面向大规模MIMO下行多用户迫零预编码的交替训练研究

为解决频分双工大规模MIMO的信道获取开销问题,针对服务质量保障与基站采用迫零(ZF)预编码的典型场景,引入对信干噪比(SINR)的监督机制,设计多用户逐根天线交替训练方案。进而考虑交替训练引入的时间开销,设计基于天线分组的多用户交替训练方案。然后推导了2种方案的平均训练长度、传输成功率以及平均有效和频谱效率闭合表达式。理论与仿真揭示了发射功率、SINR阈值、用户数、分组长度与信道误差水平等参数的影响,并证明相比全训练与部分训练,所提方案可显著降低导频开销,提升传输成功率。

大规模MIMO系统下的低复杂度迫零预编码技术

针对大规模天线技术导致传统迫零(zero-forcing, ZF)预编码复杂度上升的问题,提出了一种低复杂度预编码技术。首先利用对称超松弛迭代(semi-iteration symmetric successive overrelaxation method, SSOR)技术优化信道矩阵求逆复杂度的问题;然后利用切比雪夫半迭代法(semi-iteration, SI)加速SSOR迭代(semi-iteration symmetric successive overrelaxation method, SI-SSOR)的收敛速度,使得ZF预编码可以快速的收敛。实验结果表明,SI-SSOR预编码在误码率和传输速率上都有非常好的性能。切比雪夫半迭代法加速的SSOR预编码技术通过2次迭代就可以近似达到传统ZF预编码性能的95%以上,同时利用相对于迫零预编码更少的计算资源,因此,SI-SSOR预编码技术可以作为无线通信抑制干扰的重要手段。

基于帧时隙的RFID系统迫零预编码防碰撞算法研究

文章针对RFID系统识别标签数量大量增多时,帧时隙ALOHA算法可能出现标签识别率降低和标签"饿死"等问题,提出一种基于帧时隙的迫零预编码算法。通过预编码技术使标签在发送之前提前编码,从而减少标签在传输或接收过程中发生误码或碰撞的情况。仿真结果表明,该算法提高了标签识别率和稳定性。当标签总数为1000时,文章算法的标签识别率为0.7左右,比ISE-BS算法提高了约83%,比DGBT算法提高了约20%,比FSA算法提高了约300%。

大规模MIMO系统中基于迫零预编码的能效优化算法

在大规模多输入多输出无线通信系统中,为提高能效的利用率,提出一种用于优化下行链路能效的功率分配算法。基于迫零预编码思想推导出速率与用户总功率的解析式。在满足用户最小数据速率要求和基站天线最大发射功率约束的条件下,建立能效优化模型,该模型同时考虑大尺度衰落和阴影衰落的实际功耗。通过对分式规划问题性质的探讨,将原始的约束非凸分式最优化问题转换成减式形式,进而利用拉格朗日定理给出低复杂度的功率分配方案。仿真结果表明,与基于标准干扰函数的算法相比,该算法的系统能效提高明显。

协同多点传输中迫零预编码和天线选择技术

MIMO无线传输技术极大地提高了系统的容量.在实际通信系统中,整个网络是一个干扰受限的系统,小区间干扰对MIMO系统传输的影响是显著的,每个相邻小区的基站天线都可以看成一个干扰源.由于基站端数据处理能力的提升和回程容量的增加,多个小区协同多点传输技术引起了人们的广泛关注.目前的大部分工作都是集中于研究系统的容量(吞吐量),而在实际系统中,每个用户的接收等效信噪比(即公平性)对系统的性能如误帧率等有重要的影响.对于每个用户为单天线的情形,研究了总功率受限和每天线功率受限下采用迫零预编码的系统容量和公平性.对两种功率约束条件下的公平性进行了分析,得到了公平性算法的闭式表达式.当每个用户为多天线的情形,为了降低计算的复杂度,引入了信道范数最大的接收天线选择算法,把每个用户为多天线的情形转化成等效的每个用户单天线情形,推导的每用户为单天线的公平性算法仍然适用.仿真结果显示,采用迫零预编码的多小区协作可以使系统性能显著提升.在相同的迫零预编码下,不同的功率分配策略对系统的容量和公平性有显著的影响.和用户为单天线相比,采用天线选择算法可以提升系统的容量和公平性.考虑了用户公平性时的吞吐量和最大系统吞吐量之间的折中关系,并给出了仿真结果.

