基于信道反馈的MIMO-OFDM系统多用户分集研究

利用包含信道质量的反馈信息,多用户分集能显著提高无线通信系统的性能。然而,在多载波多天线(MIMO-OFDM)的架构下, 反馈所有用户的所有信道质量信息(CQI)将占据大量的无线资源,从而降低了频谱效率,因此各种有限信道反馈算法被提出来减少系统的反馈开销。该文主要研究了基于两种典型的有限信道反馈的多用户分集增益,并与理想反馈进行了对比。系统平均频谱效率数学表达式的推导考虑了可选调制方式有限的特性,更符合实际。仿真用于评估各种反馈算法下的多用户分集性能,其结果与理论分析相当匹配。并且只要恰当地选取反馈参数,有限信道反馈算法可以在不损失多用户分集增益的前提下,极大的降低反馈开销,这为设计实际系统的信道反馈提供了参考。     

QoS保证的无线系统资源分配和调度策略

该文研究了无线通信系统保证用户服务质量要求(QoS)的资源分配和调度策略,从信道遍历容量角度出发分析基于Round Robin (RR)和多用户分集/RR思想的调度策略,并提出一种性能更好的部分多用户分集调度策略。该策略将一帧分成若干子帧,子帧的大小以及当前用户集合由无线资源分配算法根据用户的速率要求确定,调度机在每个时刻将各子帧分配给当前用户集合中信道增益最好的用户。仿真结果表明,相比于RR调度和多用户分集/RR调度,部分多用户分集调度能够减少信道占用率并且提高平均信道容量。     

一种多用户辅助的TD-SCDMA下行信道估计方法

 在TD-SCDMA下行链路中,某一特定下行用户会收到所有下行用户的训练序列,利用这一特殊性,提出了一种多用户辅助的下行信道估计方法。该方法首先对同一时隙所有下行用户信道估计窗内的信息进行预处理,抑制由干扰(噪声)贡献的信道响应;然后将预处理后的各信道估计窗内的信道响应加权合并,增强当前用户信道估计窗内信道响应的信噪比。仿真结果表明,提出方法能有效改善TD-SCDMA下行链路的信道估计性能。     

空间相关信道下的交替多用户调度算法

针对多用户多输入多输出（MIMO）系统,研究了空间相关信道下的多用户调度问题。通过推导用户信道向量夹角的统计特征,分析了多用户调度算法对所调度用户间正交性的影响。分析结果表明在空间相关信道下现有基于串行搜索的调度方法在统计意义上降低了被调度用户之间的正交性,从而导致基于串行搜索的调度算法与最优的穷举搜索之间存在较大的性能差距。为了提高相关信道下多用户MIMO系统的性能,提出了一种基于交替搜索的多用户调度算法及其低复杂度实现方法。仿真结果表明,所提出的用户调度算法能够有效地弥补基于串行搜索的调度方法的性能损失,在空间独立信道和空间相关信道下以较低的计算复杂度获得接近穷举搜索的最优性能。      

非理想状态信息下SC-FDMA上行链路的信道调度

信道依赖调度(CDS)通过在信道里使用多用户分集和频率选择性来增加蜂窝系统的数据吞吐量,主要研究非理想信道状态信息(CSI)对CDS的影响。具体来说,当CSI有反馈延时,分析具有未编码自适应调制及CDS的上行链路单载波频分多址(SC-FDMA)系统的数据吞吐量。频域资源分配采用集中式和分布式的子载波映射方案。通过仿真可以看到在应用CDS时,集中式的子载波映射产生最高的总数据吞吐量,然而,当信道迅速变化时,集中式映射对CSI的质量以及信道容量增益的迅速减少非常灵敏。对于高机动性的用户来说,具有静态轮询调度方案的分布式映射更加合适。     

