基于矢量近似消息传递的智能反射面辅助毫米波信道估计

毫米波属于一种典型的视距传输方式,其受大气吸收影响严重。针对毫米波的非视距传播受限,该文通过智能反射面(IRS)辅助毫米波通信,提出结合Khatri-Rao积的矢量近似消息传递(KR-VAMP)算法来提高毫米波通信系统的信道估计质量。该算法基于Khatri-Rao积将级联信道问题转换为稀疏信号恢复问题,并结合VAMP的矢量和迭代阈值算法的优势,使得整个IRS辅助毫米波系统在减少训练迭代次数的同时,降低了整个系统的信道估计误差。最后通过仿真结果对比,分析了各变量对信道估计的均方误差(MMSE)的影响,以及MMSE随着迭代次数的收敛情况,验证了此算法对比其他近似消息传递(AMP)算法具有更好的性能。     

有无源智能反射面辅助无线系统信道估计

毫米波在非视距链路传播中损耗严重,为了进一步提高信号的覆盖范围及传输准确性,提出了一种基于少量有源元件的智能反射面(intelligent reflecting surface, IRS)辅助无线通信的信道估计方案。考虑基于少量能够接收处理信号的有源元件辅助信道估计的模型,利用毫米波信道的稀疏性,通过原子范数最小化(atomic norm minimization, ANM)将信道的相关角度参数转化为空间频率,再通过多信号分类算法降维估计相关角度、深度神经网络简化获取信道状态信息(channel state information, CSI)过程、奇异值分解优化波束成形等方法的优势相结合来估计信道参数,最终获取UE-IRS、IRS-BS的单独信道状态信息。仿真结果表明,所提方案在较低的有源元件开销下,有效降低了信道估计的归一化均方误差。     

IRS辅助的多天线系统下行链路低复杂度信道估计

智能反射面(Intelligent Reflective Surface,IRS)是未来6G通信增强网络覆盖和信道容量的潜在技术之一.然而由于智能反射面的无源设计使得大量的反射单元不具备发送、接收或处理信号的能力,对下行链路低复杂度的信道估计造成较大挑战.考虑IRS辅助的多天线系统下行链路信道估计,采用Gauss-Se...     

智能反射面辅助的毫米波MIMO系统波束成形设计

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS),也被称为可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)或大型智能表面(Large Intelligent Surface, LIS),通过重新配置无线通信传输环境,可以有效提高通信质量。考虑IRS辅助的毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)下行系统,通过采用流形优化(Manifold Optimization, MO)技术处理,协同优化IRS的无源波束成形、功率分配、预编码矩阵以及合并矩阵,以最大化多用户和速率。由于利用流形优化算法设计的最佳目标函数是非凸的,因此利用毫米波级联信道的内在结构,将非凸问题转换为更加容易处理的问题。仿真结果表明,所采用的MO方案能获得比最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)方案以及随机相位方案更好的和速率性能。     

室内毫米波3D-MIMO无线信道参数提取与多径簇特性研究

针对室内多用户场景毫米波三维多输入多输出（Three Dimensional Multiple Input Multiple Output,3DMIMO）无线信道测量不足、多径簇特性描述不完善的问题,本文基于测量研究室内毫米波3D-MIMO无线信道的参数提取算法和多径簇特性.首先,对室内多径传播条件下部署三个用户,开展了基于虚拟阵列的不同天线阵列大小的无线信道频域测量;然后,针对频域空间交替广义期望最大化（Frequency Domain Space-Alternating Generalized Expectation Maximization,FD-SAGE）算法不能描述3D-MIMO信道垂直域角度特性,以及时延分辨率不足的问题,改进算法增加了垂直维度,并且利用参数优先级迭代方法,提升毫米波3D-MIMO信道的时延域参数提取性能.结果表明改进算法既能准确地提取出毫米波3D-MIMO信道参数,又能实现随阵列大小增加而增加的多径簇内时延分辨率.     

MIMO通信模型下的相关矩阵组低复杂度设计

矩阵组常用于无线通信中的数据表示.在多输入多输出(Multiple?Input Multiple?Output,MIMO)通信模型中,基站利用信道数据设计适应信道的最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)均衡器接收矩阵组,以低复杂度地处理来自多用户的上行数据.首先分析了矩阵数据的关联...     

