联合RIS子块与接收天线的索引调制方案性能分析

利用大量无源反射器件设计的可重构智能表面(RIS),具有拓展无线通信覆盖范围、降低系统成本/功耗和提升未来通信系统性能的优势;而索引调制(IM),通过激活通信资源的子集可实现信息的隐性传输,有望为无线通信带来更高的频谱效率和能量效率,因此,为进一步提升未来无线通信系统的性能,该论文融合RIS与IM技术,提出一种联合RIS子块与接收天线的IM方案。在该方案中,按照相邻原则,将RIS反射元件分割为若干子块,进而利用RIS子块索引与接收天线索引同时实现附加信息传递,即对待传输比特序列,将其分割为三部分,其中第一部比特被调制为星座符号,第二部分用于指示RIS子块划分,第三部分用于指示接收天线索引;在此基础上,根据最大似然(ML)检测的成对错误概率(PEP)解析形式,分四种情况,从理论上推导出对应的矩母函数(MGF),得到无条件PEP的解析表达式,最后得到该方案ML检测的平均误码率(ABER)性能上界。仿真结果表明,与现有RIS辅助的IM方案相比,无须增加额外频谱资源,所提方案的系统可达速率和系统差错性能方面均具有一定优势;同时,验证了ML检测的ABER上界具备严格一致性。

联合物理层与MAC层的multi-TRP上行重叠传输处理机制

针对非理想回程下现有协议难以有效处理多传输接收节点(multi-TRP)场景中多定时提前(multi-TA)导致的严重上行链路(UL)重叠传输问题,联合改进物理层复用技术和介质访问控制(MAC)令牌桶技术,提出了一种新型的UL重叠传输处理机制。该新型机制通过改进物理层重叠信道识别流程、复用要求及复用规则,将物理层复用信息与重叠信息反馈至MAC层,并对MAC层令牌桶技术进行优化。通过仿真实验对所提机制与现有协议机制进行对比,结果表明,在逻辑时隙不可重叠和可重叠2种情形下,物理上行控制信道(PUCCH)实际复用数量性能平均提升了57.58%和49.40%,物理上行共享信道(PUSCH)实际可用资源数量性能平均提升了12.09%和26.03%;优先级最高逻辑信道实际占用资源数量性能平均提升了33.33%和45.48%。

基于样本信息熵辅助的深度强化学习抗干扰策略

针对深度强化学习驱动的智能化干扰,提出了一种基于样本信息熵辅助的通信抗干扰策略。首先,基于神经网络对抗干扰策略网络和熵预测网络进行设计;接着,利用短时傅里叶变换对接收信号处理所形成的频谱瀑布图作为样本,对抗干扰策略网络和信息熵预测网络进行训练;之后,利用信息熵预测网络对抗干扰策略网络的训练样本进行精细化筛选,以提高训练样本的质量,最终提高抗干扰策略的在线决策能力和泛化性能。仿真结果表明,在干扰方干扰策略更新频率不超过通信方40倍且最大干扰通道数为3的极端条件下,基于样本信息熵辅助的通信抗干扰策略仍可取得至少61%的成功率;同时,与其他几种对比抗干扰策略相比,所提通信抗干扰策略具有更快的收敛速度。

智能反射表面辅助的MISO通信系统的物理层安全设计方案

智能反射表面(IRS)可通过调整反射单元的相位来提升无线通信物理层安全。针对IRS辅助的多输入单输出(MISO)通信系统,提出一种基于交替迭代的物理层安全设计方案。首先基于安全速率最大化原则,构建一个含有非凸约束的非凸目标函数;然后采用丁克尔巴赫算法和黎曼流形优化算法将非凸问题转化为一系列易于求解的子问题;最后采用交替迭代法实现发送波束成形和IRS相移矩阵的优化设计。仿真结果表明,与现有方案相比,所提方案在计算复杂度与系统安全速率之间取得了更好的折中。

基于四阶累积量和时间平滑的相干信号DOA估计

高斯色噪声背景下,针对多径环境下的多用户波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,提出一种联合处理算法。新算法首先利用四阶累积量估计出各个用户的空间特征,然后利用基于时间平滑的多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法实现各用户多径信号的DOA估计。该算法突破了传统空间平滑类算法的局限,对于M元均匀线阵,新算法最多可估计M×(M-1)个DOA,且各DOA与各用户可自动实现配对。计算机仿真结果验证了算法的有效性。

