多用户MIMO中基于部分信道状态信息预编码的稳健性研究

在实际的MIMO中,接收端往往具有理想的信道状态信息,而发射端由于种种原因只有来自接收端反馈的部分信道状态信息(CSI)。分析了CSI,对发射端已知部分CSI设计预编码进行了初步研究,并给出了一种等效噪声方法,即将反馈误差建模为接收端的等效噪声,利用预编码准则对反馈误差、用户间干扰进行统一处理。在MIMOTD-SCDMA系统应用环境中对该方法进行了仿真分析。结果表明,反馈误差对预编码影响较大,采用等效噪声后的预编码相比没有考虑反馈误差的预编码性能有明显地提高     

多用户MIMO系统的有限反馈预编码

提出了一种多用户多数据流情况下基于接收机输出端信漏噪比准则的有限反馈预编码方法,很好地解决了实际通信系统中由于反馈信道的带宽限制,发射端往往仅已知部分信道信息的问题.该编码方法不仅有效避免了迫零有限反馈预编码方法发送端和接收端的天线数限制要,且在接收端成功避免了噪声被放大.仿真比较了该方法在不同反馈比特数下的系统容量.结果证实.相较于迫零有限反馈预编码方法,本文方法可获得更高的系统容量.     

单发多收无线窃听信道中的自适应保密速率传输方案

针对无线通信中基于保密中断的物理层安全问题,提出了一种单发多收(SIMO)窃听信道下使用保密中断概率约束的自适应保密速率方案。利用信道估计与信道的衰落特性分别获得发射端到合法接收端信道(主信道)的信道状态信息(CSI)与发射端到窃听者信道(窃听信道)的统计CSI。在发射端已知主信道CSI而未知窃听信道CSI的情况下,根据主信道CSI和窃听信道CSI的概率密度函数对保密传输速率进行自适应调整,并根据保密中断的定义确定发射门限,然后在满足保密中断概率约束的条件下实现保密吞吐量的最大化。在准静态瑞利衰减信道条件下进行了仿真验证,结果表明:与以往的SISO系统方法相比,在保密中断概率低于0.1、合法接收端天线数不少于窃听端时,系统的保密吞吐量可提高1倍以上;即使合法接收端的天线数少于窃听端,只要合法接收端的天线数足够多,SIMO系统的保密吞吐量仍能优于SISO系统。     

一种基于施密特正交化的MIMO预编码方法

提出了一种基于施密特正交化的MIMO（multiple-input multiple-output）预编码矩阵的构造方法。该方法以格拉斯曼空间装箱原理生成的码本为基础,依据信道状态信息（channel state information, CSI）,在接收端以最小误比特率（bit error rate,BER）为性能指标,选择最佳匹配当前CSI的预编码矢量,进而将该矢量在格拉斯曼码本中的索引反馈给发送端,基站端根据层映射数目,从格拉斯曼码本中寻找与该矢量最相近的矢量,采用施密特正交化的方法构造出当前预编码矩阵。数值仿真结果表明,依据该方法构造的预编码矩阵,在同等条件下,与3GPP LTE R8标准中根据Householder变换构造的预编码矩阵相比,其BER性能更佳,且该方法实现简单,灵活性好。     

多发单收窃听信道中人工噪声辅助的鲁棒波束成形设计

针对无线通信物理层安全中合法用户接收的信息易受到非法窃听者窃听的问题,提出了一种人工噪声辅助的鲁棒波束成形(AN-RBF)设计方案。首先,利用信道估计分别获取发射端到合法用户的瞬时非理想信道状态信息(CSI)和发射端到窃听者的统计CSI;然后,在发射端向合法用户发送的信号中添加人工噪声,通过对有用信号和人工噪声进行联合优化,在满足发射功率控制和中断概率限制的约束条件下实现安全传输速率的最大化。AN-RBF方案发射端仅需获取窃听者的统计CSI,且发射端获取的合法用户的瞬时CSI是非理想的,系统开销少,另外,人工噪声的添加可以降低窃听者接收端信干噪比,提高多发单收(MISO)窃听信道中的安全传输速率。仿真结果表明,在20dB功率且仿真环境相同的情况下,所提AN-RBF方案的安全速率比各态同向人工噪声辅助方案提高了约2bit·(s·Hz)-1。     

