基于混合空时编码的地空协同通信多波束MIMO系统设计研究

随着B5G/6G新一代移动通信技术研究的深入,5G商用化进程的落地,通常以混合空时编码、大规模天线阵列等关键技术为核心来构建高速率传输的地空协同通信系统.为了保障地空大容量高速可靠性通信传输,研究和设计基于空时编码的射频收发系统以及高增益、窄波束大规模阵列波束天线显得尤为重要,对基于混合空时编码算法对地空通信大容量、高...     

分布式MIMO 系统的迭代空时检测算法

针对未来无线通信系统中广义分布式天线阵的架构,提出了一种适用于分布式多输入多输出（MIMO） 系统的LST-STBC 空时编码方案．该方案通过具有差错控制编码的分层空时（LST）结构与基于正交设计的分组空 时码（STBC）的有效结合,同时获得了分集和复用增益．针对提出的空时编码结构,接收端采用基于软干扰抵消和 最小均方误差（MMSE）的迭代检测算法,通过检测和译码软信息的迭代,有效降低了系统的误码率．仿真结果表 明,文中提出的基于接收端迭代检测的空时编码方案能有效提高分布式MIMO 系统的传输速率和传输质量．     

一种大规模MIMO系统中STBC迭代接收机算法

针对大规模MIMO中的空时分组编码(STBC)系统的接收机复杂度随天线数指数增长的问题,提出一种基于EM算法的低计算复杂度的最大似然(ML)接收机。利用STBC和OFMD调制的正交性,避免了矩阵求逆运算;采用步骤E与步骤M迭代处理的方式,极大降低接收机复杂度。基于信道特性提出EM算法初始化方法,达到减少迭代次数进而降低接收机复杂度和提升性能的目的。与之前的决策反馈的非迭代接收机相比,该迭代接收机性能显著提高,在具有快衰落的典型无线信道中,其计算复杂度接近ML接收机,适合实时实现。     

基于差分空时编码的OFDM系统的性能仿真

结合差分空时分组码(DSTBC)技术,对MIMO-OFDM系统中的性能进行了研究。在IEEE 802.16d室内多径环境下,对使用2根发射天线和1根接收天线的MIMO-OFDM系统进行了深入研究。在发射端和接收端,差分空时分组编码和解码技术应用在MIMO-OFDM系统中。为了比较,对使用空时分组编码(STBC)技术MIMO-OFDM通信系统的性能也进行了讨论。     

大规模MIMO系统研究进展

随着无线通信技术的快速发展和智能手机的迅速普及,人们对数据传输速率提出了更高的需求。为进一步提高数据传输速率,通过增加基站天线数目构建大规模MIMO系统,是一种高效而相对便捷的方式。大规模MIMO系统能深度发掘空间维的自由度,使得基站能够利用同一时频资源服务于多个用户。本文探讨了大规模MIMO系统的导频污染问题及解决方案、适用于大规模MIMO系统的信道模型以及低复杂度的传输技术与实现方法三项关键技术。与现有MIMO系统相比,大规模MIMO系统能显著提高频谱效率、能量效率和系统的鲁棒性能。作为第五代移动通信（5G）最具潜力的研究内容之一,大规模MIMO无线通信技术已引起国内外的广泛关注,但相关研究工作尚处在起步阶段,还有大量的技术难点需要进一步突破。     

基于正交空时块编码的MIMO自由空间光通信

合适的编码方案可以减小通信系统的误码率,在自由空间光通信中显得尤为重要.空时编码技术是一种空间域和时间域相结合的分组编码方式,它能有效抵抗衰落,改善系统的误码性能.文中首先将Alamouti空时码的正交性和Q-PPM调制技术相结合,提出了一种适合于强度调制/直接检测式光通信的编码方法.其次分析了该系统在无衰落无背景辐射、有衰落无背景辐射、无衰落有背景辐射和有衰落有背景辐射时的误码性能.最后,通过Monte-Carlo仿真实验进一步证明了该理论的正确性.结果表明:采用该编码方法不仅能实现1速率传输,而且能有效抵抗衰落,克服大气湍流所产生的闪烁效应.当误字率为2×10^-3时,相对于1×1系统而言,2×1系统的发送功率被节约了约3.5 dBJ,2×2系统的发送功率被节约了约9 dBJ.     

