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下行链路中基于SLNR的联合用户-天线功率分配算法

在多用户MIMO系统中,在天线间或用户间进行发射功率分配,可以显著提高系统总容量.本文针对多用户MIMO系统中的下行链路,在多用户迭代注水算法的基础上,提出一种联合用户-天线功率分配算法,在进行多用户迭代注水之前,首先基于信漏噪比(SLNR)进行用户间功率分配.仿真结果显示,与多用户迭代注水算法及仅进行用户选择的多用户迭代注水算法相比,本文提出的算法大大提高了系统总容量.     

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。     

一种虚拟MIMO中的低复杂度功率分配算法

针对放大转发(Amplify-forward,AF)方式下,虚拟多输入多输出(Virtual-multiple input multiple output,V-MIMO)系统中的功率分配问题,提出一种基于线性注水原理的低复杂度功率分配算法.该算法通过快速排除信道条件较差的协作用户,并利用各协作用户功率值之间的线性递推关系式,将最优功率分配算法中的迭代运算转化为线性运算,在实现功率快速分配的同时,达到显著降低算法复杂度的目的.瑞利信道下的仿真结果表明,采用该算法所获得的系统容量和中断概率性能与最优功率分配算法相当.     

基于粒子群优化的多用户MIMO下行链路调度算法

将多用户MIMO下行链路调度问题描述为一优化问题,并引入粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法进行求解.针对容量和复杂度有不同要求的应用场合,给出了两类采用不同目标函数PSO调度算法:基于容量PSO(C-PSO)调度算法和基于特征值下界PSO(LBE-PSO)调度算法.C-PSO算法目标是获得接近最优容量的性能;而LBE-PSO算法旨在有效降低算法复杂度的同时尽可能获得高的容量增益.进一步,从粒子和速度两方面对PSO算法的收敛性进行分析并得出收敛条件,然后通过不同参数值的实例对其进行验证.仿真结果表明,C-PSO算法能够以较低的复杂度获得接近穷搜索算法的容量,而LBE-PSO调度算法则提供了一种能够在容量和复杂度之间很好折中的调度方案.     

MIMO链路ad hoc网络传输调度算法

针对MIMO链路ad hoc网络中已有传输调度算法未充分利用MIMO空间复用能力的问题,提出了一种新的传输调度算法.该算法通过考虑MIMO的多流接收能力而有效地减小了调度帧长,通过合理安排节点分配顺序使得节点分配的数据流比较平均,同时,该算法通过允许节点发送多个数据流而高效利用了MIMO的空间复用能力.推导分析了传输调度算法的通过量和时延性能,结果表明,与已有算法相比,采用文中算法可以提高网络的通过量,减小网络的平均时延和最大时延.     

Massive MIMO中基于统计信道的波束形成和功率分配

为了提高大规模多输入多输出系统(Massive MIMO)的总容量,提出了基于统计信道信息的波束形成和功率分配的优化算法。所提出的波束形成方法以信噪泄漏比为优化标准,而功率分配方案以系统容量为优化目标,同时满足基站总发射功率约束条件。上述优化问题转化为多个变量的等价优化形式,从而可以通过变量的交替优化迭代达到收敛。每次迭代过程中均可以求出闭式解,迭代完成后可得到优化的功率分配方案。仿真结果表明,相比于平均功率分配方案,该算法能有效地提高系统的总容量。     

基于PU2RC的下行多用户MIMO系统多模发送方案

针对有限反馈下行多用户多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）系统,提出了一种基于每用户正交码率控制（per user unitary rate control, PU2RC）的多模发送方案。该方案通过最大化系统的遍历和速率来自适应地选取发送模式,即系统同时传输的并行数据流数目。由于直接计算系统的遍历和速率比较困难,论文推导出它的一个上界,并以最大化该上界来简化发送模式的选取。仿真结果表明,所提方案的遍历和速率性能优于传统PU2RC方案,特别当系统中用户数不大或者信噪比较高时,性能有明显的改善。     

多用户MIMO系统中一种自由度分配算法

近年来迭代干扰对齐技术得到了较多的关注,通过迭代干扰对齐算法可设计线性预编码矩阵,以最大化多输入多输出系统的总速率.但目前将自由度(DoF)分配方式作为系统总速率影响因素的研究较少.为此,提出一种DoF分配算法,通过改进模拟退火算法从而得到可使系统总速率达到最大的DoF分配方式.DoF分配问题是组合优化问题,采用模拟退火算法可较好地解决该问题.仿真结果表明,该算法所获得的系统总速率接近遍历算法的性能,具有更低的复杂度.尤其当系统变得复杂(用户数目增加,或者天线数目增加)时,改进模拟退火算法的低复杂度优势更为明显.     

基于部分信道信息反馈的多用户MIMO传输机制研究

在宽带无线通信系统中,多天线技术的实现依赖于多用户MIMO传输机制及信道信息反馈的有效解决.提出一种发送端进行干扰消除的TIE算法及相应的用户选择算法和功率分配算法,并提出一种基于向量量化的部分信道信息反馈机制,可以在多用户环境中提高系统性能并能有效降低信道信息反馈开销.分析了采用部分信道反馈机制的TIE算法的性能,论证了其性能特征.实验结果表明,与其他算法相比TIE算法可以有效地提高系统数据速率,而部分信道反馈机制可以在保持系统数据速率的前提下极大地降低信道反馈信令的开销.     