一种联合迫零和独立信道预编码OFDM系统

提出了一种联合迫零和独立信道预编码OFDM系统。该系统用发送端迫零预编码和哈达玛矩阵预编码对发送数据进行联合预处理,简化了接收端,提高了系统的分集增益,仿真结果表明该方法提高了系统的误码率性能。

一种基于SSOR的大规模MIMO线性预编码方案

大规模多输入多输出系统(Massive MIMO)由于天线数和用户数太大,导致预编码矩阵在求逆是复杂度过高。为了降低复杂度,本文提出了一种基于对称逐步超松弛(SSOR)的线性预编码方案,相比传统的规则化迫零(RZF)预编码方案,本文所提的方案在没有任何性能损失的情况下可以降低一个量级的运算复杂度,为了保证所提SSOR预编码方案的性能,提出一种仅依靠天线配置的简单的量化松弛参数。

大规模MIMO下最优预编码选择策略研究

大规模多入多出(Massive MIMO)系统中,随着天线数的增加,线性预编码算法的性能逐渐趋于最优,选择合适的线性预编码对系统性能具有重要的意义。针对发射端信道状态信息(Channel State Information at Transmitter,CSIT)不完美的Massive MIMO系统,推导出了迫零(Zero-Forcing,ZF)和最大比传输(Maximum Ratio Transmission,MRT)这两种常见预编码方案在向量归一化方式下的下行可达和速率下界,并给出了证明。随后对两种下界进行了分析,提出了一个关于系统用户数的阈值,当系统用户数和阈值的大小关系不同时,两种预编码性能的优劣关系也不相同。根据分析结果,文章进一步提出了一种以系统中用户数为参量的预编码选择策略,可以保证不论用户数如何变化,系统都能选择出更优的那一个预编码算法来对信号进行预处理。分析的有效性和方案的可靠性通过仿真得到了验证。

LTE-A协同通信链路部分信道预编码传输

为了实现协同传输系统上行链路源和中继上的预编码传输,并与空时分组码相结合来改善实际传输的性能,使用一种基于迫零算法的预编码方案。针对迫零算法功率效率低的问题提出了一种基于接收信噪比最大的非完全信道预编码,得以将传统MIMO系统中的预编码技术运用于协同通信系统中。链路级仿真结果表明,在源端及中继端采取预编码处理并与空时分组码相结合能够有效地改善协作传输系统的性能,而且选择信道状态较好的用户进行预编码可以在不增加发射功率的情况下改善迫零预编码系统的接收信噪比。

单中继多用户MIMO系统中继预编码新方案

针对单中继多用户多输入多输出(MIMO)通信系统中用户间干扰问题,提出了一种可以有效抑制用户间干扰的中继接收和预编码方案。该方案在中继端对信号进行迫零(ZF)接收,利用最大化信漏噪比(SLNR)准则设计中继端预编码向量,并针对难以获得最优解的情况,利用迭代解出次优解。仿真结果表明,与中继端ZF预编码相比,SLNR预编码更好地抑制了用户间干扰,相同和速率性能下,基站发送端功率比ZF预编码减少4 dB,具有实用价值。

一种改进的大规模MIMO线性预编码算法

为了降低预编码算法在大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统下的误码率及复杂度,提出了一种改进的块对角化(block diagonalization,BD)预编码算法。该算法将正规迫零(regular zero forcing,RZF)预编码算法的预编码矩阵作为信道矩阵的伪逆,然后采用了复杂度较低的正三角(orthogonal triangular,QR)分解代替原BD算法的奇异值(singularly valuable decomposition,SVD)分解求平行单用户的等效信道,最终求得预编码矩阵。仿真结果表明,当基站配备128根天线,用户数为61时,改进算法的误码率及复杂度分别为0.109 5、1.379×10~8,较优化的块对角化(optimized block diagonalization,OBD)预编码算法的误码率及复杂度分别降低了11.5%和1.031×10^(10)。提出的改进算法可应用于大规模MIMO系统中。

基于ZF预编码的STBC-MIMO-OFDM系统性能的研究

MIMO-OFDM是目前通信系统的研究热点。空时分组码(STBC)作为MIMO技术的核心,可以提高系统容量和频谱利用率。基于迫零线性预编码技术,在发送STBC信号前,先进行迫零线性均衡编码,对于2×2或3×2的STBC-MIMO-OFDM通信系统明显降低了误码率,提高了系统性能。

TDD大规模MIMO系统中两种新的下行预编码方案

针对时分双工大规模MIMO系统,该文提出两种新的下行链路预编码方案,即新最大比合并(NMRC)和新迫零(NZF)方案,通过理论分析得到两种新预编码方案下目标用户和非目标用户的下行链路信干噪比和频谱效率的表达式,并与传统的迫零(ZF)和最大比合并(MRC)预编码的下行链路信干噪比、频谱效率和误码率性能进行比较。仿真结果表明,所提出的NMRC和NZF预编码与传统的MRC和ZF预编码相比,在不增加运算复杂度的前提下可以获得更好的性能,而且新的预编码方案在提高目标用户性能的同时,对其他非目标用户的性能也有一定的改善。

基于MIMO系统的预编码设计与应用探讨

多输入多输出系统利用多根发射和接收天线,可以在不增加系统带宽的前提下显著提高无线通信系统的传输速率和链路可靠性,是未来移动通信系统的关键技术之一.为了进一步满足通信的要求,在多输入多输出通信系统中使用预编码技术利用发射端信道状态信息,目的是降低接收端设备的复杂度并消除用户间的干扰.仿真结果表明,在单用户预编码中最小均方误差算法的性能好;多用户预编码中规则化信道反转的性能好,且系统误码率显著降低.

