基于混合量化移相器的毫米波大规模MIMO预编码设计

针对毫米波大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统能量效率低下的问题,提出一种基于混合精度移相器量化的混合预编码设计方法.首先考虑到系统能量效率闭合表达式难以直接求解,通过Dinkelbach方法将能量效率优化问题转换为范数最小化的形式,然后将其进一步解耦为混合预编码矩阵和混合...     

基于连续干扰消除的毫米波MIMO系统混合预编码算法

该文研究多用户毫米波MIMO系统的混合模数预编码器和合并器设计。针对因信号传播漫散射造成的多用户间信号干扰问题,提出一种基于连续干扰消除(SIC)的鲁棒混合预编码算法。首先对信道矩阵进行正交分解,以消除来自已知用户信号的干扰,从而将含有非凸约束的多用户链路优化问题分解为多个单用户链路优化问题。然后采用相位提取算法逐个求解每个用户的最优传输链路,并结合最小均方误差(MMSE)准则求得多用户混合预编码矩阵。仿真结果表明,与现有的混合预编码算法相比,所提算法在强干扰环境下具有显著的性能优势。

     

基于空时编码的格基规约算法在混合预编码中的应用

在自适应混合预编码中,通过将格基规约算法与迫零预编码结合,构成格基规约(Lattice Reduction)破零预编码(Lattice Reduction-Zero Force,LR-ZF)算法,提高了信道正交性.将LR-ZF算法与模拟预编码组成混合预编码,将此方案和空时编码(Space Time Black Code...     

迫零混合预编码车联网系统遍历能效研究

车联网作为未来智能交通系统的重要组成部分,在城乡道路部署大量具有通信特性的基础设施,包括5G基站、传感器、路边单元等。为创造绿色可持续发展的未来,减少车联网通信开销,制定能效更高的基础设施部署方案是重要手段之一。目前相关研究关注系统瞬时能效,而瞬时能效无法处理信道状态信息的随机性,不能给出对于车联网基础设施部署的全面考量。针对该问题,考虑采用迫零混合预编码结构的收发机结构,对基于毫米波大规模MIMO技术的车联网遍历能效展开研究。首先研究了异构基站下V2X通信信道模型、收发机架构,建立一般性的车联网系统模型。其次在考虑车辆接入不同基站的情况下计算能量效率,通过离散化推导出一种异构系统遍历能效计算公式。最后进行了遍历能效研究的仿真分析。结果表明遍历能效研究可以提供更高能效的基站部署,有效减少了通信能耗。     

基于毫米波大规模MIMO系统的混合预编码设计

大规模多输入多输出（MIMO）被认为是未来5G的关键技术之一。毫米波因其足够大的频谱带宽近来备受关注。针对部分连接结构、单用户下行链路毫米波大规模MIMO系统,提出了一种新型的混合预编码设计。利用分层设计思想,首先设计模拟预编码器,提出一种模拟预编码器算法;然后通过注水算法获得最佳数字预编码器;最后,将起始最优化问题转化为在每根天线功率分配约束下单个RF链路连接天线子阵列最优化问题,再根据迭代方法获得最佳混合预编码器。仿真结果表明,最佳混合预编码器性能接近纯数字预编码器的性能。     

基于毫米波大规模MIMO的混合RZF预编码算法

针对毫米波大规模MIMO系统采用全数字预编码时,系统所需射频链路数量较大而导致实现成本和能耗较高的问题,提出了一种在基站端和用户端分别采用混合预编码和模拟合并的方案.在充分考虑信道特性的基础上,根据收发两端的天线阵列响应矢量分别设计模拟预编码矩阵和模拟合并矩阵,然后根据生成的有效信道矩阵,在基带部分设计低维的数字预编码,从而消除系统中噪声和用户间干扰的影响.仿真结果表明,在有效减少系统所需射频链路数量的基础上,所提混合预编码方案能够接近传统全数字预编码方案的性能.     

基于修正牛顿法的大规模MIMO低复杂度混合预编码算法

针对大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）系统,提出了一种基于修正牛顿（modified Newton,MN）法的相位跟踪算法,有效地解决了传统高性能混合预编码方案中的高计算复杂度问题。该算法从子维度向量恢复的角度优化模拟预编码矩阵。在每个子维度优化中,采用相位跟踪方法将模拟预编码向量的恢复转化为无约束的非线性优化问题,并利用MN法进行求解。同时,应用Gerschgorin’s Disk定理和Hermitian矩阵分块求逆引理,分别降低了MN法中计算修正因子以及Hessian矩阵求逆的计算复杂度。实验结果表明,与仿真中几种传统的高性能混合预编码方案相比,所提算法具有更高的频谱效率和更低的计算复杂度。     