基于goodput优化的OFDMA系统资源分配算法

资源分配是OFDMA系统资源调度中的一个重要研究问题。针对OFDMA下行链路信道知识获取的现实误差问题,提出了一种基于实际吞吐量优化的资源分配算法。重点研究了功率和数据率在用户之间的分配问题,以往的很多分配算法通常是假设下行链路发射端具有理想信道信息,这与实际状况不符,同时根据部分信道信息得到的速率分配不被真实的信道支持,会造成传输的中断事件。算法考虑了信道估计的误差问题,将实际吞吐量goodput作为分配算法优化的依据。仿真结果表明,该算法获得了较好的多用户分集增益和实际吞吐量性能。     

基于干扰对齐的认知 MIMO 系统频谱共享与用户调度简

在认知MIMO多用户通信场景中,设计基于干扰对齐的信号处理算法,将认知信号与授权信号通过相互正交的子空间进行传输,实现认知用户对授权系统空闲空间信道的无冲突利用,并根据不同信道矩阵的空间传输性能的差异,实现合理的用户调度。仿真结果表明,所提方法能够有效利用空闲空间信道资源,获得多用户分集增益,在不影响授权业务的前提下提高认知用户的传输速率。     

一种基于阵列天线的联合检测信道估计新方法

本文研究了ＣＤＭＡ系统在采用阵列天线接收时进行多用户联合检测的信道估计算法。文中详细讨论了阵列天线分集增益对简化信道估计算法、结构和降低计算复杂度的原理和具体方法,分析了将阵列天线和多用户联合检测结合在一起时系统所具有的综合效能。仿真结果表明该算法是可行和有效的,为联合检测技术在三代系统中尽早实用化提供了参考。     

多用户辅助的TD-SCDMA下行信道估计方法浅析

对于多用户辅助的TD-SCDMA下行信道估计,主要结合UMTS-TDD上、下行链路的低代价信道估计方法,进行信道估计运算中的通信协议原理,在改进的基础上提出一种基于阈值处理的多用户辅助TD-SCDMA下行信道估计方法。该TD-SCDMA下行信道估计方法主要是通过下行信道通信过程中,同一时隙内的某一特定用户对于当前时隙内所有下行信道用户的训练序列进行接收的特征规律,在将同一时隙内所有下行信道用户信道估计窗内的估计值进行阈值后处理的情况下,对于阈值范围内的最优权值的计算求解,然后对于经过阈值后处理的用户信道估计值进行加权合并处理,最后计算出多用户下行信道窗内的最大信噪比,经过噪声滤除与估计误差改进,实现对于多用户辅助下的TD-SCDMA下行信道的估计运算应用。     

OFDMA上行系统中基于随机集理论的多用户信道估计

针对正交频分多址(OFDMA)上行系统,提出一种基于随机集理论的导频辅助多用户信道估计算法。该算法利用有限随机集合来建模和表示OFDMA上行系统中的用户状态、各用户对应的多径信道状态以及信道冲激响应等未知量,采用贝叶斯滤波理论来描述多用户信道估计问题,通过使用Rao-Blackwellized粒子滤波算法,实现了活动用户数和信道多径数动态变化情况下的多用户时变信道估计。计算机仿真结果证明了该算法的有效性。     

存在估计误差的有限反馈MIMO性能分析

考虑的是利用有限反馈技术的下行多用户多天线系统。接收端通过信道估计获得信道状态信息,采用随机矢量量化信道信息并反馈码子的序号,发送端利用部分信道信息,采用波束成型的预编码技术实现多用户数据传输。考虑接收端信道估计存在误差,并对由此带来的系统性能影响进行分析,给出吞吐率损失的上界,以及使有限反馈系统保持固定空分复用增益,信道估计误差方差的限制条件和反馈比特数随发送功率的变化关系。     

Multiple antenna MMSE based downlink precoding with quantized feedback or channel mismatch

