双模索引辅助广义空间调制系统设计

广义空间调制（Generalized spatial modulation,GSM）技术通过选择部分发射天线来传输信息,该系统由于部分天线保持静默而造成系统传输速率低。为了提高系统的传输速率,将GSM系统的所有发射天线均激活,但该系统在接收端依旧很难恢复出发射信号。为了达到传输速率与系统性能这两方面的平衡,本文提出双模广义空间调制系统,该系统将每时隙发送的信息比特分为索引比特和星座调制比特,利用索引比特将所有发射天线分为两组,将两种可分辨的星座调制符号分别放在两组天线上同时进行发送,在接收端采用最大似然算法（Maximum likelihood,ML）进行检测解调得到发送符号。通过分析与仿真表明,在误比特率为10^-3时,双模广义空间调制系统与发射总功率且传输速率均相同的GSM系统和多输入多输出（Multiple input multiple output, MIMO）系统相比,前者采用低阶调制方式来最大化星座点间的欧氏距离,将获得约4 dB的增益,后者在接收端可通过功率索引来提升检测算法性能,将获得约2 dB的增益。     

二维空码索引调制算法

针对正交空间调制（QSM）提升传输速率时天线的使用数量增加,需要耗费大量资源且实现困难的问题,提出二维空码正交索引调制（SCOIM）。发射端信息比特分别映射为伪随机（PN）码的索引、天线的索引以及调制符号,调制符号的同相部分和正交部分再分别选择激活的PN码进行扩频,并各自通过激活的天线将信号发射出去。分析和仿真结果表明,相同传输速率时,SCOIM比正交空间调制节约至少一半的索引资源且随着传输速率的提升节约效果成倍增加,并且当误码率为10^-4时具备约5 dB的性能优势。     

基于对数似然比的发射天线选择

基于对数似然比(LLR)的天线分集是误码性能优于传统基于信噪比(SNR)天线分集的一种新技术,并降低了系统的实现复杂性和成本。为此对基于LLR的发射天线选择新技术进行了研究,推导了多输入多输出(MIMO)Nakagami衰落信道上基于符号对数似然比(SLLR)和比特对数似然比(BLLR)的发射天线选择准则,并对M进制调制系统进行仿真研究。结果表明,基于BLLR准则的MIMO系统误比特率最小;采用SLLR准则和BLLR准则时,在保持发射端和接收端的天线总数不变的条件下,分集数量级大的系统误比特率性能好;数量级相等时,接收天线较多的系统性能较优。     

基于IMT-Advanced信道模型的室内MIMO性能研究*

LTE-Advanced与多输入多输出（MIMO）技术的结合极大地改善了MIMO在不同信道环境下的传输质量和可靠性。为此,在基于IMT-Advanced几何分布统计信道模型基础上,建立LTE-Advanced通信系统的MIMO信道模型,深入研究室内多天线系统的性能。针对MIMO发射分集技术,研究在瑞利衰落信道下不同调制技术对系统误码率（BER）性能的影响,并通过理论验证仿真结果的可行性,进而在非视距（NLOS）情况下,结合不同载波频率的路径损耗,理论分析不同载波频率对系统误码率性能的影响。仿真结果表明,IMT-Advanced室内信道模型只适用于8 GHz以下的低载波频段通信。     

一种采用坐标交织空时编码的空间调制方案

基于坐标交织正交设计(CIOD)的空时编码,提出了一种新型的4发射天线空间调制(SM)方案。与传统的空间调制技术相比,该方案不仅利用天线序号携带信息,提高了无线通信系统的频带利用率,而且通过空时编码可获得较大的分集增益。接收端采用条件最大似然(ML)算法,大大降低了译码复杂度。在独立和相关信道情况下对所提方案、传统空间调制及空时分组码(STBC)的误比特(BER)性能进行了仿真,结果表明,所提方案的性能优于传统的空时分组码和空间调制。     

基于压缩感知的低复杂度广义空移键控信号检测算法

广义空移键控（GSSK）作为空间调制（SM）的一种简化形式，被广泛应用于大规模多输入多输出（MIMO）系统，以更好地解决传统MIMO技术中的信道间干扰（ICI）、天线间同步（IAS）和多射频（RF）链路等问题。针对GSSK系统最大似然（ML）检测算法计算复杂度高的问题，结合压缩感知（CS）中的子空间追踪（SP）算法和ML检测算法，并结合阈值的设置，提出一种基于CS理论的低复杂度GSSK信号检测算法。首先，用改进的SP算法获得部分发送天线组合（TAC）；其次，删除部分天线组合，缩小搜索天线组合的集合；最后，利用ML算法和预设的门限估计发送天线组合。仿真实验结果表明，所提算法的计算复杂度明显低于ML检测算法，同时误比特率（BER）性能逼近ML检测算法，验证了所提算法的有效性。     

