毫米波大规模MIMO系统中低复杂度混合预编码方法

针对毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统混合预编码方案设计的难点,提出了一种低复杂度混合预编码方法。首先基于奇异值分解,构造初始射频(RF)预编码矩阵,然后构造数字预编码矩阵。进而将残差矩阵最大左奇异矢量构造的矢量添加到RF矩阵的最后一列,以更新初始RF矩阵。经过多次迭代,从而形成最终RF预编码矩阵。最后基于最小二乘准则设计数字预编码矩阵。理论分析和仿真结果表明,相比于基于正交匹配追踪(OMP)算法的混合预编码设计方法,该方法在计算复杂度大幅下降的同时,其性能远远优于基于OMP算法的混合预编码方法,同时在数据流数相对较小时,其性能接近最优的全数字预编码设计方法。     

一种基于GMD分解的混合预编码算法

提出了毫米波大规模MIMO系统中一种利用几何均值分解(GMD)设计模拟和数字预编码矩阵的算法.首先根据初始模拟预编码矩阵列向量相互正交,利用GMD分解计算出模拟预编码矩阵后,取其元素相位构成的矩阵为最终的模拟预编码矩阵,然后设计数字预编码矩阵.仿真结果表明,频谱效率和误码率较正交匹配追踪(OMP)算法分别有大约3dB和2.5dB的增益.     

基于遗传算法的毫米波大规模MIMO系统混合预编码

目前混合预编码方案中,大多采取高精度的移相器作为模拟预编码的设计基础,使得系统成本增加。针对这一问题,探讨了有限精度射频前端的混合预编码设计。为了实现更高的频谱利用率,考虑到天线权值的最优组合为一NP（Non-deterministic Polynomial）问题,受机器学习启发,采用遗传算法对阵列中阵元的相位取值进行建模设计模拟预编码。通过信道矩阵与模拟预编码矩阵的乘积引入等效信道矩阵,考虑用户间干扰,以最大信干噪比准则进行数字预编码设计。仿真结果表明,该方案得到的混合预编码矩阵其系统性能可逼近全数字预编码矩阵的性能。     

基于毫米波大规模MIMO的混合RZF预编码算法

针对毫米波大规模MIMO系统采用全数字预编码时,系统所需射频链路数量较大而导致实现成本和能耗较高的问题,提出了一种在基站端和用户端分别采用混合预编码和模拟合并的方案.在充分考虑信道特性的基础上,根据收发两端的天线阵列响应矢量分别设计模拟预编码矩阵和模拟合并矩阵,然后根据生成的有效信道矩阵,在基带部分设计低维的数字预编码,从而消除系统中噪声和用户间干扰的影响.仿真结果表明,在有效减少系统所需射频链路数量的基础上,所提混合预编码方案能够接近传统全数字预编码方案的性能.     

一种实用的毫米波大规模MIMO混合预编码算法

数字模拟混合预编码可以用较少的射频逼近全数字预编码的性能,可以用来解决毫米波大规模MIMO系统中由于射频链路过多造成的硬件损耗和校准问题。为解决传统混合预编码结构难以实现的缺点,该文的混合预编码研究基于一种简单的固定子连接结构。推导了系统可达速率最大,模拟预编码矩阵应满足的条件,从而将混合预编码矩阵设计问题转化为优化问题。采用鸟群算法(BSA)解决此优化问题,求得最优的预编码矩阵。针对模拟移相器分辨率有限的情况,提出一种直接量化的解决方案和一种基于改进的离散BSA的解决方案。仿真结果表明,所提算法能够基于简单结构实现较好的性能;移相器分辨率有限情况下,所提的两种解决方案都是有效的,且基于离散BSA的方案在分辨率较低时性能更优。     

基于字典学习的毫米波大规模MIMO系统混合预编码

针对毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统混合预编码方案设计的难题,采用字典学习的思想,提出了一种高精度混合预编码方案.该方案首先对全数字预编码矩阵的各列采用稀疏表示;进而按列将字典原子从稀疏表示中分离出来,通过对误差矩阵采用奇异值分解(SVD)来更新对应的字典原子,直到所有字典原子更新,以形成新的字典矩阵;最后,利用更新后的字典矩阵稀疏重构全数字预编码矩阵,以得到模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵.仿真结果表明,相较于基于正交匹配追踪(OMP)的混合预编码方案,所提方案在提升系统频谱效率和降低误码率方面具有明显的优势.     