双智能反射面辅助的毫米波系统和速率最大化研究

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)作为一种低成本的无源设备,它能够智能地控制无线传播环境。考虑一种双IRS辅助下行毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统,通过联合优化两个反射面的反射相移矩阵和基站预编码矩阵,最大化多用户和速率,同时满足发射功率约束以及IRS反射系数的模一约束。由于两个反射面之间存在反射链路,优化问题中的优化变量高度耦合,因此采用交替优化对原问题进行解耦,子问题中分别采用流形优化和最小均方误差方法来求解。仿真结果表明,所提方案获得了比现有块坐标下降方案以及随机相位方案更好的和速率优势。     

双智能反射面辅助的感知通信一体化波束赋形与相移优化

部署智能反射面可有效解决基站与部分通信用户或潜在目标之间直接链路很弱的问题,但由于单个智能反射面的覆盖范围有限,因此研究了双智能反射面辅助的感知通信一体化系统。为了减小信道训练开销,使用了统计信道信息。建立了通过联合优化基站的发射波束赋形与智能反射面的相移,在保证通信用户遍历容量的最低要求下最大化波束图增益的问题。将该问题转化为3个子问题来解耦发射波束赋形与两个智能反射面的相移,进而提出用基于半定松弛的交替优化算法来求解问题。相较于单智能反射面场景,部署双智能反射面得到了超过两倍的波束图增益。     

智能反射面辅助通信中的信道估计方法

信道信息对于智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)辅助的通信系统十分关键。由于IRS反射单元的数量十分巨大,信道估计和信道反馈的开销一直制约着IRS辅助的通信系统的性能。为解决这一难题,介绍了IRS辅助的通信系统中信道的特性。不同用户共享同一基站(Base Station, BS)-IRS信道,而BS-IRS-用户串联信道具有很强的关联性。基于这一特有的信道特性,提出了IRS辅助的通信系统上行信道估计方法、下行信道估计和信道反馈方法;理论性地刻画了以上方法所需要的最小信道估计开销和信道反馈开销,以揭示所提方法在IRS辅助的通信系统中相对于传统信道信息获取方法的巨大优势。     

一种结合雾计算的车辆通信网络碰撞避免TDMA MAC协议

智能交通系统的产生和发展对车辆通信的介质访问控制(Medium Access Control,MAC)协议提出了更高的要求.被广泛使用的基于信道竞争的载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access,CSMA)协议存在不确定时延问题,基于时分多址(Time Division Multiple...     

基于生成对抗网络的RIS辅助系统信道估计算法

针对可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助的通信系统中难以获取准确信道状态信息(Channel State Information, CSI)的问题,提出一种基于条件生成对抗网络(conditional Generative Adversarial Network, cGAN)的深度学习算法,用于实现可重构智能表面辅助单输入多输出(Reconfigurable Intelligent Surface assisted-Single Input Multiple Output, RIS-SIMO)系统的上行信道估计。采用最小二乘(Least Squares, LS)估计算法进行信道的粗估计,进一步设计cGAN将信道估计问题建模为低分辨图像到高分辨图像的恢复问题,通过设计网络结构和改进损失函数来提高信道估计的精度。仿真实验表明,相比传统的LS算法以及基于卷积的深度残差网络(CNN based Deep Residual Network, CDRN)估计算法,所提算法具有更高的估计精度,且可以适应更少导频数目和更复杂的应用场景。     

非对称毫米波大规模MIMO系统信道特性研究

为了满足下一代无线通信的需求,基于最近提出的非对称毫米波大规模多输入多输出(multipleinput multiple-output, MIMO)系统架构,研究了非对称毫米波大规模MIMO系统信道特性——信道非对称性. 根据非对称毫米波大规模MIMO系统架构和影响毫米波信道非对称性的主要因素,提出了刻画上下行信道非对称性的新参数——非对称因子. 同时利用实验室自行研发的射线跟踪平台对非对称毫米波信道进行仿真分析. 结果表明,基站收发天线阵列配置不同是导致信道非对称性的根本原因,复杂的传播环境使得这种非对称性更加突出,严重情况下室内场景非对称因子可达到?30 dB左右. 同时室外视距(line-of-sight, LoS)和非视距(non-line-of-sight, NLoS)场景下的非对称因子累积分布函数(cumulative distribution function, CDF)与高斯分布拟合程度较好,而NLoS场景下明显比LoS场景下的非对称因子小. 因此,非对称因子能够直观地描述出不同场景中上下行信道的非对称程度,而且非对称毫米波大规模MIMO系统也应以场景为导向进行信道特性分析.     

智能反射面辅助的太赫兹卫星通信鲁棒安全波束成形算法

本文针对智能反射面辅助的太赫兹卫星通信系统，提出一种基于用户非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形算法，以提升系统的物理层安全性能.首先，在智能反射面辅助的太赫兹卫星系统采用多播传输技术向多个合法用户发送信号，并且在其覆盖区域内存在多个窃听者的场景下，建立以卫星发射功率最小化为目标函数，合法用户的可达速率和可达安全速率满足要求为约束的联合优化问题.其次，考虑到非完美信道状态信息导致可达速率和可达安全速率均为非凸的概率约束，提出采用二阶泰勒展开和S程序方法对其进行转化，并进一步通过半正定规划完成智能反射面的相移矩阵和卫星发射功率的联合优化设计.最后，计算机仿真验证了所提算法的有效性和优越性.     

