基于几何均值分解的可见光MIMO预编码优化设计

在可见光通信(VLC,Visible Light Communication)系统中，受发送信号非负约束和信道相关性较强影响，预编码后的等效子信道增益差异较大，现有的预编码需要迭代搜索等复杂的功率和比特分配算法来适配不同子信道。针对此问题，利用非线性判决反馈均衡检测器，提出基于几何平均分解的线性预编码，将信道分解成多个增益相同的子信道来提高误码率性能，避免了传统预编码中复杂的功率和比特分配问题，又基于最小均方误差准则进行功率分配，进一步提高了系统性能。最后仿真实验分析结果表明，所提两种方案均明显优于传统预编码，误码率性能获得了约8 dB～12 dB增益。     

一种基于嵌套晶格码的MIMO中继多用户矢量预编码设计

针对多输入多输出(MIMO)中继多用户系统的多址传输问题,为了提高系统可达速率和误码率性能,该文利用嵌套晶格码具有可达加性高斯白噪声信道容量的特性,设计一种基站和中继联合预编码的方法。基站端的嵌套晶格码结合矢量扰动(VP)预编码,以控制发送信号的功率。由于矢量扰动预编码和嵌套晶格码都存在相同的模运算步骤,因此在中继端的模运算抑制噪声功率的同时消除了冗余矢量。接着实现中继联合迫整数预编码方法,这种基站/中继混合预编码技术能够控制等效噪声功率,实现对蜂窝用户的有效信号传输。更进一步地,在给出整系数矩阵和扰动矢量矩阵的计算方法后,以最大化系统可达速率为目标对基站和中继的功率实现最优分配。实验结果表明,该方案在可达速率和误码性能方面优于现有方案。     

协方差反馈时空时编码系统的线性预编码设计

本文讨论了在空间相关的多输入-多输出(MIMO)系统中利用发射端已知的信道协方差矩阵最优设计线性预编码矩阵的问题。推导出最优的预编码矩阵的方向与发射相关矩阵和空时编码的结构相关,而最优的功率分配方案与发射相关矩阵、接收相关矩阵和空时编码都相关。仿真结果表明本文推导出的最优功率分配方案的性能优于平均功率分配和单方向波束形成方案。     

毫米波大规模MIMO-NOMA系统功率分配和混合预编码设计

针对基于非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)的毫米波大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)系统中边缘用户可达速率较低的问题，提出了一种联合功率分配和混合预编码的优化方案来保证边缘用户在内的所有用户都具有较好的速率性能。基于最大最小公平性准则，设定了一个含有复杂目标函数和高维非凸约束的优化问题。采用固定变量法将该非凸问题转换为功率分配和混合预编码2个子优化问题处理。对于功率分配的设计，通过卡罗需-库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker, KKT)条件得到了封闭形式下的最优功率分配系数；对于混合预编码的设计，提出了基于迫零(Zero Forcing, ZF)和压缩边界粒子群优化(Boundary Compressed-Particle Swarm Optimization, BC-PSO)算法相结合的求解方法，得到混合预编码的次优解。提出了一种交替优化算法来交替优化功率分配和混合预编码，直到满足设定的精度要求。仿真结果表明，该方案的最大最小速率优于传统的NOMA方案。     

基于门限控制的新型矢量扰动预编码方法

以下行多用户多输入单输出系统为例,分析了在发送端采用矢量扰动预编码时,信道矩阵的条件数大小对算法复杂度及其系统性能的影响。通过蒙特卡洛仿真发现,当信道矩阵的条件数较小时,硬性采用矢量扰动预编码所寻找出来的扰动矢量大多是零矢量,此时不恰当的扰动甚至可能增大信号发送功率,导致不必要的浪费。当信道矩阵的条件数较大时,采用格基约缩的方法可以降低搜索扰动矢量的复杂度。在此基础上,提出了一种基于门限控制的新型矢量扰动预编码方法,该方法相对于传统的完全不考虑信道特性的矢量扰动预编码,可以极小的性能损失换取计算复杂度的显著降低。     

总功率受限下的双向多中继系统功率分配方案

针对放大转发双向多中继协同通信系统,提出了一种基于最大化最小双向速率准则的功率分配方案。将功率分配问题分解为用户节点功率分配和中继节点功率分配两部分,首先通过将多中继节点信道等效为单中继节点信道,简化了用户节点功率分配,然后应用矩阵变换实现了分布式的中继节点功率分配,减少了反馈开销,降低了计算复杂度。仿真结果表明,提出的功率分配方案在系统双向可达速率和误码率两方面指标均优于现有双向中继功率分配策略,而且性能增益随着中继数目的增加而提升。     

