莱斯信道下具有硬件损伤的多对双向大规模 MIMO AF 中继系统及性能分析

本文研究了莱斯信道条件下具有硬 件损伤的多对双向大规模多输入多输出放大转发(massive MIMO amplify-and-forward,MM-AF)中继系统,多对用户通过配置有大规模天线阵列的中继实现用户对内的信息交换,并分析了其频谱效率和能量效率。首先,考虑了硬件损伤对多对双向MM-AF中继系统性能的影响,并将其建模为发送和接收失真噪声。然后,给出了半双工中继(half-duplex relaying,HDR)和全双工中继(full-duplex relaying,FDR)模式下的迫零发送/迫零接收处理矩阵。最后,分别给出了两种模式下的信干噪比渐近表达式。理论分析和仿真结果表明,在中继天线数较大情况下FDR的频谱和能量效率优于HDR;随着信噪比的增加,两种模式下系统的频谱效率先增大后收敛于一个固定值;当中继天线数较大时,系统的频谱效率主要受限于用户处的硬件损伤而非中继处或其它干扰。      

一种基于空间预滤波的多点分布式协作传输模式

针对多天线无线MIMO系统性能往往严重受限于邻近小区其他用户干扰的问题,提出了一种源于分布在不同地理位置且与中心控制单元相连的多个射频接入点(或基站)通过网络协作向用户发送信息信号的下行传输结构,并给出了相应的信号传输模型,同时基于脏纸码和迫零联合处理策略研究了空间预滤波优化设计方法。通过性能分析可看出,该多点协作模式能有效地抑制邻近小区的同频干扰,获得的系统性能接近于理想单小区无干扰用户,与此同时,若增加收发天线数目则能明显改善系统频谱效率。     

全双工大规模MIMO异构网络频谱效率分析及优化

本文研究全双工大规模多输入多输出（multiple-input-multiple-output, MIMO）异构网络。推导了采用迫零（zero-forcing, ZF）预编码/检测方案的上下行渐近信干噪比（signal-to-interference-plus-noise ratio, SINR）的闭合表达式。根据理论分析,提出了基于几何规划（geometric programming, GP）的功率控制方案和基于部分用户选择（partial users selection, PUS）的跨层干扰消除方案,改善系统频谱效率。仿真结果表明,与传统方案相比本文提出的功率控制方案和跨层干扰消除方案能够显著提升异构网络的频谱效率。      

全双工中继协作下的认知MIMO系统吞吐量最大化研究

本文研究了全双工中继协作下的认知MIMO系统的平均吞吐量最大化问题。与传统的中继协作认知无线电系统不同的是,该系统模型中的双工中继节点既能协助认知用户源节点进行多天线频谱感知以提高频谱检测性能,也能解码转发认知用户源节点的发送信号以获得更大的系统吞吐量。为使系统平均吞吐量最大,首先,本文以认知用户能获得的最大平均频谱空洞被发现的概率为目标,对系统的帧结构进行优化以获得最佳的感知时间,接着对多个发送天线进行优化以选择出最佳的发送天线,并推导出了在总的发送功率和对主用户干扰受限条件下的认知用户源节点和双工中继节点的最佳功率分配方案。最后的仿真结果表明本文提出的系统模型和优化方案相比传统的双工等功率分配方案以及单工功率分配方案能够获得更大的系统平均吞吐量。      

一种多用户多中继MIMO通信系统迭代预编码方案

该文针对多中继MIMO通信系统多用户传输时的用户间干扰问题,提出了一种可以有效抑制多用户干扰的发射端与中继端迭代预编码的方案。该方案首先在中继端进行多中继联合的迫零预编码,然后将基站与多用户之间等效为一个点到多点的MIMO信道,采用最大化信漏噪比的预编码方法,在发射端进一步消除用户间的干扰,同时避免了噪声放大的影响,进而通过中继端预编码与发射端预编码的多次迭代,更好地保持了多中继并行传输引入空间分集所带来的性能优势,有效地抑制了用户间干扰,获得了更高的系统和容量。     

单中继多用户MIMO系统中继预编码新方案

针对单中继多用户多输入多输出(MIMO)通信系统中用户间干扰问题,提出了一种可以有效抑制用户间干扰的中继接收和预编码方案。该方案在中继端对信号进行迫零(ZF)接收,利用最大化信漏噪比(SLNR)准则设计中继端预编码向量,并针对难以获得最优解的情况,利用迭代解出次优解。仿真结果表明,与中继端ZF预编码相比,SLNR预编码更好地抑制了用户间干扰,相同和速率性能下,基站发送端功率比ZF预编码减少4 dB,具有实用价值。     