广义空—码联合索引调制

针对空间调制天线利用率低、广义空间调制传输速率低等问题。本文将广义空间调制和码索引调制相结合,提出广义空-码联合索引调制(generalised space code joint index modulation, GSCJIM)。信息比特在发射端经串并转换后分别映射为伪随机(pseudo noise,PN)码索引、天线索引以及调制符号,调制符号的实部和虚部分别选择激活的伪随机码进行扩频,并通过激活的天线组合将信号发射出去。广义空间调制和码索引调制的结合,提升系统传输速率的同时也提高了天线的利用率,并且抗干扰性能显著增强。分析与仿真结果表明,在传输速率相同时,GSCJIM比广义空间调制节省了索引资源,并且当误比特率为10_-3时具备5dB的性能优势。     

广义空间调制系统的安全传输映射方案

为提高时分双工无线通信系统中广义空间调制(GSM)的安全性,提出一种新的GSM安全传输映射方案。将合法信道状态信息引入映射过程中,分别重选由空间比特和星座比特映射的激活天线组合索引和星座符号索引,以增强GSM系统的安全性。仿真结果表明,该方案中的被动窃听者无法恢复激活天线组合索引与星座符号索引所携带的信息,其保密速率初始值较基于空间调制的方案提高184.31%,增强了系统的安全性。     

一种广义空间调制系统的低复杂度检测算法

针对广义空间调制(GSM)系统中信号检测复杂度过高的问题,提出一种采用分组检测方式的低复杂度检测算法。首先发送端根据激活天线数对发射天线进行分组,每组激活一根天线用于传输调制符号,然后提出算法基于这种发射天线组合方式,在接收端做相应的分组串行检测。分析和仿真结果表明,该检测算法能以极低的检测复杂度获得与最大似然检测算法(MLD)相近的误比特率(BER)性能。     

基于天线分组的高铁大规模多输入多输出自适应波束赋形方案

针对高铁大规模多输入多输出（MIMO）系统的吞吐量未被充分提升的问题，提出一种基于天线分组的自适应波束传输方案。首先利用基站（BS）预知的列车位置信息，并将波束赋形技术引入高速场景，建立高铁大规模MIMO的三维模型；其次验证BS天线分组情况下，子波束的吞吐量与其对应的发射天线数满足非线性关系，且子波束天线数变化并未对其他波束的吞吐量产生影响。基于此，以天线分组的自适应波束赋形方案对列车运行至不同位置的波束数和子波束所需的发射天线数进行调整，保证不同位置的最优系统吞吐量。计算机仿真表明，该方案与传统的单波束、双波束、八波束相比，在列车距基站125 m范围内分别实现了系统吞吐量87.9%、62.3%、50.6%的提升，在125 m之外与单波束赋形的系统吞吐量相近。实验结果表明，所提方案无论列车距BS较近或较远时，系统吞吐量均处于最佳水平，更好地适应高速铁路环境。     

基于特征值分布的自适应MIMO接收方法

多输入多输出(MIMO)系统性能优劣依赖于信道的相关特性,空分复用技术适用于低相关信道,而波束形成技术适用于高相关信道。依据上述信道相关特性,提出一种基于信道特征值分布的自适应MIMO接收方法。该方法以均匀圆形天线阵列结构为基础,能够根据信道相关情况动态选择接收方式:当角度扩展较大时,选用传统MIMO接收方式(称为天线MIMO方式);当角度扩展较小、多径独立时,选用基于智能天线的多波束接收方式(称为波束MIMO方式)。分析角度扩展、多径对信道特征值分布的影响,并给出自适应MIMO接收切换的条件。仿真结果表明,该方法能够适应复杂的无线环境,误码率较低,性能更加稳定可靠。     

Dual‐mode and triple‐band 10‐antenna handset array and its multiple‐input multiple‐output performance evaluation in 5G