一种基于动态功率分配的干扰对齐优化方法

干扰对齐是解决无线通信系统中同频干扰的有效手段,显著地提高了多小区MIMO系统的容量。为了解决常规干扰对齐算法只在空间域上对齐的不足,提出一种联合功率分配的干扰对齐优化方案。基于信道矩阵的弦距离计算和优化干扰对齐方案的预编码矩阵;然后在用户的各个数据流之间进行动态功率分配,使干扰进一步减小。仿真结果表明,相比已有的预编码矩阵设计方案,系统容量有明显的改进,降低了系统误码率,具有良好的工程适用性。     

一种基于特定干扰图样的下行多用户MIMO预编码方法

本文在研究线性迫零类下行多用户MIMO预编码方法的基础上,提出了一种适用于单天线用户的预编码矩阵生成方法.利用信道补矩阵的奇异值分解,可以将下行多用户MIMO信道分解为多个带有基于干扰图样产生的多用户干扰的并行单用户信道.同时本文给出了一种特殊的干扰图样以及相应的显式参数优化方法,包括波束成型和功率分配.通过计算机仿真,重点在4天线场景下分析了该预编码器的系统性能.结果显示,相对于线性迫零类算法,本文提出的预编码方法可以有效的提高系统性能.在Pout等于0.1时,相对于单天线的BD方法,PBIF-Rp将损耗信道容量提高了超过45%,而PBIF-Op提高了100%以上.仿真结果和分析都证明了本方法的进一步研究的潜力.     

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.     

频率选择性信道下多天线系统的空间线性预编码设计

研究了频率选择性信道下多天线系统的空间线性发射预编码设计问题.针对有循环前缀的块传输系统,通过理论分析指出,在频率选择性信道下设计空间预编码可以等效成现有的在频域为多个相邻频点设计相同的空间预编码,并可以通过凸优化方法对最优方案进行数值求解.为了降低计算复杂度,提出了一种以信道容量上界最大为目标的次优预编码算法.在进行等功率分配时,这种次优方法退化为现有的特征波束形成(EBF).针对非块传输系统,分析了EBF算法存在的问题,提出了一种基于串行搜索的EBF算法.仿真分析表明,这种方法在高信噪比下的性能明显优于EBF算法.     

人工噪声辅助MIMO系统下数据信号功率占比的误码率研究

针对多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）无线通信系统传输过程中的安全问题,提出了一种基于人工噪声辅助的安全传输方法。首先,建立人工噪声辅助MIMO系统的信道状态矩阵;其次,将信道状态矩阵进行奇异值分解,设计合理的预编码和人工噪声矩阵,从而显著提升MIMO系统的安全性。对于窃听节点的译码采用最大似然检测译码。仿真结果表明,利用MIMO系统信道信息的零空间矩阵,采用人工噪声进行信号加密,有效提高了潜在窃听节点的误码率,当合法信道质量降低时,通过降低分配数据信号功率系数来提高MIMO无线系统的窃听误码率。     

室内可见光通信中的自适应STBC MIMO-OFDM系统设计

提出基于空时块码（STBC）调制的自适应多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM）可见光通信（VLC）系统,该系统能够克服MIMO信道相关性并实现可靠通信。同时,引入功率比特分配（PBA）与OFDM相结合,以适应信道传输条件从而有效提高频谱效率。通过搭建一个22的MIMOOFDM VLC演示系统,实现了80 cm距离的传输,实验中测得的误码率始终保持在7%的前向纠错阈值3.810-3之下。实验结果表明,STBC MIMO-OFDM系统对MIMO信道相关性鲁棒,且PBA的应用能够大幅度提高数据速率。     

基于人工蜂群算法的毫米波大规模MIMO混合预编码设计

针对传统的毫米波大规模多输入多输出(Multiple-Input Multi-Output, MIMO)系统存在硬件成本高和系统开销大等问题,提出一种基于人工蜂群(Artificial Bee Colony, ABC)算法的部分连接结构的数字模拟混合预编码方案。数字域部分采用经典的迫零(Zero-Force, ZF)预编码,在此基础上,推算了实现系统可达和速率最大化时,其模拟预编码矩阵应满足的条件,并进一步利用ABC算法的思想,把混合预编码矩阵设计问题等效为随机搜索寻优问题,求得最优的预编码矩阵。针对传统的ABC算法探索与开发能力未能达到很好的平衡这一缺陷,又提出一种基于交叉操作的全局ABC算法的解决方案。通过理论分析和仿真结果表明,相比传统算法,所提出的算法在系统总速率与算法收敛速度等方面的性能都有所提升。     