一种大规模MIMO系统信道反馈算法

针对在大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）系统中,信道状态信息（Channel State Information,CSI）反馈量过大以及反馈的CSI过时的问题,提出一种基于自回归（Autoregressive,AR）模型和主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）方法的反馈算法。接收端进行信道估计获得CSI后,先利用AR模型预测出反馈所需时间之后的CSI,在此基础上计算压缩矩阵,然后利用PCA方法对预测的CSI进行压缩,再反馈给基站,最后基站端对接收到的CSI进行重构。从理论分析和仿真结果可以看出,该算法可以在降低反馈量的同时提高系统容量和信道恢复的准确性。     

一种大规模多输入多输出系统信道反馈算法

针对在大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统中,信道状态信息(channel state information,CSI)反馈量过大以及反馈的CSI过时的问题,提出一种基于自回归(autoregressive,AR)模型和主成分分析(principal component analysis,PCA)方法的反馈算法。接收端进行信道估计获得CSI后,先利用AR模型预测出反馈所需时间之后的CSI;在此基础上计算压缩矩阵,然后利用PCA方法对预测的CSI进行压缩,再反馈给基站;最后基站端对接收到的CSI进行重构。从理论分析和仿真结果可以看出,该算法可以在降低反馈量的同时提高系统容量和信道恢复的准确性。     

基于频域相关内插的多用户MIMO-OFDM系统有限反馈预编码方案

在实际的多用户MIMO-OFDM系统中,由于反馈信道频谱资源的限制,发射端只能获得部分信道信息,提出了一种仅在部分子载波上有限反馈信道信息,同时利用信道频域相关性,内插重构其他子载波上的信道信息,进而对所有子载波进行多用户迫零线性预编码的MIMO-OFDM系统有限反馈预编码方案.该方案不仅可以大大减少反馈数据量,而且可以有效抑制各子载波上的多用户同信道干扰.     

发射端信道信息对MIMO下行链路的影响

在MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)多用户下行链路中,当发射端具有完全的信道状态信息(CSI:Channel State Information),则可以通过块对角化预编码完全消除用户间干扰(IUI:Inte-User Interfer-ence)。但是,不准确的发射端CSI会导致接收端有残留的IUI。针对最大比合并(MRC:Maximal Ratio Combi-ning)接收机,考察了不准确的发射端CSI对MRC接收机输出的信干噪比(SINR:Signal to Interference plusNoise Ratio)的影响。考虑两个用户的情况,其天线数均为N,而基站的天线数为N 1。推导了SINR的中断概率的上界和下界,且它们之间有简单的关系。仿真结果证明了理论推导的正确性。     

基于非理想信道状态信息的鲁棒矢量预编码设计

在多用户多输入多输出（MIMO）系统中,提出一种适用于非理想信道的鲁棒矢量预编码设计方法.使用非理想信道模型,发射端仅获得部分信道状态信息,即已知信道估计值及信道误差值的一阶和二阶统计量,利用已知的信道条件并最小化收发信号的均方误差,推导出鲁棒的矢量预编码矩阵和扰动矢量.仿真表明,该鲁棒预编码方法比传统方法具有更好的性能.     

基于马尔科夫状态空间的水声OFDM资源分配

在水声自适应OFDM系统中,CSI(channel state information)是资源分配的基础。接收机必须及时地把信道信息反馈给发射机,然后接收机中的调制器根据反馈CSI信息选择合适的比特加载和功率分配方案。但在时变的水声信道中,反馈CSI与实时CSI可能不同。针对信道多变、时延大特点,本文提出了一种基于马尔可夫链的水声OFDM用户资源分配方案来解决这些问题。马尔可夫链状态空间是由初始信道状态和统计信道状态构成的,它可以充分利用感知到的时延CSI和信道统计量来预测数据传输时的CSI。利用统计CSI可以确定每个用户的最佳比特负载和功率分配,使水声系统能够容忍水声信道中较长的CSI延迟。结论表明基于马尔科夫空间的资源分配方案相比于线性预测的自适应,系统吞吐量得到有效提升     

基于部分信道状态信息的双向中继系统性能分析

在两信源均配置多天线的双向放大转发中继通信系统中,两个信源分别采用存在反馈延迟的部分信道状态信息(CSI)设计发射波束形成向量,分析了反馈延迟对系统性能产生的影响,在瑞利衰落信道下推导了系统中断概率和平均误符号率的解析表达式.仿真结果表明,天线数的增加会改善系统性能,但反馈延迟的增大会使系统性能恶化,且无反馈延迟时系统分集阶数大于存在反馈延迟时的分集阶数.数值仿真结果与解析曲线吻合验证了分析结论的正确性.     

