MIMO系统的发射天线选择及自适应链路实现

针对多输入多输出(MIMO)系统信道低秩引起信道容量下降的问题,提出了一种依据信道状态信息进行发射天线选择的算法,并给出了以此算法为基础的VBLAST自适应链路的实现方法。发射天线的选择依据权系数的范数大小进行,该方法可以有效降低天线选择的运算量。仿真结果表明,该方法的选择效果逼近最大容量法的选择效果。自适应链路实现方法将发射天线数的确定和天线选择并行进行,保证了在所处通信环境下达到最大的空间复用系数。     

有限比率反馈下多天线预编码系统的性能分析

在无线通信系统中,当发射端完全已知信道的状态特性时,接收与发送的联合优化设计可获得较好的通信性能,然而由于实际通信系统中有限比率的反馈比特数,发射端往往只能已知部分信道的状态特性。利用格拉斯曼空间中的装填问题,提出通过反馈比特数来选择多波束矢量并与功率控制相结合的线性预编码矩阵优化设计方法。仿真比较了信道特性完全已知和有限比特反馈下部分信道特性已知时基于不同优化准则的预编码系统的性能。仿真同时证实了提出的预编码设计方法的误码率接近信道完全已知时的预编码系统的性能。该设计方法可应用到实际的具有反馈的无线多天线通信系统中。     

基于发射相关的MIMO反馈增强与多用户调度方案

针对多输入多输出(MIMO)多用户系统基于瞬时信道状态信息反馈的调度算法中反馈链路负载比较大的问题,提出了两种基于信道发射相关矩阵的反馈增强与多用户调度方案.方案一中,信道相关矩阵的对应最大奇异值的右奇异向量被反馈回发射端,发射机从这些向量表征的子信道中选择增益较大且空间互相关最小的一组,由于信道相关矩阵变化缓慢,因而大大减小了反馈负载;方案二进一步要求每个用户反馈瞬时信道矩阵的最大奇异值,只有该值大于某个预设门限的子信道才有可能被发射机选择,排除了较差的子信道.仿真表明,当发射天线的离开角角度扩展较小的时候,这两个方案以较小的性能损失大大减小反馈量.     

基于平均有效容量的认知无线电功率控制算法

针对传统认知无线网络功率控制策略难以在信号强度较弱时实现有效功率分配的问题,以认知用户所能获得的平均信道有效容量最大化为优化目标,提出了一种新的认知无线网络的功率控制与优化算法,建立了信道容量及其状态转移模型,设计了支持时延QoS约束的平均信道有效容量目标函数,并采用Lagrangian定理详细推导了最优解的近似表达式,最后对影响平均信道有效容量的因素进行了仿真分析。结果表明,认知用户的平均信道有效容量和相同信噪比条件下认知用户发送能效比得到了明显提高。     

V-BLAST系统的特征波束形成技术

针对特征波束形成技术与V-BLAST结合的系统,从最小化系统差错性能角度出发,在独立同分布衰落信道中和发射端已知信道均值矩阵信息的情况下,推导了特征波束形成的功率分配算法,同时设计了能够充分利用该功率分配方法的接收检测算法。仿真和分析表明,在发射端所知信道信息有限的情况下,该功率分配算法和排序检测算法能显著改善V-BLAST系统的性能,优于传统的V-BLAST检测算法。     

互耦效应对MIMO/SA多天线系统信道容量的影响

多输入多输出/智能天线（multiple input multiple output/smart antenna, MIMO/SA）系统是4G的关键技术之一,多天线的互耦效应是影响MIMO/SA多天线系统性能的主要问题。建立了MIMO与SA相结合的多天线系统模型,推导了互耦效应影响下空间相关系数和信道容量的表达式|通过电磁场数值计算和蒙特卡罗方法仿真MIMO/SA多天线系统的各态历经信道容量。结果表明：在典型的角度谱分布下改变天线间距,考虑互耦效应的信道容量围绕无互耦效应时的信道容量上下振荡|基站天线阵列间距增大信道容量持续增大,移动台天线阵列间距增大到0.5倍波长后信道容量基本保持不变|互耦效应增大信道的空域相关性,从而降低信道容量。     

一种MIMO收发天线联合选择算法

在MIMO系统中天线选择可以增加系统容量,并能有效地降低MIMO系统的复杂度和射频电路成本。仿真实验表明天线在发送接收两端不同的分配方式影响信道容量,发现了一种信道容量角度的最佳天线分配方式。针对收发天线选择的需求,设计了一种可获得较大信道容量的简单算法。该算法没有矩阵运算,计算复杂度低。仿真实验表明该算法和最优算法非常贴近,优于只有接收天线选择时的最优算法。     

一种用于下行传输的特征波束发射分集方案

发射分集要求不同发射天线的信道衰落是相互独立的,而作为智能天线核心技术之一的特征波束形成则需要利用发射天线之间的相关性来实现,它可以将衰落相关信道转换为相互独立的衰落信道。将发射分集技术和特征波束形成技术相结合,研究了一种用于下行传输衰落相关信道的发射分集实现方案。利用空域协方差矩阵的特征矢量作为空时码矩阵的加权因子,即利用相互正交的特征波束来承载空时码。载有空时码的特征波束可以选择空间能量最集中的方向发射信息,从而提高了发射分集在衰落相关信道中的传输性能,降低了系统实现的复杂度。     

一种MIMO OFDM系统中的自适应比特和功率分配算法

分析了MIMOOFDM系统中的自适应调制问题,提出了一种BICM-OFDM系统中的自适应比特和功率分配算法。基于完整的信道状态信息和奇异值分解理论,该算法自适应的为各发射天线的各个子载波分配比特和功率。蒙特卡罗仿真表明在10-5的误码率条件下在2×2MIMOOFDM系统中该算法相对于不采用自适应技术有大约4dB的相对增益。     

