基于非理想信道信息的协作式空间复用系统性能分析与模式切换

针对基于非理想信道信息的多用户多天线上行协作式空间复用系统,提出了一种自适应的在协作式空间复用与单发多收之间进行模式切换的混合传输方案。分别分析了协作式空间复用与单发多收在理想信道信息与非理想信道信息下的各态历经可达速率性能,获得了其闭式的边界结果;在两者分析结果比较的基础上,提出了一种基于可达速率边界的模式切换传输方案;通过数值仿真证实了分析结果的准确性,说明了在非理想信道信息下,高信噪比区域的协作式空间复用有必要切换为单发多收以实现可达速率的最大化。

基于非理想信道状态信息的高通量卫星预编码算法

为了抑制频率复用造成的同频干扰,高通量卫星通信系统开始研究地面干扰抑制技术,包括应用于反向链路的多用户检测技术和应用于前向链路的预编码技术,建立考虑自由空间损耗、降雨衰减和波束增益等影响的前向链路模型。在非理想信道状态信息模型的基础上针对最小均方误差预编码算法进行改进,提出一种适用于非理想信道状态信息的改进最小均方误差预编码算法。考虑的卫星预编码算法采用更加精确的具有非理想信道信息的信道模型,将非理想信道状态信息纳入预编码算法并进行消除设计。仿真结果表明,基于高通量卫星预编码算法在非理想信道状态信息条件下能够显著提升系统的吞吐量,并且提高了系统的鲁棒性。

基于非理想信道状态信息的鲁棒安全发送方法

针对协方差信道状态信息(Channel State Information,CSI)不理想导致的通信系统安全性能恶化问题,该文提出一种鲁棒的人工噪声辅助的物理层安全发送方法。该方法基于非理想的协方差信道信息,对发送者的波束成形向量及人工噪声协方差进行联合优化设计,从而最大化系统的最差情况安全速率(Worst-Case Secrecy Rate,WCSR)。该功率受限的安全速率最大化问题是非凸的,采用半定松弛(Semi Definite Relaxation,SDR)技术和Lagrange对偶理论将其转化为一系列的半定规划(Semi Definite Program,SDP)问题进行求解。仿真结果表明,与现有方案相比,所提方法的安全性能有了明显的提升。

非理想信道状态信息的认知无线网络下行功率分配和波束赋形方法

针对非理想信道状态信息(CSI)条件下工作于underlay模式的认知无线网络(CRN)多用户下行功率分配和波束赋形研究中普遍存在的问题,包括忽略主网络(PN)对认知用户(SU)的干扰、传统的凸优化SDR方法对约束条件的近似要求以及实现算法复杂、实用性受限等,首先建立CRN模型,增添PN对SU的干扰项,而后在非理想CSI的最差条件下形成优化问题。再通过Lagrange对偶对问题的约束条件进行变换,并基于变换后的问题形式,利用上行和下行的对偶特性,引入虚拟功率,将优化问题转换为上行功率分配和波束赋形问题,进一步得到简便、快速和实用的迭代算法。数值仿真显示,算法收敛很快。并且发现非理想CSI引起的误差不仅对下行功率影响明显而且还改变优化问题的可行解区域;PN基站(PBS)的发送功率的变化对可行解区域有显著的影响。

基于非理想信道状态信息的最小化均方误差非线性收发机设计

在多输入多输出系统中,当收发端已知非理想信道状态信息时,提出了一种基于最小化均方误差准则的非线性收发机设计方法,其结构基于汤姆林森-哈拉希玛预编码(THP).首先研究了收发信号的均方误差表达式,并将其转换为预编码矩阵的函数;然后,通过最优化及矩阵论方法最小化均方误差的下界,求解最优预编码矩阵以及下界的闭式解,进而获得整个非线性收发机矩阵.仿真结果表明,该方法性能优于现有的线性收发机设计和经典的THP收发机设计.

非理想信道状态信息下调制方式切换阈值最优化算法

针对自适应资源调度OFDM系统,在非理想信道状态信息下(ICSI)最大化系统频谱效率问题,提出了平均BER约束下调制方式切换阈值最优化(MSTO)算法。利用拉格朗日乘数法将此J-1维的调制方式切换阈值最优化问题转化为一维优化问题,并证明了问题最优解必在平均BER约束条件的边界(目标平均BER)上取得,从而得到该问题的最优解。仿真结果表明,MSTO算法能在满足用户目标平均BER条件下自适应用户ICSI准确度参数的变化,最大化系统频谱效率。该算法性能优于改进的Ma’s算法和AM-PCSI算法,其复杂度符合实际自适应OFDM系统实时性设计要求,可方便地应用到实际系统中。