基于Matlab的《信号检测与估计》课程教学改革

针对《信号检测与估计》课程教学过程中存在的若干问题,依据我校信号类课程总体教学改革的要求,文中提出利用Matlab软件,以实例分析的方法进行课程教学。教学实践反馈表明:以Matlab软件作为辅助教学工具,不但使学生对知识点的理解更加透彻,而且对调动学生的学习积极性、提高学生仿真软件的使用能力具有切实的帮助。

多径条件下基于辅助阵元的阵列幅相误差自校正

针对多径环境中均匀线阵(uniform linear array,ULA)的幅相误差的校正问题,在不破坏阵列幅相误差矩阵的前提下,提出了一种多径条件下基于辅助阵元的波达方向(direction of arrival,DOA)估计及幅相误差自校正算法。利用阵列平移的方法对相干信号进行解相干预处理,再利用辅助阵元依据子空间原理构建代阶函数实现相干信源的方位估计,进而对阵列幅相误差进行估计。计算机仿真结果表明,该算法对多径环境下的相干信源具有准确的方位估计与幅相误差自校正性能。

均匀线阵混合信源DOA估计与互耦误差自校正

针对均匀线阵(uniform linear array,ULA)互耦条件下混合信源的波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,基于联合对角化算法,提出了一种基于3步实现的DOA与互耦系数估计新算法。首先利用互耦矩阵的Toeplitz结构实现混合信源中独立信源的DOA及互耦系数的粗估计;然后结合斜投影及前后向空间平滑,实现混合信源DOA估计;最后以广义空间特征矩阵及混合信源DOA估计值为基础,提出一种非子空间类互耦系数自校正方法。计算机仿真结果表明,与同类算法相比,所提算法无论在DOA及互耦系数估计精度、还是在DOA估计成功率方面,均具有明显的优势,且对于高斯背景噪声具有普适性。

高斯噪声背景下多用户波达方向估计与互耦自校正

在高斯噪声背景下,针对互耦条件下的均匀线阵(Uniform Linear Array,ULA),该文提出了一种联合多用户波达方向(Direction Of Arrival,DOA)估计与互耦误差自校正算法。该算法首先利用特征矩阵联合相似对角化(Joint Approximative Diagonalization of Eigen matrix,JADE)方法估计出各用户广义空间特征矢量,然后定义了一个将各用户广义空间特征矢量转换为只与部分阵元相关的转换矩阵,进而在斜投影及前后向空间平滑的基础上,实现了多用户相干信源DOA估计,最后以多用户相干信源DOA及广义空间特征矢量估计值为基础,给出一种互耦自校正方法。仿真结果表明:该算法具有较高的DOA估计精度及DOA估计成功率,而且对高斯白噪声/色噪声背景,阵列互耦误差已知/未知情形,均具有普适性。

基于交替迭代的混合信号DoA与ULA互耦误差估计算法

针对互耦条件下均匀线阵(Uniform Linear Array,ULA),该文基于交替迭代提出一种适用于混合信号模型的波达方向(Direction of Arrival,DoA)与互耦误差估计算法。算法首先利用ULA互耦矩阵的带状Toeplitz结构,提出一种基于门限的非相干信源DoA估计方法,进而实现互耦误差初步估计;在此基础上,以交互迭代方式实现混合信号DoA估计及互耦误差更新。算法最多只需二次交互迭代,就可实现收敛。计算机仿真结果表明:该算法在较少接收快拍数及低信噪比情况下,均具有良好的DoA及互耦误差估计性能。

色噪声下MIMO信道估计优化及容量下限分析

针对色噪声背景下MIMO块平坦衰落信道进行了估计和优化,并以信道估计的优化结果为基础,分析了估计信道的互信息量下限和系统的容量下限,提出了利用注水算法来优化发射端天线阵列的功率分配,以提高系统容量下限。仿真结果表明利用信道估计的优化结果,同时通过发送功率优化分配,可使MIMO系统容量下限有明显提高。