A 10‐element multiple‐input multiple‐output (MIMO) handset antenna array with triple‐band operation in the long‐term evolution band 42 (3400‐3600 MHz), band 43 (3600‐3800 MHz), and band 46 (5150‐5925 MHz) is studied in this article. Acceptable antenna performances are obtained by using polarization and pattern diversity techniques. To assess the multiplexing performances of the handset array in 5G, an 8‐element base station array covering 3.4‐7.1 GHz is presented and studied. An 8 × 10 MIMO system incorporating 8 transmit antennas, propagation scenario and 10 receive antennas is successfully reported, and its multiplexing performances are evaluated. The computed channel capacities in the low and high bands can be as high as 43.3 bps/Hz and 41.6 bps/Hz, which are promising for multi‐gigabit‐per‐second (multi‐Gbps) data transmission in 5G. The effects of user's hand and low MIMO order on the channel capacities are also investigated. Results show the robust performances of the proposed antenna system.     

Achievable throughput enhancement based on modified carrier interferometry for MIMO/OFDM

In MIMO systems, channel estimation is important to distinguish the transmitted signals from multiple transmit antennas. When MIMO systems are introduced in cellular systems, we have to measure the received power from all the connectable base station (BS), as well as to distinguish all the channel state information (CSI) for the combination of transmitter and receiver antenna elements. One of the most typical channel estimation schemes for MIMO in a cellular system is to employ a code division multiplexing (CDM) scheme in which a unique spreading code is assigned to distinguish both BS and MS antenna elements. However, by increasing the number of transmit antenna elements, large spreading codes and pilot symbols are required to estimate an accurate CSI. To reduce this problem, in this paper, we propose a high time resolution carrier interferometry (HTRCI) for MIMO/OFDM to achieve an accurate CSI without increasing the number of pilot symbols.     

Performance analysis of uplink MIMO MC-CDMA systems based on linear zero-forcing V-BLAST algorithm

A structure was proposed for multiple-input-multiple-output multicarrier code divi- sion multiple access （MIMO MC-CDMA） uplink transmission system. Linear zero- forcing V-BLAST （ZF V-BLAST） algorithm and maximum ratio combining （MRC） scheme was applied to the receivers. The average bit error rate （BER） expression was derived on condition that the number of receive antennas was larger than that of transmit antennas and it was verified by simulations. Numerical results show that the number of transmit and receive antennas, as well as the number of sub- carriers, all exert significant effects on the BER performance. The space diversity and frequency diversity show different abilities to improve the BER performance. The MIMO MC-CDMA system based on linear ZF V-BLAST algorithm is capable of achieving better BER performance than that of the conventional MC-CDMA system by reducing the number of transmit antennas or increasing the number of receive antennas.     

Performance of Dual-Polarized DSTTD-IDMA system over correlated frequency selective channels

In this correspondence, we present the performance of Dual-Polarized double space–time transmit diversity (DSTTD) aided multiple-input multiple-output (MIMO) interleave division multiple access (IDMA) scheme over correlated frequency-selective channels for downlink communication. DSTTD system is realized by employing two space–time block code units at the base station (BS). We employ two Dual-Polarized antennas both at the BS and mobile stations. We consider maximum-likelihood ratio detection algorithm at the receiver to detect the signals and to mitigate the effects of multiple access interference and multi stream interference. We implement iterative type turbo decoding algorithm to enhance bit error rate (BER) performance. We evaluate the performance of Dual-Polarized DSTTD-IDMA system based on Stanford University Interim channel models and Long-Term Evaluation channel model. Our simulation results reveal that DSTTD-IDMA system with Dual-Polarized antenna requires higher SNR than uni-polarized antennas. However, it provides the advantage of replacing two uni-polarized antennas by a single Dual-Polarized antenna.     

多中继协作空间调制的中继选择及性能分析

针对多中继协作空间调制（SM）系统中的中继选择问题,提出一种基于中继节点位置的选择方案,并将该方案应用于系统中,对系统的误比特率（BER）性能进行了分析。该系统在源节点使用SM技术,每一时隙仅激活一根发射天线,并基于中继节点的位置信息,在全部中继中选择最接近源节点和目的节点间中点的一个放大转发（AF）中继进行转发。运用矩生成函数法推导了该系统在瑞利衰落信道下成对错误概率的解,并由此给出了系统的理论BER。仿真结果表明,与随机选择和循环转发中继的方法相比,该中继选择方法能够在系统中获得更好的BER性能。