基于GSIC的无小区大规模MIMO-NOMA系统下行可达速率分析

探索了无小区大规模多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)系统与非正交多址接入(Non-orthogonalmultipleaccess,NOMA)的融合方案,将基于群体串行干扰删除(Group successive interference cancellation,GSIC)的NOMA技术应用于无小区大规模MIMO系统下行链路,并提出根据用户等效路径损耗对用户进行群体划分的方法,推导得出基于GSIC的无小区大规模MIMO-NOMA系统下行链路用户可达速率表达式。仿真结果表明,相比于传统的串行干扰删除(Successive interference cancellation,SIC)-NOMA系统,基于GSIC的无小区大规模MIMO-NOMA系统在可达速率方面具有明显优势。

基于低精度量化的大规模MIMO-OFDM系统可达速率的研究

该文针对大规模MIMO-OFDM系统,研究当基站端仅配备低精度模数转换器且采用最大比合并(MRC)接收算法时系统中用户可达速率的性能。通过采用加性量化噪声模型(AQNM)将非线性量化函数转化为线性量化函数,首先推导得出用户上行可达速率的闭式表达式。然后基于此表达式,将具备低精度模数转换器系统与传统具有无穷精度的模数转换器系统性能进行分析比较。最后将该文所得到的结果进行仿真分析。同时,该文还指出通过增加基站端天线数目可以弥补由于低精度模数转换器所造成的系统性能的损失。

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。

带有广义反馈的多址接入中继信道的可达速率区域的研究

多址接入中继信道是含有多个接入节点、1个中继节点和1个目的接收节点的无线多用户信道,同时考虑接入节点之间能够接收彼此含噪的广义反馈信息,此种模型存在于接入节点之间协作通信能力较差的多跳无线网络和无线传感器网络。论文给出了带有此种广义反馈的离散无记忆多址接入中继信道的可达速率区域,并将这一结果推广到高斯信道。提出一个新的编码方案,主要基于速率划分和译码前传策略,并通过采用分组Markov叠加编码建立各接入源节点之间以及源节点和中继节点之间的协作通信,在可达性证明中还采用规则编码和反向译码策略。结果表明,在离散无记忆信道环境下可达速率区域相比较以往结果更具一般性,在高斯信道环境下可达速率区域被扩展。

等效全双工双向中继网络及其可达速率分析

构造了多节点辅助传输的两跳双向中继网络,双向数据通过时分交替收发的两个半双工节点中继,可实现节点全双工工作模式下双向中继网络的资源利用率。进一步考虑分别采用物理层网络编码及预编码技术,提出两种改进策略抑制中继节点间信道干扰对系统性能的负面作用,并对其双向可达速率进行了数值分析。结果表明:高斯环境中,两种改进策略均能有效改善中等干扰强度附近区域系统的双向可达速率。

单向放大转发中继D2D通信系统可达速率分析与联合功率优化

描述了基于放大转发中继underlay模式下的D2D传输模型,研究了用户最大发射功率受限前提下利用单向放大转发中继的D2D通信系统功率分配方法.首先从D2D系统端到端信干噪比表达出发,推导出D2D链路和蜂窝上下行链路的可达和速率,据此建立了可达和速率的联合功率优化模型,根据功率约束条件将双目标优化模型转化为单目标优化模型;然后采用Pareto优化方法最大化可达和速率,并提出相应的低复杂度实现算法.仿真结果表明:在中低信噪比区域,基于放大转发中继辅助的D2D通信性能显著优于传统D2D通信模式,采用Pareto功率优化方法可进一步提升D2D通信以及蜂窝上下行链路的系统可达和速率.

速率最大化可见光多用户预编码及图书馆应用

近年来,可见光通信(Visible-Light Communication, VLC)因其契合高能源效率、高可靠性和空天地海一体化泛在接入等多个关键维度而被认为是未来6G关键技术之一。在可见光多用户多接收机下行同时接入过程中,受光信道相关性和多用户干扰影响,子信道增益差异较大,较差子信道会严重影响系统性能。针对此问题,考虑强度调制/直接检测的可见光信道模型,在发送信号非负与总功率受限条件下,提出了系统可达和速率最大化的块对角化(Block Diagonalization, BD)多用户预编码算法,给出了速率最大化的子信道功率分配解析表达式,进一步基于子空间追踪对预编码矩阵进行了迭代优化,并进行了实测和示范应用。实验结果表明,系统和速率与基础算法相比有明显提升。

