多用户MIMO双向中继信道鲁棒预编码

在多用户MIMO双向中继系统中,若使用非理想信道模型,中继处仅能获得部分下行信道状态信息,这样将导致系统性能大幅度下降。由此提出基于最小信干噪比最大化的鲁棒预编码方案。仿真表明,该方案不仅可以使最差信干噪比最大化,也有效地改善了系统的比特误码率性能。

多用户对多中继双向通信系统中继选择与功率分配策略

针对多用户对多中继双向通信系统,提出了一种中继选择与功率分配联合算法,目的是改进系统的误码率性能和降低系统的运算复杂度。所提出的新型联合算法为每对用户节点选择出最佳中继,最佳中继将接收到的信息进行网络编码后向所有节点广播,联合算法也对每个节点的发送功率进行分配。建立了新型联合算法下系统的误码率闭合表达式,并验证了解析分析的正确性。结果表明,与传统的等功率发送算法相比,本文的联合算法可以获得更好的误码率性能。

上行多用户MIMO中继系统中基于不完全信道状态信息的预编码算法

论文研究了存在信道估计误差及天线相关条件下,上行多用户MIMO中继系统的预编码问题,目标是提升系统的误比特率性能。针对基于放大转发中继技术的上行多用户MIMO中继系统,考虑源-中继和中继-目的端信道中存在的信道估计误差及天线相关,提出一种基于不完全信道状态信息(Channel State Information,CSI)的预编码设计方案。首先根据最小均方误差(Minimum Mean-Squared Error,MMSE)准则设计代价函数,以发射端和中继端最大功率为约束条件,通过理论推导求得中继端和发射端的线性预编码矩阵,最后采用迭代下降法得到接收端处理矩阵的闭式解。数值仿真结果表明,在存在信道估计误差和天线相关的条件下,与现有算法相比,所提算法能有效降低系统的误比特率。

基于不完全信道状态信息的多用户MIMO中继系统预编码算法

针对上行多用户MIMO中继系统,在信道存在反馈延迟及估计误差的条件下,以误比特率(Bit error rate,BER)为优化目标,提出了基于最小均方误差(Minimum mean?squared error,MMSE)准则的预编码算法。所提算法将求解发射端、中继节点、接收端矩阵的复杂非凸问题分解为3个独立的子优化问题,发射端的用户配备单天线且服从空间独立分布,先确定发射端预编码矩阵,将求解中继矩阵的凸优化问题转化为半正定规划(Semi?definite programming,SDP)问题,采用CVX工具箱求解,接收端处理矩阵通过线性搜索法求解,最后采用联合迭代法得到各节点矩阵的最优解。仿真结果表明,所提算法能有效改善系统的误比特率性能。

多用户对双向中继空频信道配对方案

在基于OFDM的多用户对双向中继网络中,提出了一种空频信道配对的中继策略,以最大化和速率为目标,给出了一种较低复杂度的空频信道配对方案,通过进一步挖掘系统的频率分集和空间分集来提高系统性能。仿真结果表明,所提出的空频信道配对方案可以明显提高系统的和速率和误码率性能。

基于不同调度算法的多用户分集MIMO中继信道容量分析

采用平均容量性能来定量分析多用户分集多输入多输出(MIMO)中继信道,中继节点使用放大转发(Amplify-and-forward,AF)协议将接收到的源节点的发送信号重发给目的节点。研究了多用户MIMO中继信道的不同调度算法,即容量公平、最大特征根、最小特征根调度策略和空间独立性调度算法,结果表明空间独立性调度算法有最优容量性能。但是,矢量反馈调度策略的应用使得反向链路容量有较高的反馈负载,而相比于矢量反馈策略,标量反馈方案的反馈量较小。在选择调度方案的时候要充分考虑到这些特性,权衡利弊并折衷选择适宜的调度策略。

一种多用户的双向中继系统预编码方案

为提高多对用户双向中继系统的性能,提出一种新的预编码方案。设计具有2K个用户和一个中继节点的系统,每个节点通过中继节点交换信息,节点间的信道相互独立且服从瑞利慢衰落,给出用于信息传输的2个时隙,分析中继节点的信噪比和系统的互信息。仿真结果表明,当中继节点的信噪比为25 dB时,该方案的互信息相比传统方案提高1.2 bit/s/Hz。