大规模MIMO系统信道状态信息反馈开销降低方法

针对大规模多输入多输出(massive-multiple input multiple output,massive MIMO)系统,结合离散余弦变换(discrete cosine yransform,DCT)和快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)基,研究了基于压缩感知的信道状态信息(channel state information,CSI)反馈开销降低方法。首先在用户端,该方法基于压缩感知理论对三维(three dimension,3D)CSI采用不同稀疏基组合进行表示,进而形成两种不同的观测矩阵对其进行观测,其中方法 1基于3D CSI直接形成观测矩阵,而方法 2则基于垂直维CSI和水平维CSI分别形成两个中间观测矩阵,进而通过Kronecker积形成最终观测矩阵。最后,将观测值经矢量化后反馈给基站端;基站端则通过正交追踪匹配算法(orthogonal matching pursuit,OMP)重构CSI。仿真结果表明,基于两种稀疏基的组合可以使得CSI反馈开销得到大幅度降低,同时,基于方法 1生成的观测矩阵所重构CSI性能明显优于基于方法2的。     

基于周期反馈MIMO系统的容量研究

研究了基于周期反馈MIMO(multiple_input_multiple_output)系统的容量。在给定反馈容量约束(平均每一个块的时间内最多能反馈的比特数)的情况下, 当CSI(channel state information)的量化比特数越大时, 一方面,CSI的量化误差越小, 从而增大容量; 另一方面, 反馈周期越大, 导致降低容量。因此, 对于周期反馈系统的容量而言,存在最优的CSI量化比特数。通过数值计算, 给出了最优的CSI量化比特数。计算结果表明:与传统的反馈策略相比, 周期反馈策略使得系统容量得到较大提升。     

Multiuser MIMO Downlink Transmission Schemes over Time-Varying Channels

The performance of multiuser multiple-input-multiple-output （MIMO） downlink systems with block diagonalization （BD） depends on the accuracy of the channel state information （CSI） available at the trans- mitter and the receiver. In time-varying channels, the CSI available at the transmitter （CSIT） is always out-dated due to an inherent time delay between the uplink channel estimation and the downlink data transmission in time division duplexing （TDD） systems. This leads to a drastic degradation of system capacity. This paper first analyzes the effect of the outdated CSIT on multiuser MIMO downlink systems using the BD method and then proposes two linear processing methods, BD precoding with user selection and scheduling at the transmitter and total minimum mean squared error （MMSE） decoding at the receiver （TBDUSS-RTMMSE） and BD preceding at the transmitter with partial MMSE decoding at the receiver （TBD-RPMMSE）, to mitigate the interference among data streams and users. Analysis and simulation results show that these methods can effectively reduce the impairment of the outdated CSIT to increase the system sum capacity in a suitable time delay region of the CSIT.     

基于压缩感知的MIMO-OFDM系统信道状态信息反馈方案研究

在MIMO-OFDM系统中,信道状态信息反馈技术是现在的研究热点。在研究了3GPP-LTE系统中使用的一些信道状态信息反馈方案的基础上,提出了一种基于最新的压缩感知技术的反馈方案。该方案中利用高速数字信道频域的稀疏性,通过压缩感知算法重建反馈的信道状态信息,有效减少了系统处理复杂度和传输的数据量。仿真证明,在反馈量相同的前提下,新方案的系统容量和误码率性能都优于传统的基于码本的反馈方案。     

基于线性神经网络的物理层安全波束赋形方案

对物理层安全传输中的安全波束赋形技术进行研究,提出一种新的波束赋形方案。在多输入单输出系统中,将信道估计、信道状态信息反馈、波束赋形设计3个过程合并为一个利用线性神经网络的反向训练过程。利用信道的互易性,由单天线合法接收端发送训练序列,通过神经网络训练得到多天线的发送方保密信号和人工噪声波束赋形的权值。对误比特率和保密容量进行仿真,表明该权值训练方法可行且有效,方案的安全性能非常接近理想信道状态信息条件下的常规安全方案的性能。相比较常规方案,所提方案复杂度显著降低。     

Adaptive Modulation and Coding Based on Fuzzy Logic Cognitive Engine

Adaptive modulation and coding( AMC) which depends on channel state information( CSI) can make the modulation and coding scheme( MCS) for the sender changed, and make the spectrum efficiency enhanced. The traditional method of AMC establishes a lookup table of MCSs at first,and then the sender chooses the proper MCS according to the CSI from feedback channel. However,this method is not suitable for frequency selective and fast fading channel. Thus, a method based on fuzzy logic cognitive engine is proposed in this paper. The type of channel is recognized by the fuzzy logic cognitive engine,then the MCSs are modified to suit for the channel type. The simulation results show that the proposed method is more suitable for frequency selective and fast fading channel. And it is more reliability under the condition of meeting the bit error rate( BER).