假设检验可达速率区域的一个内界

用信息论的数据压缩方法讨论两个相关信源假设检验问题．定义了复合假设检验的可达速率对，利用多用户信息论信源编码定理得到了复合假设检验可达速率区域的一个内界．

基于SWIPT的半双工中继QF协作可达速率分析

为解决中继节点能量受限的问题及提高系统能量效率以实现可靠绿色通信,提出了基于无线携能传输(SWIPT)技术的半双工中继量化转发(QF)协作系统.首先,建立基于SWIPT的半双工中继QF协作系统模型,信源节点和目的节点由电源供电,中继节点通过SWIPT技术同时实现信息传输和能量收集;其次,在功率分割协议下,推导出基于SWIPT的QF协作的可达速率表达式,证明可达速率是关于功率分割因子的凸函数,并求解出最优功率分割因子以优化可达速率;然后,针对慢衰落信道,进一步分析了基于SWIPT的QF协作的预期速率;最后,理论分析与仿真结果表明,基于SWIPT的QF协作的可达速率或预期速率均明显优于传统放大转发和译码转发协作,并且基于SWIPT的QF协作在中继节点没有外部供电的情形下,能达到与传统QF协作相近的性能.

假设检验可达到速率区域的一个内界

本文用信息论的数据压缩方法讨论两个相关信源假设检验问题．定义了复合假设检验的可达速率对，利用多用户信息论信源码定理得到了复合假设检验可达速率区域的一个内界．

对称循环高斯干扰信道下的速率分裂方案及其可达和速率

通过分析Han-Kobayashi(HK)策略在N用户对称循环高斯干扰信道中的应用,提出了一种自适应奇偶对称速率分裂方案。该方案针对不同的信道条件设计出相应的速率分裂方案及最优分裂系数,在简化了计算复杂度的同时,使系统和速率趋近HK和速率内界。最后,分别在高信噪比和一般信噪比环境下进行仿真发现,自适应奇偶对称速率分裂方案的和速率在很大范围内明显大于对称速率分裂方案和Tse等人提出的速率分裂方案的和速率,且在一般信噪比下能够逼近HK和速率内界。

多级中继窃听信道的可达安全速率

该文研究多级中继的窃听信道的安全性能,推导了疑义速率范围及可达安全速率的表达式,并且给出高斯信道下的相应结论.假定在功率受限的情况下,分析了高斯信道下两级中继窃听信道和单中继窃听信道的可达安全速率,仿真比较了可达安全速率的大小.结果表明:当中继节点距离源节点较远时,布设多级中继可得到比单中继更大的安全速率,说明了多级中继窃听信道在一定意义上比单中继窃听信道的安全性能更好.

基于鲁棒波束成形的WSNs可达安全速率研究

针对WSNs节点间通信易受非法节点窃听的问题,提出了鲁棒波束成形噪声发送策略来提高节点间的可达安全速率.假设协作干扰节点只知道其到窃听节点的部分信道状态信息,在最差信道条件下通过优化协作干扰节点的噪声输入协方差矩阵来最大化系统的可达安全速率.为求解此非凸的最大最小化问题,首先通过数学等价转化将该非凸问题转化为半定规划问题,然后设计了一维搜索算法来计算节点间的最优可达安全速率.最后,通过仿真验证了所提算法的有效性.

基于用户归一化可达和速率MSE的导频分配方案

在多小区大规模MIMO系统中,导频复用导致相邻小区导频污染。为了减少导频污染,并兼顾各用户可达和速率的公平性,提出一种基于各用户的归一化可达和速率MSE的导频分配方案。通过提高用户最小可达和速率来提高全用户的平均可达和速率,在此基础上,提出将随机导频分配与各用户的归一化可达和速率MSE算法结合起来的导频分配方案。仿真结果表明,提出的导频分配方案既能有效保证系统平均可达和速率,又能保证用户的最小可达和速率。

存在多个窃听节点的WSNs可达保密速率研究

当无线传感器网络中存在多个非法窃听节点时,合法节点间通信的安全性就面临着严重威胁;针对此问题,在发送节点不知道其到各窃听节点准确信道状态信息的情况下,优化出可使节点间可达保密速率最大化的最优输入协方差矩阵;此优化问题是一个很难直接求解的非凸优化问题,文中通过一些等价变换将此非凸优化问题转变成一个仅由凸约束集构成的可行性问题,并利用二分法设计了计算最大可达保密速率的迭代算法;最后针对窃听节点的数目以及信道误差的大小对可达保密速率的影响进行了仿真,仿真结果验证了算法的有效性和理论分析的正确性。