非理想信道状态信息下的OFDM比特分配算法

提出一种在非理想信道状态信息条件下,以平均误比特率为目标的正交频分复用(OFDM)比特分配算法。该算法对子信道当前频率响应值进行估计,估计值经延时后反馈至发送端,并以此作为自适应比特分配的依据。仿真结果表明,当信道估计器的均方误差小于-15dB时,信道估计误差对自适应OFDM系统的性能影响不大。采用多个信道估计值来确定比特分配可以减小信道信息延时对系统性能的影响,有效提高系统性能。

非理想信道状态信息对频谱共享认知中继网络性能的影响

在频谱共享认知中继网络中,非理想信道状态信息可能导致次级用户的干扰超过主用户所能容忍的最大干扰值,从而影响到主用户的正常通信。为了衡量次级用户的传输对主用户性能的影响,该文提出了干扰概率这一性能指标。在非理想的信道状态信息条件下,推导了次级用户采用机会中继与选择协作协议时的干扰概率闭式解析式。理论分析表明,从干扰概率角度看,选择协作协议优于机会中继协议,但二者的极限干扰概率相同。此外,在非理想信道状态信息条件下,无论是采用机会中继还是选择协作协议,增加中继数量都会对主用户造成更大的干扰。最后,仿真结果验证了理论分析的正确性。

非理想信道估计下的全双工MIMO系统的优化研究

在实际通信环境中,精确信道状态信息很难获取.本文考虑非理想信道估计条件下的全双工MIMO蜂窝系统,该系统不仅受自干扰、同信道干扰的影响,还受到信道估计误差带来的影响.因此有必要对该通信系统进行资源优化,来抵抗多种干扰并提高性能.通过建模一个联合用户配对和功率分配的优化问题来最大化系统速率,由于该联合优化问题是非凸优化问题,基于分解和梯度投影的渐进算法用来求解该问题.仿真结果表明,在非理想信道状态信息条件下,使用本文提出的算法优化后,全双工MIMO蜂窝系统性能优于半双工系统.进一步地,实验分析了不同类型干扰对系统性能的影响,表明信道估计误差对性能影响最大.

NOMA增强型D2D组的鲁棒资源分配算法

为提高非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)增强型设备到设备(device-to-device,D2D)组链路的鲁棒性和能效,考虑非理想信道状态信息(channel station information,CSI),提出一种能效优化的鲁棒资源分配算法.首先,在保证子信道分配、蜂窝用户和D2D组最小速率以及D2D组最大传输功率约束下,建立最大最小鲁棒能效模型;其次,考虑最坏情况法将信道不确定性建模为有界信道估计误差,并用泰勒级数展开式、凸松弛、变量转换法将原多变量耦合问题转化为凸优化问题;最后,用拉格朗日对偶理论求解.仿真结果表明,所提出的算法将传输速率控制在最低速率阈值以上,具有良好的鲁棒性,与其他算法相比能效提高了8.3%.

能量有效的NOMA多用户多信道匹配算法

针对非理想信道状态信息(channel state information,CSI)下面向海量用户的无线资源高效分配难题,通过引入非正交多址(non-orthogonal multiple access,NOMA)技术提出了一种能量有效的多用户多信道匹配方案。首先,考虑用户中断概率约束,建立以最大化系统能量效率为目标的非理想CSI蜂窝下行NOMA系统信道和功率联合分配优化问题;然后,将建立的含概率约束的优化问题转化为非概率约束优化问题,并从中解耦出用户信道匹配优化问题;最后,将面向能量效率的NOMA用户信道匹配优化问题映射为婚姻匹配问题,进而提出一种高效低复杂度的双边匹配算法实现了多用户多信道的动态匹配。仿真结果表明,提出的匹配算法性能优于传统匹配算法,能够提供更高的系统能效、实现更低的用户中断概率且收敛速度更快。

多用户MIMO系统预编码技术的研究

多天线基站和多用户可以组成一个多用户MIMO系统,为获得更高的系统容量和高效传输性能。预编码是一种应用于发射端以达到抑制多用户间干扰的预均衡方法。基于非理想信道状态信息(CSI)条件,针对多用户MIMO系统的下行信道,研究了线性ZF预编码和非线性THP预编码的性能,给出了接收端信号与干扰和噪声比SINR的近似表达式。对两种THP变体结构,dTHP结构和cTHP结构进行了性能仿真比较。仿真结果表明,cTHP结构的性能要优于dTHP结构。同时,给出了信道估计误差对cTHP结构BER影响的定量仿真结果。对非理想CSI下的预编码技术选择提供了一定的依据,并对限定信道估计误差的偏差程度具有参考意义。