基于混合精度模数转换器的大规模MIMO-OFDM系统性能分析

该文对在接收端使用混合精度的模数转换器且采用迫零接收算法的大规模MIMO-OFDM系统的上行链路的频谱效率和能量效率进行了研究。采用加性量化噪声模型来对系统的性能进行分析,推导出整个系统的频谱效率和能量效率的近似闭式表达式,并通过仿真证明了表达式的正确性。研究结果表明,系统的频谱效率和每个用户的发送功率,接收端天线数目和接收端量化精度有关。数值和仿真结果还表明可以通过增加基站端的天线数量来补偿由低精度模数转换器带来的性能损失。     

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。     

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。     

3D MIMO在无线携能通信系统中的应用和优化设计

为了提高无线携能通信(SWIPT)的效率,在基站采用3维(3D)定向天线,通过动态调整天线下倾角,来开发垂直维度,从而增强SWIPT中能量和信息的传输效率。该文研究单小区多输入多输出(MIMO)SWIPT系统,基站和用户分别使用迫零(ZF)预编码和功率划分(PS)技术。构建以最小化发送功率为目标的优化问题,在信噪比(SNR)和获取功率的约束下,联合优化了天线下倾角,PS比和分配的功率。最佳PS比和最优功率分配以闭合表达式给出。仿真表明,所得到的优化解的性能优于具有可调下倾角的常规MIMO系统和不考虑垂直维度的2维(2D)方案。     

Relaying Schemes Using Matrix Triangularization for MIMO Wireless Networks

Multiple input multiple output (MIMO) relay networks are wireless communication systems comprising of multiple nodes, each of which is equipped with multiple antennas. Information theories have shown that using multiple nodes to simultaneously relay a message can improve the capacity of source-to-destination communications. In this paper, we propose new relaying schemes for MIMO relay networks. The major concept behind the proposed schemes is to transform each of the MIMO relay channels into an equivalent triangular channel with positive real diagonal entries. By doing so, the resultant MIMO relay channel can simultaneously offer both distributed array gain (diversity gain obtained among relay nodes) and intranode array gain (diversity gain realized by multiple antennas of individual relay node) while maintaining the maximum spatial multiplexing gain (number of parallel data pipes). Based on this concept, three relaying schemes are derived that perform QR decomposition and phase control. Numerical results confirm that at least one of the proposed schemes outperforms the amplify-and-forward and the zero-forcing relaying schemes under various conditions. Moreover, we show that ratios of noise power level at relay and destination node have a great impact on capacities.     

基于联合用户分组及天线选择的大规模MIMO波束成形

大规模MIMO系统中,当小区用户数与基站天线数较大时,各用户的信道条件不尽相同,提出一种适用于大规模MIMO下行链路的基于联合用户分组及天线选择的迫零波束成形算法。将用户分成两组,选择信道条件较优的一组用户来接收信号,并为每一个发送数据流选择最优的基站天线组合进行通信,以较小的性能损失,换取大规模MIMO 射频电路的成本与功耗的大幅度降低。仿真结果证明,该算法能够较好地实现系统性能与硬件复杂度的折中。     

全双工MIMO中继系统高性能的波束成型算法

为了更好地抑制全双工多入多出技术(MIMO)中继系统的自干扰,提高信息传输速率,提出了一种新型的波束成型组合算法。该组合在源节点和目的节点采用奇异值分解的波束成型向量,而在中继站采用基于最大化信干噪比接收波束成型来抑制中继端的自干扰,以及最大化信泄噪比发射波束成型矩阵来减少中继发送端泄漏到中继接收机的信号组合波束成型算法。为了降低复杂度,随后引入了交替迭代结构来进一步优化中继接收和发送波束成型矩阵,并比较了不同组合波束成型方案的和速率性能。仿真结果表明,与现存的波束成型组合相比,当干噪比较低时,提出的组合算法能够提供更优的和速率性能。     

