大规模MIMO相关信道下的联合天线分组和天线选择

在大规模多输入多输出系统中,针对密集部署的大型天线阵列之间的强相关性会抑制天线选择增益效果的问题。在系统下行链路场景下建立空间相关信道模型,提出了基于天线分组的天线选择算法。根据瞬时信道相关矩阵将天线阵列划分为若干组,保证各组内天线之间相关性较强。在完成天线分组的基础上,基于信道矩阵列范数准则在各组发射天线与接收天线之间构成的子信道矩阵中选择天线,进而构造有效发射天线与接收天线之间的信道矩阵。仿真分析了所提天线选择算法对系统遍历和速率的影响,结果表明,在基站天线数为32、接收天线数为2、选择天线数为2、天线相关因子为0.9的假设下,当信噪比为10 dB时,与基于相邻天线分组的天线选择算法相比,所提算法使系统和速率约提高了27.5%,且所提算法若要与最优天线选择算法达到相同的和速率,仅需将其信噪比提升1～2 dB即可。     

时变信道下多小区多用户分布式大规模MIMO系统上行可达速率分析

针对多小区多用户分布式大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)上行系统，考虑移动环境下信道时变特性，并结合多小区导频污染和信道估计误差条件，分析这类因素对系统可达速率的性能影响。采用一阶高斯马尔科夫过程对时变信道进行建模，以时间相关性系数为时变信道参量描述信道系数随时间变化的快慢程度。当基站采用最大比合并(Maximum Ratio Combining，MRC)接收机时，利用Jensen不等式、随机矩阵理论和Gamma随机变量的各阶矩，推导得出了包含导频污染、信道估计误差和信道时变参量的可达速率解析表达式。基于此，分析得出在多小区分布式大规模MIMO系统中，时变信道参量只会影响系统的可达速率绝对值，而不会影响发射功率缩放律。更重要的是，当不考虑发射功率缩放时，随总天线数增加，可达速率将不受时变信道的影响，而只由导频污染所决定，这表明该系统对时变信道具有良好的鲁棒性。最后，利用蒙特卡洛数值仿真验证了所得出的结论的正确性和有效性。      

基于最优波束成型的中继增强型无线通信系统的性能分析

考虑一对多天线的信源信宿通过一个单天线的放大前传(AF)中继辅助通信的两跳半双工无线网络。假设通信终端完全获知信道状态信息(CSI)。该文提出了该中继系统的最优波束成型方案,然后对采用此方案时的系统接收信噪比作高SNR下的统计特性分析,推导出瑞利平衰落信道下系统的遍历容量上界和平均误符号率(ASEP)的闭合表达式,并得出相应的分集度和阵列增益。理论分析结果显示了系统性能与天线数和发射功率的确切关系,并且在高SNR时不同的调制方式不影响分集度,只改变阵列增益。蒙特卡罗(Monte Carlo)数值仿真结果验证了理论分析的正确性。     

MF中继选择系统的物理层安全性能

针对合谋窃听场景下单天线多中继修改转发（MF）协作无线系统的安全性能较差问题,提出一种合谋窃听场景下联合源节点发送天线选择（TAS）和多中继选择的MF协作物理层安全系统,考虑最优的最大化主信道信噪比（SNR）和次优的最大化源节点-中继节点链路 SNR 两种中继选择方案,推导其安全中断概率（SOP）和遍历安全容量（ESC）的解析表达式。最优或次优中继选择的MF安全中继系统的SOP和ESC的数值计算结果与仿真结果相吻合,验证了上述理论分析的正确性;同时也表明源节点发射天线数和中继节点数越多、窃听节点数越少,最优或次优中继选择的MF安全中继系统的物理层安全性能越好。     

