FDD大规模MIMO系统速率最大化导频信号设计方法

该文针对FDD大规模MIMO下行系统,联合考虑信道空间相关性、信道估计精度和波束成型方案对导频信号设计的影响,以最大化下行遍历可达速率为目标,以系统总功耗为约束,建立关于导频信号矩阵的优化模型。由于原始优化问题的目标函数没有闭合形式表达式,利用大维矩阵理论中确定性等价原理可获得其近解析表达式,从而得到了遍历速率关于导频矩阵的显示表达式。基于此,利用主导理论,推导出了最优导频信号所具有的矩阵结构特征。进而,将原优化问题转换为等价的导频序列功率分配问题,再利用拉格朗日对偶法求解得到了最优导频信号的闭合形式解。通过分析,给出了最优导频序列长度的实际值与最大范围。数值仿真结果验证了所推导的遍历速率解析表达式的精确性和有效性,并对比了所提出的导频方案与传统基于最小均方误差准则导频方案在遍历速率方面的性能增益,以及所使用的导频序列长度差异,同时给出了两种方案在导频信号功率分配时的差异性。      

用于大规模MIMO系统的改进CG检测算法

针对大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统中近似最优线性最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)算法复杂度过高问题,提出了RC-CG(Region Constellation-Conjugate Gradient)低复杂度近似最优信号检测算法。该算法首先利用共轭梯度(Conjugate Gradient,CG)迭代算法避免MMSE信号检测算法的高维度矩阵求逆,降低计算复杂度;其次引入二分查找算法对星座图进行区域分块,优化迭代初始解,使算法在保证原来检测性能的基础上加快收敛速度。仿真结果表明,该算法不仅可以达到近似MMSE算法的检测性能,而且适用于高阶调制,算法复杂度从O(K3)降低到O(K2)。     

用于大规模MIMO系统的改进自适应SOR检测算法

大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统由于具备较多的天线数,会导致传统线性信号检测算法如最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)的复杂度过高。针对以上问题,提出了F修正的自适应超松弛迭代(F-corrected Adaptive Successive over Relaxation, FA-SOR)检测算法。该算法首先利用超松弛迭代(Successive over Relaxation, SOR)算法避免高阶矩阵求逆运算,降低复杂度;其次使用F修正的公式自动更新SOR算法迭代使用的松弛参数,同时优化迭代的公式与初始解来加快收敛速度。仿真结果表明,不论在理想独立信道还是相关信道下,相比于现有的自适应SOR算法,FA-SOR都能以更低的复杂度达到更低的误码率,同时逼近MMSE算法的性能。     

Pilot Design for Inter-Cell Interference Mitigation in MIMO OFDM Systems

In this letter, the design of pilots aiming at mitigating the inter-cell interference in MIMO OFDM systems is addressed. It is shown that if an ideal channel between interferer and receiver is assumed, pilots resulting in a variation coefficient of zero, and therefore best performance on system level, can be designed. The properties of these pilots are described, and numerical calculations as well as simulation results are presented to verify the theoretical analysis     

Interference Mitigation in MIMO Systems by Subset Antenna Transmission

This paper investigates subset antenna transmission (SAT) for multiple-input multiple-output (MIMO) systems in the presence of strong dominant co-channel interferer. The capacity gain from SAT is investigated in the context of optimal antenna subset selection and power allocation. The SAT does not require channel state information of the co-channel interference, and achieves capacity gains by distributing the transmit power equally over a selected subset of the transmit antennas. The capacity gain of the SAT method is analyzed in terms of transmit power and eigenvalues of channel matrix, and its performance in V-BLAST MIMO systems with various signal constellations is evaluated by computer simulation.     