L型阵列的二维DOA估计方法

低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)或小接收快拍数条件下,经典的二维(two-dimensional,2D)波达方向(direction of arrival,DOA)算法存在估计精度低的缺点。针对该问题,充分利用L型阵列接收数据的自、互相关信息,提出一种适用于低SNR及小接收快拍数环境下的2D DOA估计新方法。该方法首先通过解析优化2D谱峰搜索问题,获得方位角与仰角之间的特定约束关系,进而将包含2D角度参量的目标函数转化为只包含一维(one-dimensional,1D)角度参量,即可通过1D谱峰搜索获得方位角(或仰角)估计值,最后再次利用该约束关系求得与之对应的仰角(或方位角)估计值。该方法只需1D谱峰搜索,而且所得2D角度估计参数可自动实现配对。计算机仿真验证了该方法在低SNR及小接收快拍数情况下的有效性。

基于索引调制的RIS辅助SIMO通信系统信号检测算法

面对未来无线移动通信对通信质量和频谱效率的更高要求,该文融合索引调制(IM)与可重构智能表面(RIS)技术,建立基于IM的RIS辅助单输入多输出(SIMO)通信系统架构,并提出一种基于变分贝叶斯推断(VBI)的信号检测算法。首先,在该系统中,RIS单元被划分为若干子块,利用RIS子块的激活状态传递附加信息;接着,利用VBI给出激活RIS子块对应的相移矢量与待检测信号的近似后验分布;最后,利用RIS相移矢量近似后验分布的对数零梯度值结合正交匹配追踪算法(OMP)恢复出索引信息比特,进而利用待检测信号对数零梯度值,恢复出发送信号。同时,从理论上推导了基于IM的RIS辅助SIMO系统平均速率。仿真结果表明,与传统RIS辅助的SIMO通信系统相比,基于IM的RIS辅助SIMO系统具有更高的系统平均速率;并且与现有算法相比,该文算法具有更低的误比特率。

基于切比雪夫-迹迭代的大规模MIMO系统软输出信号检测

在多用户大规模多输入多输出(MIMO)系统信号检测算法中,最小均方误差(MMSE)算法可取得近似最优性能,但MMSE算法中高维矩阵求逆的复杂度过高,导致在实际应用中难以快速有效地实现。同时,对于高阶正交幅度调制(HQAM),如果符号向比特的解映射采用硬判决,将会导致后续信道译码的性能明显下降。因此,该文针对采用格雷编码的HQAM的多用户大规模MIMO系统,提出一种基于切比雪夫-迹迭代(CTI)的低复杂度软输出信号检测算法。该算法不但有效地规避了信号检测所需的高维矩阵求逆,同时,利用格雷编码的调制信号的比特翻转特性和二叉树结构,给出了一种融合三叉链表搜索的比特对数似然比(LLR)简化计算方法。仿真结果表明,该文所提的软输出信号检测算法最多需要3次迭代就能收敛并可取得接近MMSE算法的性能,在复杂度和性能之间取得了很好的折中。

空间相关环境下一种稳健的V-BLAST迭代检测算法

利用Householder变换,并结合WY表示形式,该文首先提出一种修正的Householder QR分解(M-H-QRD)算法,与排序QRD(S-QRD)检测算法相比:M-H-QRD检测算法在空间相关信道环境下具有稳健的数值特性;然后以此为基础,提出了一种基于M-H-QRD的V-BLAST迭代检测算法。仿真结果表明:在空间相关信道环境下,该算法比S-QRD检测算法、M-H-QRD检测算法在性能上具有明显的改善;与标准的V-BLAST算法相比,在高信噪比范围,迭代检测算法取得了与标准的V-BLAST算法几乎同等的性能,在中低信噪比范围,迭代检测算法优于标准的V-BLAST检测算法,同时数值特性比标准的V-BLAST检测算法更为稳健。

时变多径MIMO信道中一种带自适应信道追踪的序列检测方法

该文针对时变多径MIMO信道，各MISO子系统首先分别采用混合MLSE（H—MLSE）处理，然后结合Г-幸存状态选择，提出了一种复杂度可控的、带自适应信道追踪的序列检测方法。与传统的MLSE算法相比，该方法具有3个显著特征：通过参数选择，可实现对算法复杂度的可控调节；通过嵌入的判决导向/LMS（DD／LMS）算法，对各幸存状态转移对应的幸存路径上的信道参数可实现接近零时延追踪；可部分采用并行处理技术来实现。对具有两条多径的2X4 MIMO时变信道通过数值仿真表明：当Г-≥2时，该方法可获得满意的检测性能。