基于功率分配能量采集的全双工放大转发中继系统

针对三节点放大转发中继系统,研究了基于功率分配能量采集的全双工中继传输方案。在中继配置大规模天线的情况下,提出了三种天线选择方法,并通过合理的假设分别推导了三种天线选择方法的速率的近似闭合表达式,并设计了天线选择模式切换方案。基于三种不同的天线选择方法,该文分析了基于功率分配采集协议中的最优功率分配因子以及不同方案的算法复杂度。最后,通过蒙特卡洛仿真证明了闭合表达式的准确性,并基于发射功率和信道增益分析了三种方案的优缺点。其中在大发射功率的情况下,方案一的性能最优;在小发射功率的情况下,方案二的性能最优;在中等发射功率的情况下,折中的方案三的性能最优。      

具有大规模天线选择与功率分配的协作通信

在瑞利衰落信道下研究了采用前向译码转发协议的三节点协作模型,分析了中继分布大规模天线阵列时系统的可靠性能。为了有效地降低系统复杂度,同时又能获得大规模天线带来的分集增益,给出了中继选择合并(SC)与天线选择空间调制(SM)相结合的组合传输方案。为了进一步提高可靠性能,研究了SC/SM组合方案如何通过功率分配优化其误比特率性能。仿真分析表明,大规模中继SC/SM方案的功率分配能够有效改善系统的误比特率性能。     

大规模MIMO中继系统中多用户物理层安全传输方案

研究大规模多输入多输出中继网络中的多用户物理层安全传输方案.系统模型中假设窃听节点与源节点和中继节点间都有直接链路,窃听节点可以接收到源节点和中继发送的信号.在不能获得窃听者信道状态信息的情况下,大规模MIMO中继采用简单的最大比合并/最大比发射信号处理方案,并配合中继零空间人工噪声和目的端的协作干扰实现多用户的信息安全传输.对保密速率及其在中继天线数无限增长时的渐近值进行了理论分析,并进行仿真.仿真结果显示系统的保密和速率随中继天线数的增长而增长,最终趋于理论渐近上界值.仿真结果也表明即使窃听节点具有多用户间干扰消除能力,并能同时拦截源节点和中继发送的信号,采用本文的方案仍然能获得可观保密速率.     

混合衰落信道下存在反馈时延的多天线中继性能分析

研究了混合Rayleigh-Rician衰落信道下,存在反馈时延的多天线双跳放大转发(AF)中继系统的性能.首先,基于反馈时延波束成形(BF)模型得到混合衰落信道下中继系统的输出等效信噪比(SNR).然后,利用无穷级数展开推导出输出信噪比中断概率(OP)和概率密度函数(PDF)的解析表达式,并进一步得到中继系统遍历容量和平均误符号率(ASER)的理论计算公式.最后,计算机仿真验证了所提出的性能分析方法的正确性,并定量分析了天线数量、反馈时延和信道参数对系统性能的影响.     

混合衰落信道下存在反馈时延的多天线中继性能分析

研究了混合Rayleigh-Rician衰落信道下,存在反馈时延的多天线双跳放大转发（AF）中继系统的性能.首先,基于反馈时延波束成形（BF）模型得到混合衰落信道下中继系统的输出等效信噪比（SNR）.然后,利用无穷级数展开推导出输出信噪比中断概率（OP）和概率密度函数（PDF）的解析表达式,并进一步得到中继系统遍历容量和平均误符号率（ASER）的理论计算公式.最后,计算机仿真验证了所提出的性能分析方法的正确性,并定量分析了天线数量、反馈时延和信道参数对系统性能的影响.     

紫外光非直视通信抗干扰中继链路方法及其功率需求分析

针对紫外光通信中光源器件发射功率受限和大气信道衰减严重造成传输距离近的问题,提出一种用于非直视通信的抗干扰中继链路方法。该方法采用多跳网络方式在端到端传送节点间构建中继通信链路,通过时分复用技术给相邻节点分配不同时隙防止节点的相互干扰;同时,对节点直接传送信息和采用中继链路方法接力转发信息两种不同方式的功率需求进行了分析。仿真表明,采用的中继链路方法在传输相同通信距离时减少了单个节点的发射功率及系统总功率,提高了系统功率利用率,有利于重量轻、低功耗需求的节点部署实施。