有限反馈SDMA中基于信干噪比的天线合并算法

多天线广播信道中基于信道量化的MISO-SDMA系统可通过增加用户端天线并采用相关的天线合并技术来有效降低反馈量的需求。该文提出了一种基于信干噪比SINR的天线合并准则,以寻求最优的合并矢量和等效信道量化值。由于综合考虑了接收信道等效功率、量化误差引起的用户间干扰和噪声等因素,改善已有合并算法中仅仅最大化接收端等效信噪比或最小化量化误差的不足。另外,该文从理论上推导分析了在信噪比趋于零和趋于无穷时该算法的极限情形,证明已有的最大比合并和基于量化的合并方法是该文所提算法在极限情况下的特例。计算机仿真表明在相同的反馈量下该文所提算法有着优于二者的性能。

存在传输时延差的多点协作多用户传输

为了减少下行多点协作系统中各协作基站到用户之间时延差所引起的多用户干扰,提出了一种基于最大化信漏噪比准则的时延补偿方法.首先,根据反馈的信道状态信息和时延信息,基于最大化信漏噪比的优化准则,对每个用户在基站端的时延补偿量进行优化,并得到补偿量的闭式解;然后根据该补偿量,在基站端对发送给每个用户的信号进行频域上的相位旋转,实现时延补偿.虽然该方法是在高信干噪比条件下通过近似得到的,但由于综合考虑了用户的信噪比以及对其他用户的干扰,因而能够实现接近最优的时延补偿.仿真结果表明,该方法能够在各种不同的信噪比下有效地补偿时延差,使系统和速率提高到接近理想无时延差场景的水平,适合于实际的多点协作多用户系统.

多用户MIMO系统中基于单天线功率约束的功率分配方法

针对多用户多输入多输出(MIMO)系统,研究了单天线功率约束下的低复杂度功率分配方法。基于迫零预编码算法,通过理论分析指出,在单天线功率约束下使多用户和数据率最大化的最优功率分配具有多水平面灌水结构,由此证明了单天线功率约束与多天线加权和功率约束之间的等价关系,并提出了一种低复杂度功率分配方法。仿真结果表明,所提出的功率分配方法的性能优于现有的等功率分配和启发式方法,与最优功率分配方法相比,能够以很小的性能损失为代价有效地降低计算复杂度。

基于子带预编码的多点协作OFDM系统定时对齐

在正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)的多点协作(coordinated multi-point,CoMP)系统中,以子带为单位进行信道状态信息的反馈和预编码处理,可以有效降低反馈开销。但当参与协作的不同基站到达用户存在传输时延差时,会导致用户经历的等效信道多径时延扩大,增大子带内信道的起伏,进一步增大逐子带信道反馈的误差。该文分析了基站传输时延差对信道反馈误差的影响,提出了基于传输时延差长期统计值反馈的频域相位旋转法进行定时对齐,来改善传输时延差对逐子带处理OFDM-CoMP系统性能的影响。仿真结果表明:该方法只需增加较少的运算量及反馈信息即可获得明显的系统和速率增益,适用于实际OFDM-CoMP系统。

异构网络中基于分组的用户选择算法

针对在无线异构网络中,跨阶层干扰影响其性能提升的瓶颈问题,本文提出了一种基于分组的用户选择算法。该算法在宏基站选定基准用户之前,先将微小区内用户所受干扰信号信道向量的方向信息作为基准,利用分组向量将所受干扰信号信道向量方向相近的用户分为一组,完成用户分组;再从各组中分别进行用户选择,使被选用户所受跨层干扰信号信道向量的方向相近,最后确定使系统性能最好的一组用户作为服务用户。复杂度分析和系统仿真比较表明,相比已有算法,算法在牺牲有限复杂度的同时,有效提升了系统性能,在复杂度与系统性能间取得了很好的折中,适用于用户分布不均匀的场景。

Massive MIMO下行系统小区能效算法

在大规模多输入多输出(massive MIMO)下行链路系统下,不牺牲用户端Qo S,进行优化能源效率,对信号发射动态功率进行了推导,这个问题被证明有一个隐藏凸优化,利用凸优化提出优化算法,动态的集中能量给用户分配同时减少了损耗。在相同条件和假设下,与传统的迫零预编码(ZF)和最大比传输(MRT)预编码方案进行性能分析并比较。仿真结果与理论结果一致,并表明在相同条件下优化算法比ZF的性能好,ZF比MRT性能更好。