空时网格编码(STTC)基于不同信道应用性能探究

文章主要介绍空时网格编码STTC编译码方法,基于MIMO技术下,将瑞利信道和LMS信道作为编码性能的研究背景,对此2种不同信道环境中STTC编码的性能进行了仿真分析,结合STBC特点对比分析研究STTC码的优缺点,从而对编码方案的进一步优化给出了确定了坚实的理论和仿真依据。     

基于虚拟空时信道技术的MIMO系统

MIMO通信系统能够在不增加系统带宽以及功率的情况下,提高系统的数据传输速率与频带利用率.常规MIMO通信系统的每根发射天线承载单路用户数据流,通过增加天线数目提高系统信道容量与载入用户数量,即不同用户数据分配至不同的发射天线上,对于发射端的天线,一方面,增加天线数会增加系统复杂度,另一方面,每根发射天线仅分配单一用户是浪费资源的.因此,在天线上复用多路用户是MIMO系统的发展趋势.针对问题,提出了在发射端级联虚拟空时信道模块的优化MIMO系统,该模块通过系统的反馈信息自适应地调整参数,优化无线信道,保证传输同样数据流的情况下,提高系统通信质量以及在同样的通信质量下与系统带宽下提高系统传输速率.实验测试以及仿真表明,在2×2规模的MIMO系统中,改进的MIMO系统能够在相同带宽内至少提高50%的传输速率.     

毫米波大规模MIMO系统中基于PAST算法的低复杂度混合预编码

在毫米波大规模MIMO系统中,一般采用混合模拟和数字预编码替代全数字预编码来减少射频链和能量消耗.然而,在计算最优无约束混合预编码时,奇异值分解(SVD)具有较高的复杂度.因此,提出了一种基于投影近似子空间跟踪(PAST)的低复杂度混合预编码算法.该算法在计算每个子速率的最优无约束混合预编码时,利用PAST算法估计需要的右奇异矩阵部分主要列向量,从而避免了高复杂度的SVD过程.仿真结果表明,不论是在全连接、混合连接还是在子连接系统结构中,该算法在频谱效率上都接近基于SVD的混合预编码,并且随着发送天线数的增加,提出的算法的复杂度和耗时远低于基于SVD的混合预编码.同时该算法的系统误码率较小,具有较好的可靠性.     

毫米波大规模MIMO系统中基于PAST算法的低复杂度混合预编码

在毫米波大规模MIMO系统中,一般采用混合模拟和数字预编码替代全数字预编码来减少射频链和能量消耗.然而,在计算最优无约束混合预编码时,奇异值分解(SVD)具有较高的复杂度.因此,提出了一种基于投影近似子空间跟踪(PAST)的低复杂度混合预编码算法.该算法在计算每个子速率的最优无约束混合预编码时,利用PAST算法估计需要的右奇异矩阵部分主要列向量,从而避免了高复杂度的SVD过程.仿真结果表明,不论是在全连接、混合连接还是在子连接系统结构中,该算法在频谱效率上都接近基于SVD的混合预编码,并且随着发送天线数的增加,提出的算法的复杂度和耗时远低于基于SVD的混合预编码.同时该算法的系统误码率较小,具有较好的可靠性.     

基于博弈论的大规模MIMO系统中导频分配方法

针对大规模MIMO系统中存在的导频污染问题,提出将博弈论应用于导频分配的方案。该方案构造了基于最小化系统干扰的博弈效用函数,此函数考虑了小区中用户经受的干扰和对其邻近小区用户造成的干扰。同时,设计了该博弈的潜在函数并证明该博弈过程是一个潜在博弈模型。仿真结果表明,在考虑所有小区导频复用的情况下,相比于传统的随机导频分配方案,所提方案可以明显地降低系统内的干扰,且性能与最优导频分配性能近似。     

双极化天线MIMO中SAST编码性能分析

为解决单极化天线中多输入多输出（MIMO）技术与移动终端有限体积之间的矛盾,将半正交代数空时（SAST）编码应用到配置双极化天线的MIMO系统中,并对SAST编码性能进行理论分析。将置换矩阵和交叉极化鉴别度（XPD）转换为等效信道的一部分,并使SAST编码在双极化天线中的传输模型等效转变为该编码在单极化天线中的传输模型,根据秩准则和乘积准则分析置换矩阵不同时,XPD对分集增益和编码增益的影响,并给出相应的译码方法。仿真结果验证了该理论分析的正确性。     

Space-time coding and signal processing for MIMO communications

Rapid growth in mobile computing and other wireless multimedia services is inspiring many research and development activities on high-speed wireless communication systems.Main challenges in this area include the development of efficient coding and modulation signal processing techniques for improving the quality and spectral efficiency of wireless systems.The recently emerged space-time coding and signal processing techniques for wireless communication systems employing multiple transmit and receive antennas offer a powerful paradigm for meeting these challenges.This paper provides an overview on the recent development in space-time coding and signal processing techniques for multiple-input multiple-output (MIMO) communication systems.We first review the information theoretic results on the capacities of wireless systems employing multiple transmit and receive antennas.We then describe two representative categoriesof space-time systems,namely,the BLAST system and the space-time block coding system,both of which have been proposed for next-generation high-speed wireless system.Signal processing techniques for channel estimation and decoding in space-time systems are also discussed. Finally,some other coding and signal processing techniques for wireless systems employing multiple transmit and receive antennas that are currently under intensive research are also briefly touched upon.     