毫米波massive MIMO系统中混合连接的混合预编码设计

为了提高混合连接的混合预编码的频谱效率,首先利用连续干扰消除(SIC)的原理得到理想条件下的最优混合预编码矩阵,然后利用梯度下降理论将最优混合预编码矩阵分解为数字预编码矩阵和模拟预编码矩阵,最后考虑模拟预编码矩阵的恒模约束条件,并以最大化频谱效率为目标利用交替最小化方法优化模拟和数字预编码矩阵。所提出的混合预编码设计算法基于混合连接结构,因而能量效率远优于部分连接的和全连接的混合预编码。同时,该算法不会增加混合连接的混合预编码的硬件复杂度且只少量增加计算量。仿真结果表明,该算法能提升混合连接的混合预编码的频谱效率,特别是当射频(RF)链路数大于数据流数时,频谱效率的提升更加显著。由于分块不需要满足正交性,该算法比现有混合连接的混合预编码更适合实际应用。     

基于两阶段的毫米波大规模MIMO低复杂度混合预编码算法

针对现有基于矩阵分解的混合预编码算法信道容量有损和算法复杂度高的问题,本文提出了一种基于两阶段的低复杂度混合预编码算法.该算法分为获取最优全数字预编码器和求解混合预编码器两部分.首先,本文联合奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)与注水算法以容量无损的要求设计最优全数字预编码矩阵...     

基于迫零波束成形技术的大规模MIMO混合中继系统性能分析

文章基于迫零波束成形技术及不完备信道状态信息,研究了大规模双向多输入多输出中继网络的系统频谱效率和系统能量效率。首先,在中继站的天线数量M足够大时获取用户端信干噪比的一般表达式,得到系统频谱效率与能量效率的一般表达式。其次,获取了功率缩放方案下系统频谱效率与能量效率的渐进值。对于非零信干噪比,当中继站及每个用户终端的发射功率均降低为原来的M分之一,系统能量效率将大幅度提升。     

一种实用的毫米波大规模MIMO混合预编码算法

数字模拟混合预编码可以用较少的射频逼近全数字预编码的性能,可以用来解决毫米波大规模MIMO系统中由于射频链路过多造成的硬件损耗和校准问题。为解决传统混合预编码结构难以实现的缺点,该文的混合预编码研究基于一种简单的固定子连接结构。推导了系统可达速率最大,模拟预编码矩阵应满足的条件,从而将混合预编码矩阵设计问题转化为优化问题。采用鸟群算法(BSA)解决此优化问题,求得最优的预编码矩阵。针对模拟移相器分辨率有限的情况,提出一种直接量化的解决方案和一种基于改进的离散BSA的解决方案。仿真结果表明,所提算法能够基于简单结构实现较好的性能;移相器分辨率有限情况下,所提的两种解决方案都是有效的,且基于离散BSA的方案在分辨率较低时性能更优。     

格基规约技术在混合预编码中的应用

为了降低线性预编码算法中的运算复杂度,提出了格基规约技术.首先将格基规约技术与迫零预编码结合,构成格基规约(Lattice Reduction)破零预编码(Lattice Reduction-Zero Force,LR-ZF)算法,提高信道正交性,将LR-ZF算法与模拟预编码组成混合预编码运用在大规模MIMO系统中.仿...     

大规模MIMO异构网络中的干扰协调和预编码设计

在大规模MIMO异构网场景下,提出了一种针对抑制用户间干扰及跨层干扰的预编码方案:宏基站配备大规模天线,为降低复杂度及信道反馈信息,采用两层预编码,其中,外层预编码用来抑制簇间干扰,内层预编码抑制用户间干扰;微用户根据宏基站产生的干扰的强度不同,采用不同的干扰处理方式:强干扰时进行主动干扰删除,弱干扰时将干扰当作噪声。同时,给出了每种处理方式下微基站预编码的解析解。仿真结果表明,该方案能够获取较高的系统吞吐量。同时,由于两层预编码和解析解的引入,该方案具有较低的计算量及较高的处理效率。      

一种基于GMD分解的混合预编码算法

提出了毫米波大规模MIMO系统中一种利用几何均值分解(GMD)设计模拟和数字预编码矩阵的算法.首先根据初始模拟预编码矩阵列向量相互正交,利用GMD分解计算出模拟预编码矩阵后,取其元素相位构成的矩阵为最终的模拟预编码矩阵,然后设计数字预编码矩阵.仿真结果表明,频谱效率和误码率较正交匹配追踪(OMP)算法分别有大约3dB和2.5dB的增益.     