基于有源智能反射面反射单元分组的反射调制系统

为克服智能反射面(IRS)辅助通信系统的“双重路径损耗”,进一步提升系统的可靠性和频谱效率,该文提出一种基于有源IRS反射单元分组的反射调制(RM)系统方案,利用有源反射单元分组的数量来传输额外信息。然后基于矩母函数推导了最大似然检测算法下基站发射符号与有源反射单元分组数量的平均成对错误概率,获取到系统的理论比特错误概率(BEP)上界以及可达速率。仿真结果验证了理论推导的准确性,同时表明所提方案具有更优的误码性能和频谱效率。

多用户全双工协作PNOMA系统非正交率控制及功率分配优化算法

传统NOMA系统远近用户设备(User Equipment,UE)之间在时频资源上信号完全重叠,以期获得最高的频率利用率,但其中UE之间的干扰也成为核心问题之一.部分NOMA(Partial NOMA,PNOMA)系统由于仅在部分频段实现NOMA共存,因此可以优化协调UE之间的干扰.相较于传统NOMA系统,PNOMA系统能够极大地降低非理想连续干扰相消(imperfect Successive Interference Cancellation,ipSIC)对于系统和速率的消极影响.基于全双工协作NOMA(Full Duplex Cooperative NOMA,FD-CNOMA)系统和PNOMA系统,本文提出了一种全双工协作部分NOMA(FDCPNOMA)方案以优化UE之间干扰,提高系统可达速率.考虑由一个基站和若干个远近UE构成的FD-CPNOMA系统,针对实际中存在非理想连续干扰消除问题,本文给出了UE配对、非正交率控制及功率分配的优化算法,并推导了此模型下UE中断概率闭式解.仿真结果表明,本文提出的UE配对方案性能优于其他三种配对方案,所提出的PNOMA系统最大可达速率均优于相应的传统NOMA系统,提出的FD-CPNOMA系统在低信噪比下的最大可达速率比半双工协作部分NOMA(HD-CPNOMA)系统和PNOMA系统分别高出95.42%、44.06%,并且在高信噪比下可以较好地实现UE间公平性和平均可达速率的折衷.

基于SSK的室内VLPC系统设计及性能分析

本文设计了一个多输入单输出(Multiple-Input Single-Output,MISO)的三维室内可见光定位通信一体化(Visible Light Position and Communication,VLPC)系统,该系统在接收端基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)的三维可见光定位(Visible Light Position,VLP)算法获得定位数据,同时估计信道状态信息(Channel State Information,CSI)并上传给发射端进行定向通信.该系统的发射端基于空移键控(Space Shift Keying,SSK)的室内可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术实现系统的通信功能.另外,本方案可以完全避免通信与定位子系统之间的干扰.同时,通过推导定位误差的克拉美罗下界(Cramér-Rao Lower Bound,CRLB)和SSK-VLC的通信可达速率来评估本文提出的VLPC系统的性能.仿真结果验证了本文所提方案的有效性.

受分子寿命影响的中继最大可达传输速率

基于扩散的分子通信以分子作为信息载体进行信息的传输,分子在信道中做布朗运动,遵循菲克扩散定律。随着扩散距离的增加,分子浓度急速衰减,造成信道可达传输速率非常低,因此,可以采用中继传输来提高传输性能。鉴于扩散分子通信中继可达传输速率是业界研究的热点与难点,采用配体-受体结合机制,考虑分子寿命及分子到达概率等因素的影响,研究了基于扩散的分子通信中继信道对分子传输可达速率的影响,也探索了基于分子寿命的中继节点位置对中继可达传输速率的影响。仿真结果显示,随着分子寿命的增加,分子在信道中存在的时间增加,使得信道最大传输速率增大。同时,随着分子寿命的增加,中继节点需要靠向接收端,才能使信道最大传输速率达到最大。

紧凑空间下大规模数字相控阵混合ADC接收机性能分析

针对紧凑空间互耦效应影响下的大规模数字相控阵混合ADC接收机性能评估问题,提出一种混合ADC接收机性能分析方法。首先,通过联合考虑三维信道模型、互耦效应模型和ADC量化噪声模型,对互耦效应影响下的传播信道进行建模;然后,采用线性最大比合并接收机,基于随机矩阵理论,推导给定天线阵列拓扑结构下系统可达速率的闭式表达式;最后,分别对均匀线性阵列、均匀平面阵列在不同混合ADC配置方案下的可达速率进行理论计算和数值仿真。计算与仿真结果均表明优化混合ADC配置方案可以有效提升系统可达速率,该结论可以为紧凑空间下高可达速率的混合ADC接收机设计提供理论支撑。