基于大规模MIMO的散射信道估计技术

随着用户对通信速率的要求日益增长,散射通信的通信容量亟待提升。大规模多输入多输出(MIMO)技术是提升容量的一种重要途径,本文研究基于大规模MIMO的对流层散射通信系统的信道估计问题。首先建立基于二维均匀方形天线阵列的大规模MIMO对流层散射信道模型,其次提出一种信道协方差矩阵估计算法对传统最小均方差(MMSE)信道估计算法进行改进,最后与最小二乘(LS)、传统MMSE算法和理想MMSE信道估计算法的准确度进行对比。仿真结果表明：在信噪比(SNR)为0～25 dB的情况下,传统的MMSE算法的准确度相较于LS算法的提升效果并不明显,与理想MMSE算法的准确度有一定差距;但改进MMSE信道估计算法的准确性优于传统MMSE算法,同等条件下NMSE相同时,其SNR可提升3～5 dB,并随着SNR的增大逐渐逼近理想MMSE算法。     

大规模MIMO加权正交匹配追踪信道估计算法

针对大规模多输入多输出系统基站天线数目众多,移动用户很难实时精确完成信道估计等问题。提出了一种加权的正交匹配追踪算法。该算法在每次迭代过程中,计算得到的估计信号值由当前残差信号估计值和迭代之前估计值两部分组合而成;分别对当前残差信号估计值和迭代之前估计值设置不同的权值,以提高信号在低信噪比情况下的估值精度;通过调整不同迭代次数权值大小,可以提升信号在不同信噪比情况下的计算精度。仿真结果表明,在不同的信噪比情况下,该算法都可以获得比标准正交匹配追踪算法更高的估计精度。     

基于改进离散布谷鸟搜索算法的毫米波大规模MIMO系统波束选择

在毫米波大规模MIMO系统中采用全数字编码需要大量的射频链路,从而导致能量损耗过高。针对这一问题提出一种基于离散布谷鸟搜索算法(Discrete cuckoo search, DCS)的波束选择方案,减少所需射频链路数而不会造成明显的性能损失。首先分析毫米波大规模MIMO系统的波束选择模型,引用DCS算法来求解模型;然后针对布谷鸟算法Levy飞行离散化结果中出现的非正常编码,采用启发式贪婪算法进行修复;将遗传算法中的复制引入DCS算法中,复制全局最优的鸟巢来替换其中被发现的鸟巢,加快算法收敛速度。仿真结果表明,所提基于改进DCS算法的波束选择方案相比几种已有的方案可以获得更优的和速率性能。     

一种多天线多用户大规模MIMO上行系统能效资源分配算法

针对目前大规模MIMO系统的资源分配研究集中于用户终端配备单天线的场景,但随着技术的发展和用户需求的增长,用户智能终端配备多天线情形越来越多,提出一种基于多天线多用户大规模MIMO上行系统的能效资源分配算法。在满足用户速率和续航要求的条件,基站采用迫零(ZF)接收情况下,通过建立系统能效函数,采用凸优化方法进行优化。首先确定用户不同天线的最优发射功率,再运用二分法确定基站激活的天线数目,通过联合用户发射功率和激活基站天线数来优化系统能效。仿真结果表明本文所提算法可以在迭代次数较少的情况下取得较好的系统能效。     

基于射线跟踪的大规模MIMO信道建模

大规模MIMO具有巨型阵列尺寸和多维阵列结构,能够有效提升无线频谱效率,是未来无线通信领域重要的物理层技术之一.但大规模阵列具有的近场效应、高计算复杂度等问题,对其无线信道建模带来很大的挑战.本论文主要针对这些挑战,对大规模MIMO的信道模型进行了深入分析.首先在球面波假设前提下,建立大规模MIMO信道模型的基本框架;进一步利用基于马德里格地图的射线跟踪算法,对信道模型参数进行求解;最后给出大规模MIMO信道时延扩展及空间距离的统计分布.上述研究结果表明,所提信道模型能够反映大规模MIMO的主要信道特征.     

宽带MIMO信道下的并行干扰抵消接收机

基于数据块传输模型,将窄带MIMO并行干扰抵消接收机推广到宽带MIMO信道,在理想信道和信道估计下,通过仿真评估了所提出的宽带MIMO并行干扰抵消接收机的性能。仿真结果表明：所建议的方案在宽带MIMO信道下的性能好于窄带MIMO信道下的性能,在宽带MIMO信道下,接收机可获得比窄带下更大的分集增益。