异构携能通信网络中基于人工噪声辅助的鲁棒安全传输方案

异构携能通信网络中信道状态信息不准确时,为保证信息、能量传输的安全性与可靠性,该文提出一种基于人工噪声辅助的鲁棒安全传输方案。通过联合设计宏基站、微基站的下行信息波束及人工噪声矩阵,干扰窃听者,同时提升系统能量接收性能。在基站的发送功率约束、合法用户的信息接收及能量接收中断约束和窃听者的窃听信息中断约束下,以最大化系统能量接收性能为目标进行建模。针对该问题的非凸性,首先将其等效转化为一种易于处理的形式;而后进一步利用Berstein-type不等式处理其中的中断概率约束,将其转化为凸的问题进行求解。仿真结果验证了该方案的安全性和鲁棒性。

多用户多输入多输出系统预编码技术的研究

主要研究了非理想信道状态信息(Channel State Information,CSI)条件下,多用户多输入多输出(MIMO)系统的Tomlinson-Harashima Precoding(THP)算法.首先分析了信道估计误差对系统误码率(BER)性能的影响,仿真结果表明:信道估计误差对系统BER性能影响较大.在此基础上,应用"best-first"算法对系统性能进行改进,提高了系统的BER性能.

多输入多输出单载波频分多址系统的鲁棒波束赋形算法

针对多输入多输出(MIMO)单载波频分多址(SC-FDMA)系统中现有波束赋形算法在非理想信道状态信息下性能下降以及对信道信息误差敏感的问题,提出了一种鲁棒波束赋形算法。该算法利用谱范数对信道状态信息误差进行建模,并基于均方误差和准则将波束赋形优化问题建模为一个极小极大化问题,然后利用优超理论以及奇异值不等式理论证明该优化问题的鞍点特性并得出最优的波束赋形结构,最后利用凸优化得到最优的功率分配算法。仿真结果表明:与非鲁棒波束赋形和等功率分配算法相比,该鲁棒波束赋形算法在误码率以及频谱效率方面都能获得更好的性能,信道状态信息误差增大时,该鲁棒波束赋形算法与非鲁棒波束赋形算法相比在高信噪比时误码率性能约有1dB增益,频谱效率约提升6%。

鲁棒的基于几何均值分解的THP预编码算法

在无线多输入多输出(MIMO)系统中,由于接收端不能完全准确的估计信道矩阵,因此会产生估计误差,本文在非理想信道模型下,提出了一种鲁棒的基于几何均值分解方法模代数预编码算法。该算法在MMSE准则下,利用信道误差矩阵的二阶统计量及误差与信号正交的方法,推导出需要几何均值分解的矩阵,进而可求出前馈矩阵、接收矩阵、加权矩阵及反馈矩阵。通过实验仿真表明该鲁棒算法优于传统算法性能,在高信噪比时,误码率可提高4 dB。

鲁棒的基于几何均值分解的矢量预编码算法

针对非理想信道的多输入多输出(MIMO)系统,提出了一种鲁棒的基于几何均值分解方法的矢量预编码算法.利用非理想信道误差矩阵的二阶统计信息,以最小化收发信号的均方误差为准则,求出基于几何均值分解矢量预编码的最优扰动矢量和预编码矩阵.仿真结果表明,该鲁棒算法优于现有的基于几何均值分解矢量预编码算法性能.在高信噪比时,误码率可提高2dB以上.

基于上下行对偶性的多用户MIMO下行链路鲁棒收发机设计

针对多用户多天线(MIMO)下行链路信道状态信息(CSI)非理想的条件,该文研究SINR平衡问题及功率最小化问题的收发机设计。在信道误差受限情况下,该文建立worst-case SINR上下行链路对偶性,并基于该对偶性,为两种鲁棒收发机提出新的设计策略。该策略避免了凸优化内点迭代算法,从而大大降低复杂度。仿真结果显示,所提算法与现有的凸优化算法性能一致。

认知MIMOME系统安全速率最大化算法研究

文章主要从安全速率(secrecy rate)最大化的角度研究了多输入多输出多天线窃听者(Multiple-Input Multiple-Output Multiple-antenna Eavesdropper,MIMOME)认知无线网络的物理层安全问题。针对在次用户的发送信号中加入人工噪声的安全策略,研究了实现系统安全速率最大化的优化问题。该优化问题属于非凸问题,本文提出了一种双层迭代优化算法,将内层问题通过求解一系列的半正定问题进行有效处理,而将外层问题变换为一个单变量的优化,从而通过一维搜索得到最优解。进一步,将该优化求解算法扩展到非理想信道状态信息(Channel State Information,CSI)情况,采用基于最差情况下的鲁棒人工噪声设计,保证在椭球不确定集内的所有信道实现均能够满足。最后仿真验证了该优化算法在理想和非理想信道状态信息下算法的有效性,与迫零人工噪声预编码优化算法相比,该算法可获得更高的安全速率。