一种稀疏码本多址接入码本优化设计方法

稀疏码多址接入(SCMA)作为一种具有竞争力的非正交多址接入(NOMA)技术,该技术通过高维调制与稀疏扩频的结合,有效地提升了系统的频谱效率。该文针对现有SCMA码本设计中存在的问题,提出一种同时适用于高斯信道和瑞利衰落信道的SCMA码本优化设计方法。在该方法中,首先通过旋转基准星座和母星座,实现母星座在各个维度上投影点间的最小欧氏距离以及叠加在单个资源块上的总星座中与各用户对应的星座图上星座点间的最小欧氏距离的最大化,以提升SCMA码本在高斯信道下的性能;进而在保持总星座上星座点间最小欧氏距离不变的条件下,通过旋转叠加在单个资源块上多个用户的星座,优化叠加在单个资源块上的与各用户对应的星座图中星座点间最小乘积距离和信号空间分集(SSD)阶数,最后结合Q路坐标交织技术获得额外的分集增益,以提升系统抗信道衰落的能力。仿真结果显示:在高斯信道和瑞利衰落信道下,该文设计的SCMA码本的性能均明显优于华为公司提出的SCMA码本和低密度扩频多址接入(LDS-MA)技术。

多天线通信系统中一种自适应分组检测算法

针对多天线通信系统,提出了一种基于信道质量的自适应分组检测算法。该算法首先对信道矩阵作修正的选主列QR分解,然后根据各检测层的后检测信噪比与预先计算并存储在系统中的分组门限相比较的结果,将待检符号矢量分为敏感符号分组和可靠符号分组。对敏感符号分组优先采用具有接近最大似然性能的球形译码算法检测,在消除了敏感符号分组影响后,对可靠符号分组采用低复杂度的逐层检测算法。由于分组门限的设置依据后检测信噪比的统计特性,而后检测信噪比与信道环境密切相关,因此,该算法能够根据信道质量自适应调整敏感符号分组中的符号数目,从而可通过选择分组门限,实现对系统检测性能和复杂度的折中考虑。计算机仿真验证了该算法的有效性。

基于Matern簇过程的NOMA-HetNet覆盖概率分析

考虑到用户与基站间的相关性和网络的不规则性,建立了基于Matern簇过程(MCP)的非正交多址接入型异构网(NOMA-HetNet)模型,并结合该模型分析了各类用户的覆盖概率。在分析过程中,首先,从理论上推导出用户的信干噪比(SINR);其次,针对现实中的非完美串行干扰消除(SIC)方案,给出了一种更符合实际情况的SINR上限更新规则;然后,利用空间坐标系、概率论、随机几何理论和顺序统计量等数学工具分析了各类用户关联概率和服务距离;最后,推导了各类用户覆盖概率的理论表达式。利用数值仿真分析了簇半径、基站密度和干扰残余因子对服务距离和覆盖概率的影响,取得了与理论分析相吻合的结果,验证了理论分析的正确性。

毫米波大规模MIMO-NOMA系统中基于动态子连接混合结构的预编码设计

针对毫米波大规模多输入多输出-非正交多址接入(massive multiple input multiple output non-orthogonal multiple access,mMIMO-NOMA)系统硬件成本和功耗过大问题,基于动态子连接混合结构(dynamically sub-connected hybrid architecture,DSC-HA),提出一种高效预编码方案。首先,在用户分组的基础上,基于等效信道增益最大化原则,利用Kuhn-Munkras算法匹配各NOMA簇用户的信道状态信息,以实现动态天线分组,进而完成模拟预编码设计。接着,利用NOMA簇内强用户的等效信道来实现数字预编码设计,以减小簇间干扰。最后,通过优化簇内用户间功率分配来减小簇内用户间干扰。仿真结果表明,基于DSC-HA的预编码方案不但系统和速率优于基于子连接混合结构的预编码方案,而且能效明显优于基于全连接混合结构和基于全数字结构的预编码方案。