基于IAFS算法的毫米波大规模MIMO混合预编码方法

毫米波大规模多输入多输出系统可以通过部分连接混合预编码方法克服其信号路径损耗带来的不利影响,具有硬件实现复杂度低、能量效率高的优点,当输入的数据流数与射频链路数相等时,可以采用基于串行干扰消除的混合预编码方法。当输入的数据流数与射频链路数不相等时,提出了一种基于改进人工鱼群（IAFS）算法的混合预编码方法。其核心思想是基于频谱效率最优化准则和部分连接结构的特点,将针对模拟预编码矩阵变量的频谱效率优化问题转化为基于矢量变量的频谱效率最优化问题,利用IAFS算法进行寻优求解完成预编码矩阵设计。仿真结果表明,所提方法在低信噪比条件下具有较好的频谱效率与能量效率性能,有望在现实场景中得到应用。     

基于连续干扰消除的毫米波MIMO系统混合预编码算法

该文研究多用户毫米波MIMO系统的混合模数预编码器和合并器设计。针对因信号传播漫散射造成的多用户间信号干扰问题,提出一种基于连续干扰消除(SIC)的鲁棒混合预编码算法。首先对信道矩阵进行正交分解,以消除来自已知用户信号的干扰,从而将含有非凸约束的多用户链路优化问题分解为多个单用户链路优化问题。然后采用相位提取算法逐个求解每个用户的最优传输链路,并结合最小均方误差(MMSE)准则求得多用户混合预编码矩阵。仿真结果表明,与现有的混合预编码算法相比,所提算法在强干扰环境下具有显著的性能优势。

     

毫米波大规模MIMO系统中基于智能搜索的混合预编码算法

为解决传统全连接结构毫米波大规模MIMO系统高硬件成本和实现难度大的问题,本文提出了一种基于智能搜索的部分连接结构混合预编码算法。该算法在基站端采用经典的迫零数字预编码,在模拟预编码部分单独设计模拟预编码矩阵,避免了数字、模拟预编码矩阵联合设计的高复杂度,并利用模拟预编码矩阵的块对角化特性,将其设计问题转化为最优化问题,采用SBO（satin bowerbird optimization）优化算法解决此问题。针对原始SBO算法易陷入局部最优的缺点,提出了一种基于动态突变概率的DSBO（satin bowerbird optimization based on dynamic mutation probability）算法。针对移相器分辨率有限的情况,改进了DSBO算法,使之能解决此离散优化问题。仿真结果表明,与其他现有算法相比,提出的算法具有更高的系统容量和更低的误码率,且能处理移相器分辨率有限的情况。      

Joint transceiver vector precoding based on GMD method for MIMO systems

We heuristically propose a joint transceiver vector precoding (VP) based on geometric mean decomposition (GMD) method for multiple input multiple output (MIMO) systems. In fact, it is the generalization and improvement of the GMD transceiver with Tomlinson-Harashima precoding (THP). We first propose the GMD-VP design with zero forcing (ZF) criterion, then exploit the extended channel matrix to obtain the improved regularized scheme. Simulation results show that the proposed schemes obtain performance improvement and complexity reduction.     

