3D MIMO系统下水平和垂直维联合预编码的研究

第五代(5G)移动通信网络将会在很大程度上提高无线通信的速率。由于多入多出系统(MIMO)能够满足5G网络中对信息速率越来越高的要求,现在正受到广泛的关注。然而,传统意义的二维(2D)MIMO技术仅仅能控制水平维的波束。为了满足5G的需求,需要引入能同时考虑水平维和垂直维波束的三维(3D)MIMO技术。本文基于3D MIMO信道模型,在分析3D MIMO信道相关性的基础上,针对发射相关和接收相关矩阵在水平维和垂直维的分解,提出了一种利用3D MIMO信道相关性的有限反馈预编码方案。并在此基础上,结合2D MIMO信道下的DFT码本和Grassmannian码本,提出了两种新的3D MIMO信道下的码本。实验结果表明,提出的3D MIMO预编码方案整体性能优于传统2D MIMO和现有的3D MIMO预编码方案。在3D MIMO系统中,由于可以动态调节天线的下倾角,故充分发掘了空间三维自由度。3D MIMO预编码技术减小小区间干扰,增加了系统容量,有效地提高了整个通信系统的性能。      

基于码本的有限反馈非酉矩阵预编码多用户MIMO系统

该文提出了一种基于码本的有限反馈非酉矩阵预编码下行多用户MIMO系统。该方案根据用户反馈的信道信息SINR在发送端进行调度和预编码来提高系统容量。预编码的码本设计依据格拉斯曼空间装箱原理,并将码本中的向量按其相关性构成非酉矩阵来提高预编码增益和抑制多用户共道干扰。新方案反馈量少、复杂度低,在相同情况下比传统的单用户MIMO系统和基于码本的酉矩阵预编码多用户MIMO系统都具有更好的性能。     

基于Khatri-Rao积的3D MU-MIMO预编码方法

为了解决下行三维(3D)多用户(Multi-User,MU)多输入多输出(MIMO)系统中的共信道干扰问题,提出了一种基于Khatri-Rao积的3D预编码方法。该方法首先产生离线码本,然后各用户分别选择与水平维和垂直维信道最匹配的的码字并将其反馈给基站端,最后,根据提出的KhatriRao积基站端构造3D预编码矩阵,对不同用户数据进行处理。理论分析和仿真结果表明,该方法可有效地匹配真实信道状态信息(CSI),而且可有效地抑制共信道干扰,提升系统误码性能,对系统的性能优化有一定的参考价值。     

Rician信道下基于信道均值信息的自适应反馈方案

在多天线多用户下行系统中,当信道为莱斯(Rician)衰落时,基于瑞利(Rayleigh)信道假设设计出的有限反馈方法将会导致系统反馈开销的浪费。该文提出了一种适用于Rician信道的自适应反馈方案。该方案根据各用户信道的均值信息计算出相应的信道方向分布函数,然后利用其函数设计判决门限来调整各用户的量化反馈码本,使各用户量化码本中的码字矢量更加集中在用户信道矢量方向周围。另外,该方案可以自适应于不同的信道分布,在保证一定的量化误差下,根据信道均值的大小自适应调节各用户的反馈比特数,显著减少了用户的反馈量。仿真结果表明,与基于Rayleigh信道假设的有限反馈方案相比,该文提出的自适应反馈方案在不降低系统的吞吐率性能的前提下显著降低了用户的反馈开销。     

基于零向波束形成和旁瓣抑制的MIMO-OFDM系统码本设计

MIMO系统可提高通信系统的容量和频谱的利用率,支持高速数据传输,是下一代无线传输系统的关键技术。在MIMO系统中,当发射端已知信道状态信息时,利用有限反馈的预编码可提高系统的性能。已有的码本设计方法,有的实现较为复杂,有的受到信道的限制。根据零向准则波束形成器的原理,结合降低天线副瓣的方法,实现了一种MIMO—OFDM系统预编码码本的设计。将此码本用于MIMO—OFDM系统有限反馈的预编码中,经仿真结果验证了码本设计方法的有效性。该码本的设计复杂度低,具有较好的性能。     

3D大规模MIMO系统中莱斯信道下的传输方案

针对三维(3D)大规模多输入多输出(MIMO)系统中莱斯信道模型,通过研究分析获得简单易行、频谱效率高的传输方案。考虑到莱斯信道中的散射信道获取较为困难,而视距信道获取较为容易,仅利用视距信道进行传输方案研究。首先通过用户调度算法解决了相邻用户之间干扰过大的问题,从而提升了系统的和速率;接着充分利用3D MIMO系统中水平和垂直维度的特点,采用域选择的预编码方法消除不同用户间的干扰并最大化信噪比,进一步提升了系统和速率。经过仿真验证,提出的3D大规模MIMO传输方案比以往方案具备更大的频谱效率。     

基于协作认知网络的虚拟MIMO信号及干扰分布特性研究

提出了一种在无线认知网络中主从用户协作的虚拟MIMO传输方案,给出了虚拟MIMO信号和系统干扰的互补累积分布函数的紧致上下界及其渐进分布,理论推导和数值仿真证明了上下界具有相同的渐进分布特性.仿真结果显示虚拟MIMO技术增强了主用户的抗干扰性能.     

基于信道质量干扰比量化准则的有限反馈波束形成

波束形成技术是MIMO无线通信系统的关键技术之一,它能够使系统有效性与可靠性都得到显著地提高,但它需要系统所有在线用户反馈其全部瞬时变化的信道状态信息,这将使拥挤的无线频谱资源更加紧张.为了降低系统所需的反馈量,本文结合LTE系统MIMO下行链路环境,将采用DFT基码本对信道状态信息进行量化,仅需要用户给基站反馈其最优码本索引;同时本文也首次提出基于信道质量干扰比为量化准则的一种新波束形成方案,并给出了质量干扰比的详细计算公式.此量化准则能够兼顾到量化信道的质量信息和子信道之间的互干扰信息,比传统的量化准则更具优良的性能.仿真结果表明,本文提出方案不仅可以明显降低系统反馈量,而且其性能超过随机波束形成,尤其在低信噪比场景下甚至优于特征波束形成的系统性能.理论分析和仿真验证表明本文方案是一种比较好的波束形成方案.     

MIMO系统在慢衰落信道中的实用反馈方案

提出了一种可变码长编码方式,其应用于慢衰落信道中的基于有限反馈迫零预编码的多用户MIMO系统.该方案利用了慢衰落信道中每个配置单天线的用户连续两次从码本中选择的量化信道矢量的相关性来对码本进行有效编码,从而减少了需反馈的统计平均比特数,节省了信道带宽.在满足一定条件的慢衰落信道中,在需要反馈的比特数相同的情况下,新方案比应用基于量化的天线合并算法每用户多天线的多用户MIMO系统在信道总容量方面具有更好的性能,且该编码对应于二叉树形结构的叶子,故基站可自动识别其编码,可用于实际的通信系统之中.     

基于矢量线性运算的自适应球帽差分反馈算法

信道时间相关多输入多输出(MIMO)系统中一种重要有限反馈策略为差分反馈,该文提出一种适用于单用户多输入单输出(SU-MISO)系统的自适应球帽差分反馈算法。首先,运用相邻时刻信道间的扰动规律设计自适应差分反馈策略;其次,不同于现有差分码本的非线性构造方法,提出一种基于矢量伸缩和合成的球帽差分码本算法;最后,联合球帽码本空间分布规律和时间相关信道的统计规律推导出球帽半径计算方法。仿真结果说明,该算法能准确跟踪信道并较现有算法有一定性能提高。