In this paper, we consider the downlink of a multiuser wireless communication system with multiple antennas at the base station and users each with a single receive antenna. It is known that when channel state information (CSI) is available at the transmitter a large performance gain can be achieved. In a system employing time-division duplexing (TDD), CSI can be obtained at the base station if there is reciprocity between the forward and reverse channels. CSI can also be conveyed from the users to the base station via a limited-rate feedback channel in a frequency-division duplexing (FDD) system. In any case, channel estimation errors are inevitable due to the presence of background noise in the estimated signal and due to the finite number of feedback bits used in a limited-rate feedback system model. In this paper, we first consider the general case when partial CSI is available at the transmitter. We derive an MMSE based precoding technique that considers channel estimation errors as an integral part of the system design. Using rate-distortion theory and the generalized Lloyd vector quantization algorithm, we then specialize our results for the more practical limited-rate feedback system model. Compared to previously proposed precoding techniques such as channel inversion and regularized channel inversion, it is shown that the proposed precoding technique significantly improves the average bit error rate (BER) in the system. Furthermore, the performance of the proposed technique is investigated in the high signal-tonoise ratio (SNR) regime, and similar to [1], [2], it is shown that the proposed technique suffers from a ceiling effect that asymptotically limits the system performance.     

高速移动环境下基于动态CSI的MIMO系统改进模代数预编码

针对高速移动场景下信道快时变特性给多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）系统预编码带来的技术挑战,提出基于动态信道状态信息（Channel State Information,CSI）的MIMO系统改进模代数预编码（Tomlinson-Harashima Precoding,THP）算法.该算法利用信道统计量信息以及相关性构建动态CSI模型,更准确实时地体现当前信道状况;进一步地,提出一种基于循环遍历搜索的多用户调度算法,以最大化信干噪比为目标进行用户调度,且将多用户调度算法应用到THP中,提高了预编码精度.仿真结果表明,所提算法相比传统预编码算法具有更优的误码率性能和信道容量,验证了所提算法能有效地适应高速移动场景.     

基于SLNR准则的MU-MIMO下行链路的预编码与用户调度

在多用户MIMO（MU-MIMO）系统的下行链路中,为了降低用户端的处理复杂度,发射端预编码的设计对多用户MIMO系统的性能非常重要,基于信漏噪比（SLNR）准则的预编码技术由于同时考虑了共信道干扰（CCI）和噪声,提高了系统的性能,但基站同时服务的用户有限,基于信漏噪比最大的用户调度能够合理地选择用户,提高了多用户分级增益,使系统获得更高的系统容量和系统性能。仿真结果表明,基于SLNR准则的多用户预编码在系统容量和误码率方面要优于单一考虑CCI的迫零预编码（ZF）和单一考虑噪声的最大化每个用户接收到信号的信噪比预编码（MRT）。在采用SLNR预编码的条件下,信漏噪比最大的用户调度系统性比轮询调度和最大信道增益调度好,并且随着待选用户数的增多,不会给系统的调度策略带来很大的影响。     

基于部分信道信息的卫星多波束联合预编码优化方法

在现有的卫星多波束联合预编码技术研究中,普遍假设卫星发射机有理想的用户信道信息;遗憾的是,由于长距离信号传播延迟,这种假设并不适合于卫星移动通信系统,特别是地球同步卫星系统.为了解决这个问题,提出了基于部分信道信息的多波束协作传输方法;利用阴影-莱斯信道模型,本文导出了闭合形式的中断容量表示,给出了基于部分信道信息的多波束联合预编码优化算法,克服了现有方法的局限性.仿真结果表明,与传统的单波束频率复用方法比较,提出的方法大大降低了系统的发射功率.     