基于成对用户大规模MIMO中继系统的频谱效率性能分析

该文针对成对用户大规模MIMO中继系统,在中继采用最大比合并/最大比发射（MRC/MRT）预编码方案下,利用大数定律,推导出系统频谱效率的闭合表达式,显式的描述了频谱效率与中继天线数、该文针对成对用户大规模MIMO中继系统,在中继采用最大比合并/最大比发射（MRC/MRT）预编码方案下,利用大数定律,推导出系统频谱效率的闭合表达式,显式的描述了频谱效率与中继天线数、用户对个数以及信源用户和中继发射功率的关系。基于此,分析了当天线数增大时,在用户对个数固定不变和等比例增长两种情况下,频谱效率的渐进性能和所能获得的发射功率增益。结果表明,当用户数固定时,频谱效率将随天线数呈近似对数增长规律;当用户数随天线数等比例增长时,通过调整比例值,可满足平均每个用户的频谱效率达到任意指定值,且无需额外发射功率消耗。最后,通过数值仿真验证了所推导的频谱效率闭合表达式的精确性以及所有渐进性能的分析结果。      

多天线无线数据通信系统中多用户分集的研究

研究当接收天线不少于发送天线时多输入多输出(MIMO)系统的多用户分集能力。首先从理论上分析了发送天线个数等于1和2时最大似然接收和迫零接收系统的平均吞吐量和调度增益,以及仿真分析了发送天线个数大于2时系统性能。理论分析和仿真表明：在多用户的MIMO系统中,接收的平均信噪比、用户个数、收发天线个数、接收机的结构等对于多用户分集有很大的影响。当发送天线个数为1时,接收天线较少(1,2,3)和平均信噪比为．10dB时调度增益很大,但调度增益随着天线个数和发送功率增大急剧下降。和最大似然接收相比,迫零接收具有更大的多用户分集增益,因此迫零接收机的吞吐量可以很容易超过最大似然接收机。     

Multipair Virtual Full Duplex Relaying with Massive MIMO

Wireless Personal Communications - This paper considers a massive multiple-input multiple-output (MIMO) aided multipair relay network with virtual full-duplex relaying, where multiple...     

On the energy efficiency of MIMO cooperative relaying networks

Cooperative relaying techniques can greatly improve the capacity of the multiple input and multiple output (MIMO) wireless system. The transmit power allocation (TPA) strategies for various relaying protocols have become very important for improving the energy efficiency. This article proposes novel TPA schemes in the MIMO cooperative relaying system. Two different scenarios are considered. One is the hybrid decode-and-forward (HDF) protocol in which the zero-forcing (ZF) process is operated on relays, and the other is the decode-and-forward (DF) protocol with relay node and antenna selection strategies. The simulation results indicate that the proposed schemes can bring about significant capacity gain by exploiting the nature of the relay link. Additionally, the proposed TPA scheme in the HDF system can achieve the same capacity as the equal TPA with fewer relay nodes used. Finally, the capacity gain with the proposed schemes increases when the distribution range of relay nodes expands.     

一种MIMO中继系统的自适应自干扰消除方法

为节省频率资源,全双工中继一般采用相同的频率接收和发射信号。由于收发天线之间无法充分隔离,接收天线容易受到自身发射天线的回波干扰。针对宽带全双工多输入多输出( MIMO)中继的自干扰问题,提出了一种基于梯度下降自适应算法的自干扰消除方法。该方法利用中继反馈的已知信号进行自干扰信道估计,并产生一个对自干扰信号的估计信号,从而在接收端将干扰抑制。仿真结果表明,该方法在自适应滤波器的跟踪性能、收敛分布和不同 MIMO 配置下的均方误差( MSE)性能等方面均取得良好效果。     

Performance analysis of space shift keying for AF relaying with relay selection

In this paper, we propose an amplify-and-forward multiple-input multiple-output (MIMO) relaying scheme, which combines space shift keying (SSK) with the best and partial relay selection. In this scheme, SSK transmission is considered by using the source (S) transmit antennas. Besides the direct link transmission, a relay, which is selected according to the best or partial relay selection techniques, amplifies the data received from S and forwards it to the destination (D). Theoretical error probability expressions of the proposed cooperative SSK systems are derived and an asymptotic diversity analysis is also performed to demonstrate the achievable diversity orders of the systems. It is shown that the proposed SSK systems outperform the conventional cooperative single-input multiple-output (SIMO) systems. It is also revealed that there is an interesting trade-off between SSK with the best and the partial relay selection in terms of error performance and complexity as in conventional cooperative SIMO systems. However, it is shown that the partial relay selection provides an almost identical error performance compared to the best relay selection with a considerably lower complexity when the number of relays is less than or equal to the number of receive antennas at D in the cooperative SSK system.