互耦效应对超大规模MIMO天线系统信道容量的影响

超大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)天线系统是6G的关键技术,由于天线单元间距很小,多个天线单元的互耦效应是影响其性能的因素之一。建立了基于石墨烯基贴片天线阵列-子阵列架构的超大规模MIMO天线系统,推导出了互耦效应影响下的信道容量表达式。通过电磁场数值计算仿真了超大规模MIMO天线系统的信道容量,结果表明,在不考虑互耦效应时,超大规模MIMO天线系统的信道容量与子阵列天线单元数、子阵列数以及发射机功率正相关;在互耦效应的影响下,系统的信道容量降低,互耦效应的强弱与子阵列天线单元的间距有关,天线单元间间距越小,相邻天线间的互耦效应越明显,系统的信道容量越小。该仿真结果可以为6G中超大规模MIMO天线系统的设计提供参考。

通感一体去蜂窝超大规模MIMO与高频段无线接入技术

随着全息类通信、数字孪生、虚实空间融合互动等新兴应用的快速涌现,未来移动通信系统需要能够支持超大容量无线传输和极高精度定位。基于去蜂窝超大规模MIMO系统的分布式天线阵列和以用户为中心的可伸缩服务架构,进行通信与感知一体化设计,实现高能/谱效传输与带内高精度感知定位,是一种有效的解决思路。首先介绍了未来移动通信系统的潜在技术和应用需求;接着从波束成形与系统性能分析、导频分配与信道估计、回程/前向链路受限下的性能优化等方面介绍了去蜂窝超大规模MIMO系统的研究现状;之后从基本信息理论分析、通信感知一体化接入方法、联合信道估计和位置更新方法、位置信息辅助的分布式波束成形、高能/谱效的分布式资源优化、高频段近场无线接入等方面分析了通感一体去蜂窝超大规模MIMO技术的未来研究方向;最后总结了通感一体去蜂窝超大规模MIMO系统的主要优势和未来仍需关注的问题。

基于位置分配的去蜂窝massive MIMO系统导频分配功率控制算法

针对去蜂窝(cell free,CF)大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统中存在严重的导频污染问题,提出了一种基于位置分配的贪婪导频分配功率控制算法(greedy pilot assignment based on location with pilot power control,GPABL with PPC).首先,遵循相邻用户不分配相同导频序列的原则进行贪婪导频分配(greedy pilot assignment,GPA);然后,在导频分配的基础上叠加了导频功率控制,选择合理的导频功率控制系数减小信道估计的均方误差.仿真结果表明,将两种方式结合起来进行导频优化,系统的吞吐能力有所提升.

去蜂窝大规模MIMO系统研究进展与发展趋势

去蜂窝大规模多天线(multiple input multiple output,MIMO)引入"以用户为中心"的思想,通过部署多个分布式接入点(access points,APs),利用相同的时频资源为所有用户服务,有效缩短AP与用户的距离,获得空间宏分集增益,大幅降低路径损耗,并利用大量AP带来的有利传播,减少多用户干扰,从而使全区域均匀覆盖并大幅提升用户体验。去蜂窝大规模MIMO技术刚刚提出,发展尚处于探索阶段。结合国内外移动通信发展的最新趋势,对去蜂窝大规模MIMO系统的基本特点、关键技术、核心挑战与发展趋势进行了介绍和展望,并分为信息理论分析和信号处理技术2个部分,重点论述了信道硬化、有利传播、空间相关、导频分配、信道估计、信号检测等关键技术。指出了去蜂窝大规模MIMO有望成为后5G(beyond 5G)和6G的核心关键技术之一。

异质无蜂窝MIMO绿色通信网络

异质无蜂窝多天线(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统是未来移动网络发展的方向之一,也是极具节能潜力的高效通信系统。本文首先对异质无蜂窝MIMO系统的整体构架进行了介绍,从整体的角度分析该网络的具体构架和节能潜力,随后从绿色网络部署与协作、网络运行与调度以及用户接入、高能效MIMO收发机技术和传输与多址等方面介绍了基本原理和潜在节能增益。随着信息超材料的发展,一些全新的异质MIMO收发机逐渐展现了其在能效方面的优势,合理利用这些新型的收发机技术将有效提高系统能效。除了硬件带来的增益之外,异质无蜂窝组网的增益主要来源于各个接入点的协作传输所形成的超大规模MIMO,而这也带来了更加复杂的信号传输模式,同时受限于有限的算力资源,系统不可能无限协作,因此需要对该系统的接入点部署策略和协作方式进行全新的研究。在完成部署之后,由于用户在空间和时间上的通信需求变化较大,还可以利用深度学习等技术对用户的行为进行一定程度的预测,并在空间和时间上对通信设备的运行状态进行调整,在满足通信指标的同时提高系统的能效。最后,用户的多址接入与传输方式则是整个异质无蜂窝MIMO系统的基础,新型的速率分割多址接入(Rate-Splitting Multiple Access,RSMA)技术可以有效对抗干扰,而针对异质无蜂窝MIMO系统的传输波束赋形也需要进行全新的设计以适应RSMA技术和异质的MIMO设备。本文还同时讨论了以上各个方面的可能设计以及未来研究方向。

微蜂窝MIMO通信系统信道模型研究

城市微蜂窝移动通信电波传播环境相当复杂,特别是针对未来陆地蜂窝移动通信系统基于智能天线应用的规范标准要求,建立这种无线传播信道的有效模型无论对理论分析、系统优化设计以及网络工程规划来说都是非常重要的。为此从多径色散信道的特性分析出发,采用电磁散射理论和电波传播原理建立了基于阵列天线的微蜂窝多输入多输出物理信道模型,对刻画信道特性的一些重要性能参数,如空间相关性和时间演化等进行了仿真分析和研究。与有关文献结果的比较,表明了所建立的微蜂窝移动通信信道模型的有效性。