基于过时信道信息的多用户中继网络性能分析

该文对基于非实时信道状态信息(Channel State Information,CSI)的多用户放大转发(Amplify-and-Forward,AF)协作通信系统的性能进行分析。系统采用一点对多点的通信系统模型,中继节点根据过时的CSI选择用户。通过推导得出中断概率、信道容量和符号错误概率(Symbol Error Rate,SER)的近似表达式。理论分析适用于链路同分布或者非同分布。仿真结果验证理论的正确性,并说明了各种参数对系统性能的影响。同时指出,增加用户数并不能提高系统性能,性能的提高可以通过改变中继的位置来实现。

基于译码转发的全双工多用户对双向中继MIMO系统波束成形算法

全双工系统相比半双工系统对通信容量有很大的提升,但中继处的自干扰问题严重影响全双工系统的性能,而且多个用户间存在的信号泄漏也对系统性能造成影响。文中针对基于译码转发(Decode-and-forward,DF)的全双工多用户对双向中继系统,将用于消除中继自干扰的零空间投影算法(Null-space projection,NSP)与消除多用户对间干扰的迫零(Zero forcing,ZF)和块对角化(Block diagonalization,BD)算法结合,重新设计波束成形矩阵,实现同时消除自干扰和多用户间干扰的目的。仿真结果表明,构造的全双工多用户对双向中继系统可以达到同时消除自干扰与多用户间干扰的目的。

CDMA多用户双向中继系统中一种新的功率控制算法

针对CDMA多用户双向中继系统,进行第1跳的误比特率拟合近似,获得了一种新的功率控制的效用函数,给出了相应的功率控制迭代算法,并在理论上证明了纳什均衡的存在性和唯一性.通过仿真验证了上述近似的可靠性,同时验证了所提出的功率控制算法具有收敛速度快以及收敛功率小的优点.在系统中用户对数目较多的情况下,该算法与传统算法相比能有效降低用户对的平均发射功率.

大规模MIMO多用户双向中继系统的物理层安全性能分析

对大规模多输入多输出(multiple input and multiple out,MIMO)多用户双向中继网络的物理层安全性能进行分析。系统模型中假设窃听节点可以获取第一跳用户发送信号和第二跳中继发送信号,分析大规模MIMO中继采用最大比合并和最大比传输信号处理时的系统保密速率,进一步推导出中继天线数趋于无穷时的系统渐近保密速率表达式,并进行仿真验证。理论分析和仿真结果显示,即使在不采用专门的物理层安全技术时,大规模MIMO双向中继系统也能获得可观的保密速率。证明即使当窃听节点具备多用户干扰消除能力时,通过设置合理的用户和中继发送信号功率,大规模MIMO双向中继系统仍然具有较好的物理层安全性能。

非理想信道条件下多用户多向中继系统的性能分析

相比于普通双向中继通信系统,多用户多向中继能够更大限度地提高系统性能,本文中,我们分析了非理想信道状态信息下,多用户多向中继系统在受到信道估计误差影响时的性能。首先,基于提出的通信系统模型,我们得到各用户端信噪比表达式。然后,我们分别针对对称业务与不对称业务两种情况,推导出多用户多向中继系统的总可达速率表达式。最后,我们设计了一种基于迫零准则的收发波束赋形方法。数值仿真分析了信道估计误差对该系统中断概率的影响,以及对称业务与不对称业务下信道估计误差对系统总速率的影响。

无线带内全双工信道的多用户最优分配问题模型

无线带内全双工(IBFD)具有频谱效率倍增潜力,应用到多用户接入时,共享信道的优化分配将决定系统容量的实际增益。该文分析多用户争用冲突的干扰特性及链路分配的约束条件,以容量最大为优化目标,针对双向全双工(BFD)、全双工中继(FDR)以及两者混合的传输模式,建立信道资源分配的问题模型。通过典型站点分布的最优解计算,分析IBFD系统相对半双工(HD)的容量增益。结果表明,BFD有理想的100%增益,而FDR有较大变化范围(最低增益25%)。此外,计算发现,站点间传输链路呈现1维链型结构的容量增益明显优于2维平面分布的链路结构。

基于合作似然检测和球形译码的多用户多输入输出多跳中继系统

针对多输入输出(MIMO)系统在传输数据过程中的误码率(BER)和信道容量优化问题,提出一种基于合作似然检测和球形译码的多用户MIMO多跳中继系统。首先,该系统构建二阶协作的MIMO中继系统模型对信道数据的中继传输过程以及路径损耗、阴影衰落情况进行分析;接着,通过球形译码来推导出等效的最大似然规则进行对数正态阴影衰落检测;最后提出最大调和平均信道功率选择策略,基于相关性链路度量和最大信道功率阈值为用户选择误码率更小的接入链路,从而改善多用户MIMO系统的性能。实验仿真结果显示,与基于互信息最大化的多用户MIMO多跳中继系统以及基于解码转发和多入多出技术正交空时分组编码(STBC)的中继系统相比,该系统在数据传输过程中的平均比特误码率分别降低了27.4%和32.6%,平均信道容量分别提高了9.5%和12.7%,因此在减少误码率和提高信道容量上具有较好的效果。