大规模MIMO系统上行链路时间-空间结构信道估计算法

针对大规模多入多出(MIMO)系统上行链路非平稳空间相关信道的估计问题,该文利用信道的时间-空间2维稀疏结构信息,应用狄利克雷过程(DP)和变分贝叶斯推理(VBI),设计了一种低导频开销和计算复杂度的信道估计迭代算法,提高了信道估计精度。由于平稳空间相关信道难以适用于大规模MIMO系统,该文借助于狄利克雷过程构建了非平稳空间相关信道先验模型,可将具有空间关联的多个物理信道映射为具有相同时延结构的概率信道,并应用变分贝叶斯推理设计了低导频开销和计算复杂度的信道估计迭代算法。实验结果验证了所提算法的有效性,且具有对系统关键参数鲁棒性的优点。

     

D2D-MIMO系统中基于下行预编码的干扰抑制策略

针对终端直通(D2D)用户复用蜂窝下行资源时,基站对D2D接收端干扰较严重的问题,该文提出一种基于Null-space的基站下行预编码策略。该策略通过在基站预编码时加入对D2D用户干扰抑制的考虑,使得基站在将下行波束对准其调度的蜂窝用户的同时,在D2D用户方向上形成零陷,从而有效地抑制基站对D2D用户的干扰。考虑到实际系统中基站难以获取完美信道信息,又进一步推导了信道估计误差对预编码性能的影响。仿真结果表明,该文提出的基于Null-space的预编码策略能有效提高D2D用户的吞吐量,但这种性能增益很大程度上依赖于基站到D2D用户信道估计的准确性。     

Cluster-Based Massive Access for Massive MIMO Systems

Massive machine type communication aims to support the connection of massive devices,which is still an important scenario in 6G. In this paper, a novel cluster-based massive access method is proposed for massive multiple input multiple output systems. By exploiting the angular domain characteristics, devices are separated into multiple clusters with a learned cluster-specific dictionary, which enhances the identification of active devices. For detected active devices whose data recovery fails, p...     

MAI Mitigation in MC-CDMA Systems Using Social Impact Based Wireless Communication Algorithm

Wireless Personal Communications - In this paper a novel optimization technique i.e. Social Impact based Wireless Communication Algorithm (SIWCA) has been applied on multi-carrier code division...     

大规模MIMO系统混合线性迭代信号检测算法

针对大规模多输入多输出(MIMO)系统中线性最小均方误差(MMSE)信号检测算法复杂的高维矩阵求逆难以用于实际工程的问题,文章基于矩阵分块思想并结合Neumann级数展开算法,提出了一种低复杂度的混合迭代算法.利用MMSE算法中加权矩阵逆矩阵的Neumann级数二阶展开作为其分块矩阵求逆的迭代初始值,可以有效提高算法收...     

基于迭代并行干扰消除的低复杂度大规模MIMO信号检测算法

基于干扰消除思想该文提出一种适用于大规模MIMO系统上行链路的低复杂度迭代并行干扰消除算法,在算法实现中避免了线性检测算法所需的高复杂度$({\cal O}({K^3}))$矩阵求逆运算,将复杂度保持在$({\cal O}({K^2}))$。在此基础上,引入噪声预测机制,提出一种基于噪声预测的迭代并行干扰消除算法,进一步提高了硬判决检测性能。考虑天线间残留干扰,将干扰消除思想运用到软判决中,最后提出一种基于迭代并行干扰消除的低复杂度软输出信号检测算法。仿真结果表明：提出的信号检测方法的复杂度优于MMSE检测算法,经过几次简单的迭代,算法即快速收敛并获得接近甚至优于MMSE检测算法的误码率性能。     

Channel Feedback Quantization for High Data Rate MIMO Systems

In this work, we study a multiple-input multiple-output (MIMO) wireless system where the channel state information is partially available at the transmitter through a feedback link. Based on singular value decomposition, the MIMO channel is split into independent sub-channels. Effective feedback of the required spatial channel information entails efficient quantization/encoding of a unitary matrix. We propose two schemes for quantizing unitary matrices via Givens rotations and examine the performance for a scenario where the rates allocated to the sub-channels are selected according to their corresponding gains. Numerical results show that the proposed schemes offer a significant performance improvement as compared to that of MIMO systems without feedback, with a negligible increase in the complexity     