基于网络MIMO协作增加下行蜂窝吞吐量

文章用站点的12根天线,功能分区化,预定的分组数据和固定的用户数估计下行蜂窝网中单用户MIMO,多用户MIMO和网络MIMO的性能。与每站点有3个扇区的单用户MIMO基准系统相比,当同一基站的天线之间在站内协作时,发现网络MIMO协作可以增加吞吐量。此时站内协作的系统几乎可以与高度分区化系统(每个站点有12个扇区)的表现一样好,并且增加协作簇的大小也可以增加吞吐量的增益。

Massive MIMO蜂窝网络中减轻导频污染研究

Massive MIMO系统是5G通信的关键技术,而上行导频污染是Massive MIMO蜂窝网络TDD系统的主要性能瓶颈。解决这个问题的有效方法是在时间维度上错开相邻小区之间发射的导频序列。本文在综述了两种运用导频序列减轻相邻小区的导频污染基础上,提出了一种新型的蜂窝系统中小区划分方案,即将每3个小区划分为一组,并在小组内应用交错帧结构,在时隙上错开小组内小区导频序列,并结合蜂窝系统中小区自行划分调度的方法,来共同达到减轻导频污染的目的。

基于WPT的去蜂窝mMIMO系统中无人机轨迹与充放电联合优化方法

在去蜂窝大规模多输入多输出(CF-mMIMO, cell-free massive multiple-input multiple-output)系统中,无人机(UAV, unmanned aerial vehicle)作为移动接入点(AP, access point),在通信和任务执行中发挥的作用越来越重要。为了提高UAV执行复杂任务时的续航能力,研究了基于无线电力传输(WPT, wireless power transmission)的CF-mMIMO的UAV能量收发和轨迹设计方法。以中断用户的通信公平性为优化目标,考虑在UAV任务执行过程中由接入点提供能量补给的能耗约束,对UAV的飞行轨迹、充放电时隙以及波束成形进行联合优化。针对该复杂优化问题,采用基于角度搜索的通信辅助深度Q网络(DQN, deep Q-network)算法,通过限制搜索空间的角度范围,对问题进行有限空间搜索。仿真结果表明,在UAV兼顾续航以及通信情况下,该算法能显著提高UAV的使用率并增强中断用户设备(UE, user equipment)的通信公平性,实现区域动态覆盖。

6G关键技术及其面临的挑战

6G及未来的通信系统网络将满足一个世界性完全连接的要求,革命性的技术方案预计将推动快速增长的智能设备和服务应用。针对实现6G互联互通目标的重大技术应用进行深入的相关主题研究,包括在太赫兹波段与更广泛的网络操作实现通信、智能通信环境、人工智能、网络自动化、环境反向散射通信、用立方体卫星和无人机实现的卫星物联网、无蜂窝大规模MIMO通信等,并讨论技术应用可能面临的问题挑战。

基于“四色原理”的蜂窝小区分配及干扰对比

针对在Massive MIMO系统中限制系统的码速率的主要因素是不同小区间的干扰,提出了基于"四色原理"结合频分和码分并结合软频率复用(SFR)的蜂窝系统模型,并利用扇区划分采用定向天线提高系统容量。此模型增加了复用同一资源的小区之间的距离,减轻小区间的干扰。由于码分、频分结合使用,相比于仅用一种资源的复用技术提高通信系统的可靠性。

对偶基上改进CDPD系统RS编解码器的实现

以蜂窝数字分组数据系统(CDPD)中的RS(63,47)码为例,提出了一种建立在伽罗华域(GaloisFields)对偶基乘法器基础上的改进的Reed-Solomon编解码器。针对CDPD系统的特点,对乘法器、欧几里德算法进行改进,并且应用流水线设计来优化系统,从而提高了编解码速度和性能,节省了硬件资源。该设计不但完全满足CDPD系统的设计要求,而且电路结构便于超大规模集成电路(VLSI)的实现,具有广泛的适用范围。

基于合作MIMO和分数频率复用的上行蜂窝系统信道容量

通过理论推导和仿真对一个存在同频干扰的上行蜂窝网中的合作多输入多输出(MIMO)系统的信道容量进行了研究,仿真结果表明由于严重的同频道干扰,整个上行蜂窝系统无法实现全频率复用。提出了一种基于分数频率复用(FFR)与合作MIMO相组合的网络结构以及两种系统时频资源分配方案。信道容量计算结果显示:考虑同频道干扰时,对于信道传播损耗因子较小、小区半径较小或发射功率较大的情况,该分数频率复用与合作MIMO的组合系统的信道容量会超过频率复用因子为1的合作MIMO系统。通过该组合结构可以实现频率复用率和同频道干扰抑制间的折中,从而获得较大的信道容量。

4G开启移动互联新时代

通信与信息系统是构建现代信息社会的重要基石,而无线通信则是实现“5W”目标(Whoever、Wherever、Whenever、Whomever、Whatever,即任何人可在任何时候、任何地方、与任何人、进行任何形式通信)这一终极理想的必要途径. 将时间回溯至1978年,美国贝尔实验室开发的先进移动电话业务(AMPS)系统(1G),拉开了现代人类通信时代的大幕;20世纪90年代,采用数字调制技术的第二代蜂窝移动通信系统(2G)逐渐兴起;此后,过渡性的GPRS技术(2.5G)初步解决了GSM在系统容量、传输速率、频谱效率方面的局限性;随之而来的3G大规模商用,带动了移动互联产业迅猛发展.