基于毫米波大规模MIMO系统的混合预编码设计

大规模多输入多输出（MIMO）被认为是未来5G的关键技术之一。毫米波因其足够大的频谱带宽近来备受关注。针对部分连接结构、单用户下行链路毫米波大规模MIMO系统,提出了一种新型的混合预编码设计。利用分层设计思想,首先设计模拟预编码器,提出一种模拟预编码器算法;然后通过注水算法获得最佳数字预编码器;最后,将起始最优化问题转化为在每根天线功率分配约束下单个RF链路连接天线子阵列最优化问题,再根据迭代方法获得最佳混合预编码器。仿真结果表明,最佳混合预编码器性能接近纯数字预编码器的性能。     

基于SVD,GMD与UCD的MIMO预编码研究

研究了MIMO系统中基于奇异值分解（SVD）、几何均值分解（GMD）与均匀信道分解（UCD）的预编码算法原理,并对三种算法做了详细的对比研究。通过在反馈噪声误差不同的情况下计算SVD,GMD与UCD的误码率,可以观察预编码矩阵的反馈误差对SVD,GMD与UCD性能的影响。     

A novel zero-forcing precoding method for multi-cell MIMO systems

Precoding methods at the Base Station (BS) can be used to deal with the inter-cell interference and improve the signal quality of the user especially at the cell edge. In this paper, a novel Zero-Forcing (ZF) precoding method is proposed and investigated for multi-cell Multi-Input Multi-Output (MIMO) systems. We propose a relaxed ZF precoding method by relaxing the ZF criterion to some degree so that the inter-cell interference may not be zero. Complexity analysis shows that compared with the conventional ZF method, the additional computation complexity for the proposed method is trivial. Simulation results show that the proposed relaxed ZF method has better performance than the conventional ZF method in terms of the sum-rate, especially at low Signal to Noise Ratio (SNR).     

基于分布式部分连接结构的多用户大规模MIMO混合预编码

在多用户大规模多输入多输出(MIMO)系统中,针对传统方案受限于集中式部分连接结构和固定匹配相控算法而未能充分利用空间资源的问题,提出一种基于分布式部分连接结构的低复杂度相控迫零混合预编码方案.所提方案设计了多于射频链路数的逻辑天线子阵列,以使每个射频链路能连接多个分布子阵列,从而提供更高的空间分集增益.进一步通过分析...     

最大化子阵列增益的多用户大规模MIMO混合预编码

模数混合预编码是大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统下行传输的一种有效方式.针对部分连接结构的多用户混合预编码系统的模拟预编码环节提出了最大化用户子阵列增益的用户和子阵列匹配准则,据此提取每个用户对应子阵列的信道相位信息生成该用户的模拟预编码向量,进而构造具有...     

基于格规约辅助的MIMO系统GMD-TH预编码方案

现有的GMD-TH(Geometric Mean Decomposition-Tomlison Harashima)预编码方案在发射端未对获得MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output)信道增益矩阵优化,因而其误码率和分集增益无法获得令人满意的效果.为此,在原有MIMO系统GMD-TH预编码的基础上,提出梁种基于格规约辅助的GMD-TH预编码方案.该方案采用基于格规约的算法对信道矩阵进行优化,经过优化的信道矩阵其列向量之间具有更好的正交性并且向量的长度更短,并且采用优化的信道矩阵提高了GMD-TH预编码MIMO系统的分集增益.仿真结果表明:相比于传统的线性预编码方案,该预编码方案有效地提高了MIMO分集增益,相同误码率下,信噪比降低3dB以上,具有实用价值.     

基于块对角化的格基规约GMD矢量预编码

研究了对多用户多输入多输出下行链路进行块对角化后,使用格基规约算法的几何均值分解矢量预编码的实现方法。根据块对角化思想将多用户多天线信道分解为等价并行子信道,基于等价子信道给出了单个用户的几何均值分解矢量预编码的传输方案,通过使用格基规约算法分别结合连续干扰消除和垂直分层空时编码两种方法,求解矢量预编码中的扰动矢量。仿真表明,提出的方法误码率性能优于块对角化矢量预编码算法2 dB以上,而且能在不降低系统性能的前提下降低计算复杂度。