干噪比（SINR）相同,改善了系统的误比特率性能。仿真结果表明,总的用户数为30时,系统误比特率性能提高3~4 dB。信道反演比注水功率分配简单,降低了系统复杂度。     

Asymptotic SEP of MIMO beamforming in two-hop AF relaying systems

This paper derives an asymptotic average symbol error probability(SEP)expression for multiple-input multiple-output(MIMO)two-hop amplify-and-forward(AF)relay systems with optimal beamforming.The analysis at high signal-to-noise ratio(SNR)quantifies the diversity order and array gain,which are valid for any antenna numbers of the terminals and arbitrary channel fading models.It is also proved that the system performance is dominated by the relatively degraded one of the two-hop channels.Our results based on the simple expressions provide valuable insights into the performance and practical design considerations of MIMO AF networks.     

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.     

多用户MIMO系统下的闭环调度算法及频谱性能分析

为提高无线频谱资源的利用率,提出一种适应于多用户多输入多输出(MIMO)系统的闭环调度算法。该算法结合多用户的贪婪调度技术、物理层的自适应调制与链路层的自动重传技术,在多天线分集与多用户分集的共同作用下,系统频谱性能显著增强。考虑反馈信道存在延时的实际情况,推导了系统在延时信道条件下的频谱效率表达式。仿真结果证实,该算法在多用户系统中受延时影响较小,更适合应用于多用户MIMO系统。