5G NR技术中的多用户多天线干扰管理与智能波束成形

5G新空口(New Radio,NR)技术的迅猛发展已经引发通信领域的重要变革,实现了前所未有的高速数据传输、低延迟通信和大规模连接。在新时代,多用户多天线通信系统的应用将变得普遍,而与之伴随的干扰问题也愈发突出。为了克服这一挑战,干扰管理和智能波束成形成为关键技术,不仅提高了通信系统的性能,还为未来无线通信的发展奠定基础。通过深入探讨5G NR中多用户多天线干扰管理与智能波束成形的关键技术,为实现更高效的通信网络提供了重要参考。

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。

免授权NOMA系统中基于变步长自适应匹配追踪的抗干扰多用户检测算法

第五代移动通信系统(5G)通过非正交多址(NOMA)技术对无线通信资源进行非正交复用,以过载的方式提高了频谱利用效率和系统容量。NOMA系统采用免授权的方式减少了系统流程和信令开销,但是接收端需要进行多用户检测。基站利用活跃用户的稀疏特性,采用压缩感知(CS)重构算法恢复活跃用户的混合稀疏向量,实现了高效的多用户检测。但5G网络中基站密集部署增强了相邻小区间的干扰,因而增加了CS检测难度及降低了检测精度。针对免授权NOMA系统中多用户检测存在干扰的问题,提出了一种基于变步长自适应匹配追踪的抗干扰多用户检测算法。在稀疏度未知的情况下,该算法以大步长快速接近、小步长精确逼近稀疏度的自适应变步长方式,实现抗干扰的活跃用户检测。仿真结果表明,在不同过载率下,所提算法的误比特率均低于传统的基于OMP,gOMP和SAMP的多用户检测算法。

联合多用户调度与友好干扰的功率资源分配优化研究

物理层安全(Physical Layer Security,PLS)技术是一种利用无线信道固有物理属性来保护无线信道免受非法窃听的有效手段,受到了人们的广泛关注。因此,研究了联合多用户调度与友好干扰的功率资源分配优化问题,考虑存在信道估计误差以及多个窃听者通过协作方式获机密信息的情况,联合多用户调度策略与友好干扰选择,提出了联合多用户调度和随机干扰选择(Multiuser Scheduling and Random Jammer Selection,MS-RJS)方案和联合多用户调度和最佳干扰选择(Multiuser Scheduling and Optimal Jammer Selection,MS-OJS)方案,即选择最佳用户向基站传输机密信息的同时,选择友好干扰发射人工噪声降低窃听者的性能,并将传统多用户调度(Conventional Multiuser Scheduling,CMS)方案作为基准方案。对此,在通信系统总功率受限的情况下,以最小化所提方案的窃听概率和中断概率之和为目标,构建最佳用户与友好干扰之间的功率资源分配优化问题,并设计了一种基于黄金搜索的最佳功率分配迭代算法。实验结果表明,带有最佳功率分配因子的MS-RJS方案和MS-OJS方案相比于CMS方案具有显著的性能优势。

双功能雷达通信系统的多用户功率分配算法

为解决传统多用户双功能雷达通信系统因载波分配导致通信性能较差的问题,提高双功能雷达通信系统的资源利用率,提出了一种通信用户载波共享模型下的多用户功率分配方案,并通过构造合理的资源分配问题使得系统具有更优的通信性能。首先,建立双功能雷达通信系统的通信用户载波共享信号模型。其次,为保证双功能雷达通信系统性能,构造了以系统通信和速率最大并满足雷达信噪比下界、总功率和用户功率约束的优化问题,通过理论分析严格证明了优化问题的可行性。最后,为求解凸优化问题,提出一种多用户功率分配算法,通过引入辅助变量对目标函数进行二次转换,将其分解为两个优化子问题,继而通过交替迭代的方式进行求解。研究结果表明,相较于传统通信用户载波分配模型,优化后的通信用户载波共享模型通信和速率提高了约40%,从而验证了所提方案具有更优的通信性能,有效提高了系统资源利用率。本研究成果为提高多用户双功能雷达通信系统的通信性能提供了一种新思路和手段。

多小区多用户TDDMIMO下行链路干扰抑制预编码算法

针对多小区多用户TDD MIMO下行链路,提出了一种基于预编码的联合干扰抑制算法。首先,利用广义MMSE信道逆的QR分解设计预编码矩阵抑制下行链路的多用户干扰(MUI)。然后,从信号能量泄露的角度设计第二个预编码矩阵抑制小区间干扰(ICI)和残留的多用户干扰。该算法能够利用TDD MIMO信道的互易性,不需要用户端的反馈。在市区微小区组成的多用户TDD MIMO系统中的仿真结果表明,该算法能有效地提高系统容量和用户端平均信干噪比(SINR)。

非直视紫外光通信组网多用户干扰问题

针对空分复用的紫外光通信网络中链路间多用户干扰的问题.基于一组典型的通信链路模型,采用紫外光多次散射理论,应用蒙特卡洛方法对系统的误码率与通信节点间距离、链路间夹角、收发仰角等参量间的关系进行分析.结果表明：误码率随着通信节点间距离的增大而增大,发射功率为100mW时,通信距离应小于120m;随着链路间夹角的增大,误码率先减小后逐渐保持不变,然后又增大,链路间夹角在60°~120°内取值;接收端仰角和发射端仰角对误码率的影响几乎相同,即随着收发仰角的增大,误码率先减小后迅速增大,15°时误码率最小.