基于V-BLAST的数字—模拟域混合预编码技术在多用户大规模MIMO中的应用

在大规模MIMO 系统中,全复杂度单一基带预编码（如全复杂度破零预编码FC-ZF）需要与天线阵元数目相同的射频链路,进而以高复杂度的硬件实施为代价,混合预编码（HP）技术可以大大降低射频链路数,且性能上接近全复杂度单一基带预编码技术,因此HP技术具有较高的研究价值。提出的自适应数字—模拟域混合预编码（自适应混合预编码/AHP）技术较传统数字—模拟域混合预编码（传统混合预编码）技术可以进一步有效地降低硬件的复杂度,并将其与V-BLAST技术相结合,可以同时获得阵列增益和复用增益。仿真结果表明,提出的方案具有较高的频谱效率、较低的硬件复杂度及比较理想的误码率性能。     

毫米波单用户多天线系统的混合预编码设计

在毫米波MIMO通信系统中,针对如何提升频谱效率的问题,该文提出一种有效的混合预编码双层交替迭代算法。外层交替使用分解的方法解耦收发端,减少1次计算中所求变量的个数;而内层交替只对接收或者发送端进行,利用模拟域矩阵按列分解,数字域矩阵按行分解,将频谱效率表达式化简为一系列子问题。考虑到模拟域矩阵中单个元素对函数的影响和模为1的限制,对列元素采取逐个优化的方案,并对每一次的解加上约束,使解始终处在收敛域内。实验结果表明,所提交替优化解决方案可以获得更好的性能且有着较低的复杂度。     

星地链路中基于毫米波大规模MIMO的混合预编码算法研究

为了提升星地链路通信系统频谱效率,针对毫米波(millimeter Wave, mmWave)大规模多输入多输出(Massive Multiple Input Multiple Output, Massive MIMO)系统,在正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit, OMP)算法的基础上,提出了一种改进的OMP (Improved-OMP)混合预编码算法。针对星地链路间通信的特定场景,引入了基于扩展的Saleh-Valenzuela (S-V)信道模型;针对OMP算法中求解模拟预编码矩阵时存在迭代次数过多的问题,在结合多步长思想的基础上,从天线阵列响应集合中选取与射频链路(Radio Frequency Chains, RF Chains)相等的前多列作为模拟预编码矩阵;为了克服OMP算法中的伪逆运算复杂度较高的问题,结合矩阵分解和H9lder不等式简化了数字预编码的求解。仿真结果表明,在理想的信道状态信道条件下,当RF Chains的数量和数据流的数量之间的差距较小时,Improved-OMP算法可以获得更优的性能。Improved-OMP方案有效地降...     

毫米波大规模MIMO系统中基于智能搜索的混合预编码算法

为解决传统全连接结构毫米波大规模MIMO系统高硬件成本和实现难度大的问题,本文提出了一种基于智能搜索的部分连接结构混合预编码算法。该算法在基站端采用经典的迫零数字预编码,在模拟预编码部分单独设计模拟预编码矩阵,避免了数字、模拟预编码矩阵联合设计的高复杂度,并利用模拟预编码矩阵的块对角化特性,将其设计问题转化为最优化问题,采用SBO（satin bowerbird optimization）优化算法解决此问题。针对原始SBO算法易陷入局部最优的缺点,提出了一种基于动态突变概率的DSBO（satin bowerbird optimization based on dynamic mutation probability）算法。针对移相器分辨率有限的情况,改进了DSBO算法,使之能解决此离散优化问题。仿真结果表明,与其他现有算法相比,提出的算法具有更高的系统容量和更低的误码率,且能处理移相器分辨率有限的情况。      

基于时延线阵列的毫米波NOMA系统混合预编码设计和功率分配

针对传统毫米波非正交多址接入（NOMA）系统中高精度移相器复杂度高、功耗大的问题,将可进行连续相位调制的低复杂度、低功耗的时延线阵列引入毫米波NOMA系统,研究了该系统能效和谱效。首先,提出一种改进K-means算法对用户进行分组,每组用户采用NOMA技术传输信息;然后,设计了一种基于开关控制时延线阵列的低复杂度混合模拟数字预编码;最后,构建了一个在用户服务质量和系统总功率约束下优化发送功率的能效最大化问题,并提出一种基于Dinkelbach算法和交替优化的两层迭代算法。仿真结果表明,与传统基于移相器的结构相比,所提方案的系统能效和谱效分别提高了32.3%和10.7%。     

毫米波MIMO系统中基于正交码本的模数混合预编码算法

由于毫米波混频器件的高成本和高功耗,传统MIMO系统的数字预编码技术面临硬件复杂度过高的缺点,因而模数混合预编码吸引了学术界和工业界的广泛关注.基于此,提出了一种基于正交码本的模数混合预编码算法,该算法利用模拟波束成形码本的正交性,并行地设计各个射频链路的波束成形向量,显著降低了传统混合预编码设计中正交匹配追踪算法的计算复杂度,从而降低了硬件实现的复杂度.