智能轨道交通中无线通信技术应用与展望

鉴于无线通信系统是轨道交通智能化升级改造的关键,首先分析了轨道交通无线通信的特征和面临的挑战,在此基础上,结合机器学习、毫米波、D2D通信等新兴的信息技术,提出了基于机器学习的信道建模方法、基于生成对抗网络(Generative Adversarial Network,GAN)的信道估计、毫米波波束切换和动态功率分配方案以及基于多智能体深度强化学习智能频谱共享方案,为智能轨道交通中无线通信应用提供解决方案;最后,展望未来智能轨道交通中无线通信技术的发展方向。     

超大规模智能反射面辅助的近场移动通信研究

超大规模智能反射面(Extremely Large-scale Intelligent Reflecting Surface, XL-IRS)是未来6G通信系统的一个关键备选技术,其可以通过调节信号的反射来实现无线传播环境的智能可重构,从而大幅提升未来通信系统的性能。不同于现有研究工作主要关注于远场通信的小规模IRS,考虑建模更加准确的XL-IRS辅助近场通信场景。指出XL-IRS辅助通信系统中考虑近场信道模型的重要性,介绍XL-IRS系统中的近场信道建模,指出近场信道模型下的通信性能极限。从基站波束对准、XL-IRS波束训练以及波束跟踪三方面详细阐述XL-IRS辅助通信的波束管理设计方法,针对XL-IRS辅助的通信感知一体化(Integrated Sensing and Communicatioin, ISAC)的场景,详尽讨论其在近场通信的关键设计难题以及有前景的解决办法。     

MIMO雷达近场成像校准与互耦合补偿方法

毫米波频段的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）因拥有良好的方位向分辨率而受到广泛关注,同时在发射端和接收端采用多根天线多输入多输出（Multiple?Input Multiple?Output, MIMO）的方式可以极大提高信道容量。然而MIMO?SAR图像重建计算较为复杂,且多个通道间幅相不一致和相互耦合容易导致图像出现伪影,严重影响成图质量。基于此,本文对引入非均匀快速傅里叶变换（Nonuniform Fast Fourier Transform, NUFFT）简化的距离迁移算法（Range Migration Algorithm, RMA）成像算法进行了研究;在分析扫描架运动抖动对相位影响的基础上,探究了通过照射金属反射面的MIMO阵列校准方法,实现了192个通道的同时校准;并搭建了毫米波SAR系统实验平台,对伪影消除、成像分辨率等开展了验证实验。实验结果实现了图像重构,成像分辨率达到了2 mm,完成200 mm×200 mm孔径扫描时间缩短至120 s。     

可重构智能表面中低复杂度毫米波信道估计算法

针对可重构智能表面(RIS)辅助的大规模多输入多输出(MIMO)毫米波系统中信道估计复杂度高的问题,该文提出一种低复杂度的信道估计算法。在该方案中,将RIS部分元素连接射频(RF)链,分离估计基站/用户和RIS之间的信道,分开获取信道有助于提升用户移动性场景下信道估计的灵活性。在所考虑系统中,首次使用低复杂度的2维快速傅里叶变换(2D-FFT)算法对角度进行估计,并考虑信号补零以获得更加精准的角度估计值,最后利用信号2维空间谱的谱峰和其对应的辐角得到路径增益估计。仿真结果表明,该算法达到了优良的信道估计性能,且在确保信道估计性能的系统参数设置下,该算法具有压倒性的复杂度优势。     

智能反射面辅助的毫米波系统性能

毫米波通信具有丰富的频谱资源,可以支持多千兆的无线接入,但是毫米波通信具有非常高的路径损耗,容易发生阻塞现象,尤其是在密集的城市环境。为了解决这一问题,引入了智能反射面(IRS)这一新技术,来增加反射路径,提高毫米波通信的性能。主要探讨IRS辅助下的毫米波系统,推导出引入IRS的平均可达速率,并对比分析了这一技术与传统放大转发(AF)中继系统的性能差。分析表明当反射元件的数量达到一定值时,IRS系统的平均可达速率高于AF中继系统。并且得到了反射元件的最优值,来使IRS系统的能量效率最高。仿真验证了推导公式的正确性,并显示,当反射元件的数量取最优值时,随着可达速率的增大,系统的能量效率增大。     

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...     

卫星时变MIMO信道下的传输策略

多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术是提高卫星通信频谱效率的关键手段之一.为了应对卫星MIMO信道存在的信道退化、信道模糊等现象,提出了一种基于Keyhole信道模型的迫零(Zero-Forcing,ZF)传输策略.通过预编码将每路数据流分别调整到其他数据流的发射信...