基于频分复用的无信号内干扰多用户相关延迟键控通信系统

针对传统延迟键控系统误码性能差的缺点,在频分复用的基础上,提出了一种新型的无信号内干扰多用户相关延迟键控通信系统.在所提出的系统中,发送端产生两路正交的混沌信号,并使用串并转换器在一个比特周期内发送多比特信息信号,再将两路正交混沌信号简单加、减法的线性组合以及调制的信息信号通过频分复用的方式实现传输.接收端将接收到的信号分别与对应混沌信号的组合进行相关解调,恢复出发送的多比特信息信号.推导了在Rayleigh衰落信道中系统的比特误码率公式并进行Monte Carlo仿真实验.理论分析及仿真结果均表明:随着用户数增加,系统的误码性能和传输速率得到提升,因此具有较好的实际应用价值.

异步DS-CDMA系统中的盲联合干扰消除与多用户检测

针对异步DS-CDMA系统存在强恶意干扰时,系统性能急剧下降的问题。本文提出一种采用双天线接收的盲联合干扰消除与多用户检测方案。不同于传统的多用户检测方法,该方案考虑了恶意干扰的影响,首先通过串并变换将恶意干扰等效为多路信号,然后利用双天线接收到的两路受扰信号构造超定或适定盲源分离模型,将干扰消除与多用户检测问题转化为一相关源的盲分离问题,最后利用基于最大非高斯性盲源分离算法进行分离,从而实现盲联合干扰消除与多用户检测。该方案可以在未知扩频序列以及信道信息的情况下完成多用户检测,同时实现恶意干扰的消除,提高了系统的抗干扰能力。仿真结果表明该方案对单音干扰、部分频带干扰以及扫频干扰均具有一定的鲁棒性。

光码分多址系统及其多用户干扰

多用户干扰是影响OCDMA系统性能和用户数的主要原因,因此研究如何降低多用户干扰就显得尤其重要。文章在介绍了几种降低多用户干扰的常规方案及其性能的基础上,讨论了多用户检测技术OCDMA系统中的应用,并对泊松模型下利用干扰估计技术消除多用户干扰作了进一步的探索和分析。

一种多级迭代干扰消除多用户检测算法

提出了快跳频多址通信多级迭代干扰消除多用户检测算法.该算法首先使用传统检测器对只有惟一最大行的用户做出正确译码,对于有多个最大行的用户进行迭代干扰消除.在迭代干扰消除中,对干扰数据信干功率比进行估计,若干扰频点没有受到其他信号的重叠干扰,则在迭代中被消除,否则继续迭代,直到所有用户译码完成.该算法具有线性的复杂度,消除了Fiebig多级干扰消除算法的错误传播,仿真结果表明提出的多级迭代干扰消除算法性能优于其他多用户算法.

一种改进的部分并行干扰抵消多用户接收机

为解决部分并行干扰抵消 (PPIC)多用户检测接收机中部分干扰因子如何确定的问题 ,定义了目标用户的期望输出与判决输出之间的均方误差期望性能函数 ,在引入离散互相关函数定义下 ,推导出不同用户扩频序列之间部分相关函数的期望值 ,从而给出了一个二级部分并行干扰抵消多用户检测接收机中自适应部分干扰因子的简单表达公式 ,并在此基础上研究了其相应的误码性能函数 .同其他方法相比 ,该方法综合考虑了用户信噪比、系统用户数等因素的影响 ,使系统具有较强的自适应能力和鲁棒稳定性 ,其性能优于已有的基于固定干扰因子的性能 .

一种改进的部分并行干扰对消多用户检测接收机

本文研究了部分并行干扰对消(PPIC)多用户检测算法,提出了一种新的PPIC接收机实现结构,这种新的实现结构与经典的PPIC接收机实现结构相比,在不损失接收机抗多址干扰性能的前提下,硬件资源开销降低为经典实现结构的约四分之一,提高了对硬件资源的使用效率。在此新型接收机结构的基础上,设计并实现了PPIC多用户检测接收机,测试结果显示本文设计的PPIC接收机具有显著的抗多址干扰能力,实测多址干扰条件下的误码率性能和抗远近效应性能与计算机仿真结果具有较好的一致性。

广义分布式网络架构下的多用户联合干扰抑制

针对广义分布式网络架构中相邻小区多用户干扰抑制的理论空白,构建了干扰小区集合的系统模型,继而提出两种该架构下可行的多用户联合干扰抑制算法.其中,交叉迭代联合检测(CI-JD,Crossed Iterative Joint Detec- tion)算法利用多用户之间的逐级干扰消除,可以在运算复杂度增加不多的情况下显著改善系统性能;全局联合检测(G-JD,Global Joint Detection)算法通过对多用户信息的统一建模,有效抑制了相邻小区用户间的干扰,同时获得系统分集增益.仿真结果验证了本文所述两种算法的可行性及有效性.