大规模MIMO系统中基于CNN的延迟CSI反馈改进算法

在大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统中,基站根据用户反馈的信道状态信息进行自适应编码调制以提高频谱效率,因此需要将用户侧估计到的信道状态信息反馈到基站。由于反馈过程存在的延迟会降低系统性能,因此在考虑延迟的情况下,对基于深度学习的信道状态信息自编码器CsiNet进行改进,使用下行信道的延迟状态信息作为信道状态信息自编码器的期望输出信号来对自编码器进行训练,减少了反馈延迟误差的影响。仿真结果表明,在延迟为1时隙时,所提方案的归一化均方误差(Normalized Mean Square Error,NMSE)仅为自回归-主成分分析方案、基于压缩感知的方案和基于卷积神经网络的CsiNet方案的1/8～1/7,并且随着时隙增加,NMSE性能提升越明显。     

Capacity Optimization of MIMO Wireless Communication Systems Using a Hybrid Genetic-Taguchi Algorithm

The purpose of this paper is to use a hybrid Taguchi-genetic algorithm to optimize the capacity of MIMO systems with different linear array geometrical configurations at both communication ends (Transmitter and Receiver). The method combines the traditional genetic algorithm, known to have a powerful global exploration capability, and the Taguchi method, which can exploit the optimum offspring and thus, enhance the genetic algorithm. The idea is to use the spatial channel model where the effect of mutual coupling is considered. Each array geometrical configuration has its own contribution in the total channel matrix depending on its physical parameters. The end result is to find out which combination(s) produce the highest capacity value.     

正交频分复用传输速率最大化自适应水声通信算法研究

该文在对正交频分复用(OFDM)水声通信速率最大化问题建模基础上,对注水算法的运算量进行了合理简化,实现了对子载波初始能量的快速分配。针对固定判决门限离散比特分配算法存在的码元能量严重浪费和速率损失问题,提出了基于贪婪的比特分配方案,以较小的计算量代价实现了OFDM通信速率的显著提高。研究表明,在压缩信道编码的不完全信道估计下,新算法仍具有良好的通信速率及误码率性能,适用于时变水声信道。     

多天线两小区蜂窝系统的低开销线性干扰对齐算法

在蜂窝系统中,由于干扰的存在,用户性能受到影响,特别是对于小区边缘用户,其通信质量较差。干扰对齐作为一种能够消除干扰、提高系统容量的技术,近年来受到广泛关注。针对多天线两小区蜂窝系统的边缘用户,本文给出了一种系统开销小、需要天线数少的线性干扰对齐算法。该算法利用发送端预编码矢量消除小区内干扰,利用接收端干扰抑制矢量消除小区间干扰。采用本文算法后,在每个小区有 个用户、基站有 根发送天线、用户有 根接收天线的情况下,只需 和 就可以实现上下行的干扰对齐,整个系统可以达到 的自由度,并且在下行链路中不需要小区间反馈,而在上行链路中只需要较小的小区间反馈。仿真结果表明,本文提出的算法能够以较小的开销实现比以往的算法更好的性能。      

Pilot-Aided Channel Estimation for Massive MIMO Systems in TDD-mode Using Walsh-Hadamard Transformed Subsampled Data at the Base Station

Wireless Personal Communications - Massive MIMO has been adopted for 5G communications due to its wide spectrum and energy efficiency. To realize its potential performance, however, accurate...     

电离层返回散射探测中干扰抑制方法研究

电离层返回散射工作在高频频段,密集的外部干扰如短波通信、广播电台及大气噪声等污染了接收数据,严重影响返回散射电离图的判读。利用外部干扰的空时特性,提出了一种自适应波束形成-干扰对消级联去干扰的方法。对实测数据的处理结果表明这种方法的有效性和实用性。     

无蜂窝大规模MIMO系统接入点动态选择算法

在无蜂窝大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统中,所有接入点(Access Point, AP)为用户提供服务的方式会造成较大的功率消耗和增加前传链路压力。以“用户为中心”的AP选择方案为每个用户选择最佳的AP集合,使系统频谱效率和能量效率得以提升。为了给每个用户选择最佳的AP集合,提出了一种基于反向传播(Back Propagation, BP)神经网络的接入点动态选择算法。将AP与用户之间的大尺度衰落向量作为输入,AP与用户之间的连接关系作为BP神经网络输出的预测向量,同时,针对BP神经网络初始化权值,提出了一种改进的自适应遗传算法以提高算法的收敛速度和收敛性能。仿真结果表明,改进后的BP神经网络预测结果更接近于实际值,并且比全连接和启发式的AP选择方案具有更高的系统和速率。