非完美CSI下大规模MIMO DF中继多用户对全双工通信系统性能研究

通过解码转发(DF)协议中继,研究了在非完美信道状态信息(CSI)下,多用户对双向全双工通信系统的性能.通过配备大量天线,可以大大增加通信系统的频谱效率(SE).对到达中继端的信号采用迫零(ZF)线性接收处理并预编码,推导了SE的近似表达式,提出了与天线数量相关的功率缩放定律,讨论了在导频功率固定和变化条件下缩放因子的取值.所提的功率缩放定律可以在保持稳定的频谱效率的同时,将发射功率降低.研究了在非完美信道状态信息下,经过解码转发协议中继的多用户对双向全双工通信系统的性能.

非对称速率的双向中继信道物理层网络编码

本文提出了基于非对称速率的双向中继信道的物理层网络编码方案。本文所提方案联系实际无线通信信道的差异性,不但考虑了较差链路的最大传输性能以保证其传输的可靠性,而且在较优链路采取较高速率进行传输,从而充分利用较优链路来传输更多信息,增加通信系统的信道容量。为实现不对称速率传输,其基本思想是在较差链路中加入已知信息,通过已知信息可减小中继节点接收到的叠加信号的星座图,使得通信系统的译码性能得到提升。在中继节点,根据叠加信号的星座图对叠加信号进行联合解调,在节省了系统工作时隙的同时也减小了系统的复杂度。仿真结果表明了采用非对称速率传输不但可保证信息传输的可靠性,还可提高通信系统的信道容量,充分利用系统资源。

基于放大转发的双向中继信道密钥生成

根据基于放大转发的双向中继信道的特性,该文利用时分系统无线多径信道的互易性和卷积运算的交换律提取密钥,使得密钥可以在信道估计时生成,而无需预先进行分配。由于信道的稀疏多径特性,采用基于压缩感知的重构算法对信道状态信息进行估计,提出了基于多径相对幅度和基于多径相对相位的密钥生成方案进行密钥的生成,并与基于多径相对时延的密钥生成方案进行了比较。仿真结果表明,3种方案均可以达到较高的密钥生成一致性,解决了第三方窃听的问题,保证了物理层通信的安全。

基于压缩感知的放大转发双向中继信道估计

为了更有效地对放大转发双向中继信道进行估计,对级联卷积信道的稀疏特性进行了分析,并基于其稀疏性,采用压缩感知技术,通过合理地设计导频将合成级联卷积信道分解成2个独立的级联卷积信道分别进行信道估计。研究分析和仿真结果表明,级联卷积信道具有稀疏性且其稀疏度在一定范围内变化。所提的方案只需在端节点对级联卷积信道进行估计就可以完成双向信息的交换,提高了频谱效率,降低了信道估计误差,并且无需信道稀疏度的先验信息。

不对称双向中继信道中的再生双向中继选择及功率分配

该文研究不对称双向中继信道下的被动式再生中继选择问题。首先,通过理论分析给出了传统3节点网络的可达速率域。然后,在瑞利衰落信道环境下,理论推导了系统中断概率的闭合表达式。接着,利用系统业务知识和信道状态信息,提出一种改进型的最大最小中继选择准则。进一步,研究中继端叠加信号的功率分配,提出了两种功率分配因子选择算法,并对所提算法进行了理论分析。仿真结果表明:通过被动式再生中继选择和功率分配可以显著提高系统的中断性能,在信道不对称情况下性能优势明显。

非对称信道下双向中继网络中最大化和速率的波束成形设计

双向中继网络的波束成形设计大都基于对称信道的假设。该文考虑非对称信道的情况,通过合理设计波束成形因子,使得系统在中继总功率约束下,其和速率最大化。为解决此非凸的最优化问题,首先提出了一种基于分支定界(branch-and-bound)思想的优化算法,并证明了该算法可获得全局最优解。然后提出了一种次优算法,该算法假设次优解为两个已知向量的线性组合,因而求解次优解只需优化两个实数系数,具有较低的复杂度。仿真表明,分支定界算法性能优于现有其他算法;次优算法相对于分支定界算法有一定的性能损失,但是在节点数较小或中继节点平均功率较低时,次优算法优于其他现有算法。