基于稀疏感知有序干扰消除的大规模机器类通信系统多用户检测

在大规模机器类通信(mMTC)系统中,以用户活跃性为先验信息,接收机可以基于稀疏感知最大后验概率(S-MAP)准则来检测多用户信号。为了降低S-MAP检测的计算复杂度,基于干扰消除的思想,该文提出一种改进的活跃性感知有序正交三角分解(IA-SQRD)算法,以适用于mMTC系统上行链路多用户信号检测。IA-SQRD算法将传统的活跃性感知有序正交三角分解(A-SQRD)算法的最终解作为初始解,并额外增加迭代干扰消除操作,以进一步提高检测性能。此外,利用与改进A-SQRD算法相似的思路,该文对稀疏感知串行干扰消除(SA-SIC)、有序正交三角分解(SQRD)及数据相关的排序和正则化(DDS)算法亦进行了改进设计,分别获得了相应的改进型算法,即ISA-SIC、I-SQRD及I-DDS算法。仿真结果表明:相对于A-SQRD算法,在未显著增加计算复杂度的情况下,在系统误比特率(BER)为2.5×10^-2时,该文所提IA-SQRD算法可取得3 dB性能增益;并且,对于不同的活跃概率或扩频序列长度等参数配置下的mMTC系统,IA-SQRD算法相对于其它算法均表现出更优良的多用户检测性能。

具有减少码间干扰的多用户混沌非相干通信系统

该文用混沌载波信号代替传统载波信号,设计了一个多用户通信系统。混沌序列具有良好的相关的特性,但是不足以克服多用户通信中普遍存在的不同用户信号之间的相互干扰。利用沃尔什正交函数系优秀的正交特性,把混沌振荡器产生的混沌序列和沃尔什矩阵行向量组合,生成正交的基函数,进而产生正交的时间序列。对应不同的符号、不同的用户,会有不同的正交序列与其对应。理论推导证明改进的混沌多用户非相干通信系统可以极大地减少不同用户间信号的干扰,计算机仿真了系统的误码率性能,表明系统的性能可以得到很大提高。

分组部分并行软干扰消除的多用户检测

在串行干扰消除结构的基础上,提出一种分组部分并行软干扰消除多用户检测算法。根据用户功率大小进行分组,组内采用并行软干扰消除检测,组间采用串行干扰消除算法,依次检测各组用户,从而降低并行结构的计算复杂度。理论分析和仿真结果表明,该算法能比传统的PIC算法、PPIC算法及MPIC算法等并行干扰消除算法取得更好的误码率性能,并提高系统的容量。

多径衰落和多用户干扰下的CDMA并行捕获研究

文章针对移动通信环境中存在的多径衰落和多用户干扰问题，研究了基于并行相关累加器结构的ＣＤＭＡ同步捕获方法，给出了多径衰落信道的数学模型和同步捕获系统模型，采用状态转移函数导出平均捕获时间计算公式，在综合考虑多径衰落，扩频序列自相关，多用户干扰和背景噪声的基础上，详细分析检测器判决变量的统计分布及对系统性能的影响。

存在同信道干扰和多用户分集的多蜂窝系统性能分析

考虑存在来自其他蜂窝的不同功率同信道干扰的多用户上行链路,分析了基站采用多用户调度和最大比合并接收时的系统性能.在期望信号和干扰信号分别为Nakgami-m和Rayleigh时,运用基于概率密度函数的性能分析法推导了系统中断概率和平均误符号率(ASER)的闭合表达式.仿真结论显示,系统中断概率和ASER的解析曲线与数值仿真结果一致,系统性能随着天线数和用户数的增大而提升,多天线和多用户分集增益明显,干扰功率有较大差异时系统中断概率性能有所下降.

快跳频多址通信多级迭代干扰消除多用户检测

提出了多级迭代干扰消除快跳频多址多用户检测算法。首先使用传统检测器检测,对只有一个最大行的用户做出正确译码,对相应时频矩阵元素进行信干噪声功率比估计,确定干扰消除迭代权值,然后,对干扰元素做加权运算,逐渐消除干扰,直到所有用户译码完成。该算法消除了迭代中权值估计带来的误差,计算量同用户数成线性关系。仿真结果表明：提出的多级迭代干扰消除算法性能优于文献中的多用户检测算法,特别是在用户数较多时性能有较明显改善。