使用对偶分解的MU-CoMP-JT联合资源分配

在MU-Co MP-JT(Multi-User Coordinated Multiple-Points Joint Transmission)联合资源分配问题中,传统的迫零预编码矩阵会使得每根天线发送功率互不相同,当Co MP节点发射功率仅满足总功率约束时性能损失不明显,而当Co MP节点分布在不同的地理位置时将受到单节点功率约束,这势必会降低系统功率利用率。为了进一步提升系统吞吐量,基于对偶分解理论提出了一种联合预编码优化的资源分配算法。该算法以最大化用户权重速率为目标,将原优化问题分解成若干个优化的子问题,不同子问题对应不同接收天线数的联合优化问题。当子信道的发送天线数大于接收天线数时,通过多次迭代计算得到预编码矩阵,并且预编码矩阵会随着拉格朗日因子的变化而变化。仿真结果表明所提联合预编码优化的联合资源分配算法能够明显提升系统吞吐量,且提高天线功率利用效率。     

有限反馈MIMO系统中一种基于双码本的功率分配与预编码方案

研究表明，有限反馈预编码能有效利用信道信息提高MIMO系统频谱效率，在此基础上，在发射端进行功率控制将使频谱效率得到进一步提升．为了最大化有限反馈MIMO系统的频谱效率，本文提出了一种基于自适应调制的功率分配与预编码方案．为了减少反馈量，该方案通过双码本方式来反馈预编码矩阵和功率控制矢量，并给出了一种基于K-均值聚类的功率码本设计方法．仿真结果表明，该方案的反馈信息量少，且获得了较好频谱性能。     

NOMA-VLC系统中最大化总和速率功率分配方法

非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)被认为是提高无线通信系统频谱效率的一种很有前途的技术。文中将NOMA技术应用于可见光通信(Visible Light Communication, VLC)中，提出了一种基于深度Q网络(Deep Q Network, DQN)强化学习算法的功率分配方案来解决可见光通信系统最大化总和速率优化问题，该方案充分考虑了用户的信道条件，能够提升系统总和速率，可为VLC系统的功率分配问题提供新的思路。仿真结果表明，所提算法比Q学习功率分配算法、增益比功率分配算法、随机功率分配算法拥有更高的总和速率，在用户数小于11的范围内，总和速率平均分别提升了6.28%、12.20%、51.36%。     

全双工目的端加扰安全传输系统中的天线模式切换

在包含一个单天线信源、一个单天线窃听者和一个多天线全双工目的端的无线窃听信道通信系统中,提出并解决了最大化可达安全速率的优化问题。为最大化全双工目的端加扰无线通信系统的可达安全速率,基于动态天线模式切换和最优功率分配技术,设计了一种两步走联合优化方案。具体地,基于全局信道状态信息,首先推导出最优功率分配因子的闭合表达式。结合最优功率分配因子闭合式,设计了一种基于贪婪策略的天线模式切换方案,分别得到最优的发射和接收天线集。仿真结果验证,采用本文所设计联合优化方案的全双工目的端加扰无线通信系统的安全性能远优于传统全双工目的端加扰无线通信系统。      

双向MIMO中继网络中采用信道独立预编码的自干扰消除技术

双向中继网络在提高频谱效率的同时会引入额外的自干扰,本文针对放大转发（AF）模式下双向多输入多输出（MIMO）中继网络中的自干扰抵消问题,从消除信道估计误差引入的剩余自干扰着手,提出一种采用信道独立预编码的盲干扰抵消（BIC）方案。新方案在源节点对信息进行行空间预编码,从而构建不依赖于MIMO信道矩阵的期望信号子空间和自干扰子空间,实现未知信道状态下自干扰抵消和期望信号分离,从而消除非理想信道估计带来的剩余自干扰信号。在此基础上,以最大化有效信噪比为目标设计最佳预编码,通过推导可达和速率的闭合表达式,分析不同方案下信道估计误差对可达和速率的影响。仿真结果表明,新方案在不同的信道估计误差下,能够实现完美自干扰消除,其检测性能和容量均优于基于信道估计的自干扰消除方案。      

感知无线电技术中的动态功率分配

在感知无线电系统中,基于信漏噪比(SLNR)的预编码由于同时消除了共信道干扰(CCI)和噪声而提高了系统性能。由于各感知用户的信道衰落不相同,信道质量的好坏直接影响了系统的性能,本文使用了一种动态功率分配算法,在SLNR预编码的基础上乘以功率分配系数,进一步改善系统性能。仿真结果说明采用动态功率分配后系统性能得到了进一步改善。     

MIMO系统中基于ZF/MMSE检测的自适应功率分配方案

 本文研究了MIMO系统中的功率分配技术.针对基于ZF/MMSE检测的MIMO系统,提出了一种简单的自适应功率分配方案.该方案在不使用预编码技术对MIMO信道进行对角化的前提下,遵循最小化系统BER的准则,为发送数据流分配发射功率.与采用SVD预编码的功率分配方案相比,本文提出的方法减少了系统需要的反馈信息量.仿真表明该方法能够有效地提高系统的BER性能,而且基于MMSE检测的系统性能接近于采用SVD预编码的功率分配性能.