Novel scheduling strategy for downlink multiuser MIMO system: Particle swarm optimization

In this paper the scheduling problem in downlink multiuser MIMO system is described as an optimization problem and particle swarm optimization (PSO) algorithm is introduced to address such problem. Two PSO scheduling methods with different objective functions applicable to different requirements on capacity and complexity are investigated. One is the capacity based PSO(C-PSO) scheduling method aiming at achieving the near optimal capacity; and the other is the lower bound of eigenvalue based PSO (LBE-PSO) scheduling method with the purpose of reducing computational complexity and at the same time achieving as large as possible capacity gain. Furthermore, convergence analysis of PSO from both the particle and the velocity aspects is also presented to derive the convergent condition, which is validated by several examples of different parameter values. Simulation results reveal that the C-PSO can obtain nearly the same capacity as the exhaustive search method with lower complexity, while the LBE-PSO provides a viable approach by striking a better tradeoff between capacity and computational complexity.     

基于图着色的大规模MIMO系统中动态导频分配

针对大规模多输入多输出（MIMO）系统中存在的导频污染问题,提出一种基于图着色的动态导频分配方案。为了更加合理地分配导频、减小导频污染,首先,利用小区间协作,将不同小区的用户通过带权值的边相连来构建边权值干扰图,以此来描述多小区用户间的导频污染程度;然后,在传统的图着色理论基础上,利用相连用户边权值不同的特点,优先为受导频污染严重的用户分配导频资源。理论分析和仿真结果表明,所提的导频分配方案不同于现有的分布式导频分配方案,在考虑所有小区导频复用的情况下,基于图着色集中式地分配导频,能够减小小区间用户的干扰,提升大规模MIMO系统的上行可达和速率。     

Cross-layer packet scheduling for downlink multiuser OFDM systems

This paper proposes a channel and queue aware fair (CQAF) packet scheduling scheme for the downlink packet transmission in multiuser orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems. By making use of the information on the channel conditions and the queue lengths, the proposed CQAF packet scheduling scheme efficiently allocates the subcarriers, transmission power and modulation level to users under the constraints of total transmission power, the number of subcarriers, bit-error-rate (BER) requirement and generalized processor sharing (GPS)-based fairness requirement. The numerical results show that the proposed CQAF packet scheduling scheme can reduce the transmission delay and queue length significantly while maximizing system throughput and maintaining fairness among users.     

Robust multiuser MIMO scheduling algorithms with imperfect CSI

Robust multiuser multiple-input-multiple-output (MIMO) scheduling algorithms are proposed in this paper.With imperfect channel state information (CSI),traditional scheduling algorithms for the multiuser MIMO system based on the zero forcing precoding scheme will lose some performance due to the multi-user interference (MUI).In order to improve the system average throughput,we study the robust multiuser MIMO scheduling problem with imperfect CSI.From the average capacity formula,we derive a robust factor which can transform the robust multiuser MIMO scheduling problem into the traditional one,thus most existing non-robust scheduling algorithms can be robust if this factor is adopted.Simulation results show that compared with the traditional algorithms,the proposed robust algorithms can improve the system average throughput significantly under the CSI error environment.     

一种MIMO系统中保障公平的用户调度算法

在多用户MIMO下行系统应用中,在保证MIMO复用增益的情况下采用合适的用户调度算法保障用户的公平性一直是问题的关键.通过研究发现比例公平算法严格保障了用户的公平性,但用户公平性是通过单用户调度的方式实现的,这对系统容量有较大影响.提出一种基于用户集调度的比例公平算法,牺牲了一定的公平性以换取系统容量的提升.本文在基于块对角算法的MIMO系统上,对提出的算法进行了仿真验证.仿真表明,在用户集数目适当的条件下,所提出的算法将能在系统复用增益下降不大的前提下保证用户的近似公平.     

空域相关MIMO信道容量的研究

研究了在空域相关条件下MIMO通信系统的信道容量问题,利用Wishart矩阵的联合特征值概率密度函数显式给出了平坦性瑞利衰落信道的各态历经容量的可计算公式,利用Matlab所进行的数值计算表明：与已有的蒙特卡洛方法相比,公式提高了计算速度。数值计算结果还进一步表明了影响空间相关性的天线间距、来波角度和角度扩展这三个参数与信道容量之间的关系。     

Massive MIMO 下行系统能效资源分配算法

摘 要: 针对无线通信网耗能造成二氧化碳排放量和运营成本日益增加的问题,提出了一种下行大规模天线系统能效最优的资源分配算法。算法在基站端采用最大比合并(MRT)的预编码情况下,考虑各用户最小数据速率、最大发射功率和可容忍的干扰水平约束条件下,以最大化系统能效下界为准则建立非凸优化模型。首先采用一种迭代算法确定每个用户的带宽分配,然后根据分数规划的性质,将能效优化问题的分数形式转化为减式形式,进而利用凸优化方法求解基站端最优的发射天线数和发射功率来获得最优能效。仿真结果表明,所提算法能以较小的迭代次数收敛到最大能效值,并且有较好的系统频谱效率性能,同时算法复杂度得到了显著降低。     

基于MIMO的对流层散射通信信道损耗研究

针对多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)场景下的对流层散射通信信道损耗进行了研究。在设计远距离MIMO通信系统时,链路损耗估计是其中的关键技术,而现有技术在损耗估计时都忽略了波束与散射体碰撞时的能量损耗。根据湍流非相干散射理论,首先将对流层建模为多条可微的曲线,从而与发射和接收天线阵列构成曲边梯形,根据此信道几何模型,计算入射角、反射角和散射角的角度关系;其次,建立了电磁波束射入散射体后散射波在散射体表面的能量分布模型;最后,根据波束传输距离,量化散射信道的损耗,推导得到基于MIMO对流层散射信道的衰落系数和信道矩阵。将仿真计算结果与实际数据进行对比,验证了所提模型在链路损耗估计问题上的有效性和准确性,同时根据仿真结果对接收天线的仰角设计提出了建议。