统计和瞬时CSI混合的3D MIMO预编码

本文针对分别具有统计信道状态信息（Channel State Information,CSI）和瞬时CSI的用户,研究了两类用户在三维多输入多输出（Three-Dimension Multiple-Input Multiple-Output,3D MIMO）系统中的下行链路传输模式,解决了混合利用统计和瞬时CSI的下行预编码的设计问题。利用3D MIMO信道的克罗内克积的性质,提出了一种用于最小化基站总发射功率的扩展迫零预编码的方法,并分别求解其最优水平预编码矩阵和最优垂直预编码矩阵。仿真结果表明,该方案具有更低的复杂度和良好的速率。      

Transmission Scheme for 2D Antenna Array MIMO Systems with Limited Feedback

Three-dimensional (3D) multiple-input multiple-output (MIMO) systems exploit spatial richness and provide another degree of freedom to transmit signals and eliminate spatial interference. Currently, however, there is no 3D codebook for two-dimensional (2D) antenna array MIMO systems with limited feedback. In this paper, based on the existing 2D codebook, we present a limited feedback and transmission scheme for 2D antenna array MIMO systems. In this scheme, the mobile station (MS) has imperfect channel knowledge, and the base station (BS) only acquires partial information relating the channel instantiation. MS must feed back two channel state information (CSI) instances, i.e., the horizontal and vertical CSIs. After receiving the two CSI instances, the BS interpolates a new vertical precoding vector using the vertical CSI. Then, the BS re-constructs a 3D beamforming vector using horizontal and vertical precoding vectors and compensates the reported horizontal channel quality indicator. System level simulation is employed, and the simulation results show that the proposed method improves the system spectral efficiency and the cell-edge SE significantly.     

多波束移动卫星系统的自适应开环预编码方法

对于卫星移动通信系统,由于卫星与地面终端之间的相对运动以及星地间传输延迟,传统的基于理想信道信息的预编码方法是不适用的。针对这一问题,提出了一种基于开环信道估计的预编码方法。卫星端利用开环获取的部分信道信息实现多波束联合预编码,并导出了系统传输速率的闭合解析表达式。此外,为了克服强干扰环境下多波束预编码系统性能恶化问题,提出了一种自适应预编码传输方法。卫星发射机依据开环获得的慢时变用户位置信道信息和信道统计量信息,自适应地选择预编码方法或传统频率复用方法,实现最优的系统性能。理论分析和仿真结果表明,与传统的干扰抑制方法相比,所提方法能实现更优的系统性能,同时也克服了传统预编码方法的局限性。     

Enhancing secrecy capacity of multi‐relay wiretap systems with partial channel state information

Distributed precoding has provento be capable of enhancing the secrecy capacity of the multi‐relay wiretap system. An iterative distributed precoding and channel state information (CSI) sharing scheme can be used to reduce the CSI overhead at each relay node. However, in practical applications, the CSI of each relay node cannot be perfectly known to themselves, especially that of the relay‐eavesdropper channels. Thus, partial CSI for the relay‐eavesdropper links is assumed, and the corresponding distributed precoding and CSI sharing schemes are investigated. Under the assumption that the average value of the relay‐eavesdropper channel is known at each relay node, an extended iterative distributed precoding and CSI sharing scheme is proposed. Simulation results demonstrate that with the increase of the power ratio of the constant part to the random part of the relay‐eavesdropper channels, the proposed scheme with partial CSI performs increasingly close to the one with perfect CSI in secrecy capacity. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Cross layer design of uplink multi-antenna wireless systems with outdated CSI

This letter studies the performance of uplink cross layer design for multi-antenna systems with outdated channel state information (CSI). We consider a multi-user system with one base station (with n/sub R/ receive antennas) and K mobile users (each with single transmit antenna). The multi-user physical layer is modeled based on information theoretical framework and the cross layer design can be cast as an optimization problem. In view of the high computation complexity in the optimal solution, we propose a low complexity genetic algorithm as suboptimal solution. We found that with outdated CSI, there is significant degradation in the spatial multiplexing and multi-user diversity gain due to potential packet transmission outage as well as misscheduling. To address the poor performance in the presence of outdated CSI, we propose two simple but effective empirical solutions, namely the rate quantization and rate discounting, to tackle the packet outage problem. For instance, it is well-known that rate quantization imposes system capacity loss in systems with perfect CSI. However, we found that rate quantization can enhance the robustness of system capacity with respect to outdated CSI.