限空间MIMO系统发射功率分配算法研究

MIMO技术可有效地抵抗矿井巷道中多径衰落现象,但矿井巷道的无线通信设备发射总功率因防爆要求而受到限制。分析了现有的发射功率分配算法,给出一种适用于矿井巷道的总功率受限的发射功率分配算法,能达到最小总平均功率和单根发射天线峰值功率受限条件下的最优功率分配结果。仿真结果表明,在满足目标误码率条件下新算法计算量小,且在单天线功率限制下能减少了系统的总发射功率,提高发射功率的使用效率。     

基于反馈信道状态信息的水声自适应OFDMA

在时变水声信道中, 为了提高自适应正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA)在时延反馈信道状态信息(channel state information, CSI)条件下的资源分配性能, 提出多节点反馈CSI的时隙复用接入方法, 降低反馈时延; 提出载波时-频相关系数和载波时-频均值两种反馈CSI表征参数, 通过实验数据分析了两种反馈CSI参数及其对水声自适应OFDMA性能的影响; 提出多节点公平的自适应载波、比特、功率联合分配算法, 在最大功率和节点吞吐量约束条件下最小化系统误比特率。仿真和湖上实验数据的结果显示, 所构建的水声自适应OFDMA系统在多种反馈CSI条件下误比特率均低于交织载波分配, 表明其在实际的水声信道应用中具有良好性能。     

Power control scheme for multiple antenna systems with space-time coding in Rayleigh fading channels

Two optimal power control(PC) schemes under the power constraint for space-time coded multiple input multiple output systems over the flat Rayleigh fading channel with the imperfect channel state information(CSI) are presented.One is based on the minimization of a bit error rate(BER),and the other is based on the maximization of a fuzzy signal-to-noise ratio.In these schemes,different powers are allocated to individual transmit antennas rather than equal power in the conventional one.For the first scheme,the optimal PC procedure is developed.It is shown that the Lagrange multiplier for the constrained optimization in the power control does exist and is unique.A practical iterative algorithm based on Newton’s method for finding the Lagrange multiplier is proposed.In the second scheme,some existing schemes are included,and a suboptimal PC procedure is developed by means of the asymptotic performance analysis.With this suboptimal scheme,a simple PC calculation formula is provided,and thus the calculation of the PC will be straightforward.Moreover,the suboptimal scheme has the BER performance close to the optimal scheme.Simulation results show that the two PC schemes can provide BER lower than the equal PC and antenna selection scheme under the imperfect CSI.     

Mobile channel estimation for MU-MIMO systems using KL expansion based extrapolation

In multi-user multiple input multiple output(MU-MIMO) systems,the outdated channel state information at the transmitter caused by channel time variation has been shown to greatly reduce the achievable ergodic sum capacity.A simple yet effective solution to this problem is presented by designing a channel extrapolator relying on Karhunen-Loeve(KL) expansion of timevarying channels.In this scheme,channel estimation is done at the base station(BS) rather than at the user terminal(UT),which thereby dispenses the channel parameters feedback from the UT to the BS.Moreover,the inherent channel correlation and the parsimonious parameterization properties of the KL expansion are respectively exploited to reduce the channel mismatch error and the computational complexity.Simulations show that the presented scheme outperforms conventional schemes in terms of both channel estimation mean square error(MSE) and ergodic capacity.     

Capacity analysis of transmit beamforming with variable feedback delay

The feedback delay can severely affect the quality of the channel state information at the transmitter (CSIT) which is fed back from the receiver. The outdated CSIT will cause large performance loss in the transmit beamforming systems. The effect of variable feedback delay on the capacity of transmit beamforming systems over Rayleigh fading channels is studied. First, the case of fixed feedback delay is considered and a closed-form expression of system capacity is derived. Based on the results of fixed delay, the delay following certain distributions in variable delay case is assumed and the closed-form expressions of capacities are derived. The closed-form expressions show that the capacity is significantly affected by the statistical characteristics of the feedback delay. The obtained results provide an analytical insight into the effects caused by variable delay on the system capacity.     

Channel capacity of multiple-input multiple-output systems with transmit and receive correlation

In order to investigate the impact of channel model parameters on the channel capacity of a multipleinput multiple-output （MIMO） system, a novel method is proposed to explore the channel capacity under Rayleigh fiat fading with correlated transmit and receive antennas. The optimal transmitting direction which can achieve maximum channel capacity is derived using random matrices theory. In addition, the closed-form expression for the channel capacity of MIMO systems is given by utilizing the properties of Wishart distribution when SNR is high. Computer simulation results show that the channel capacity is maximized when the antenna spacing increases to a certain point, and furthermore, the larger the scattering angle is, the more quickly the channel capacity converges to its maximum. At high SNR （〉12 dB）, the estimation of capacity is close to its true wlue. And, when the same array configuration is adopted both at the transmitter and the receiver, the UCA yields higher channel capacity than ULA.     

基于多用户反馈的星地协作传输系统性能分析

研究了门限设置反馈条件下多用户星地混合协作传输系统的性能。首先, 在中继端采用放大转发协议和多用户机会调度方案下, 得到系统的输出信噪比表达式。其次, 在卫星链路服从阴影莱斯分布和地面链路服从瑞利分布的情况下, 推导出基于门限设置的信道状态信息反馈下系统的反馈中断概率、遍历容量和平均反馈用户数的闭合表达式。最后, 计算机仿真不仅验证了理论分析的正确性, 而且证明了所提出的基于门限设置反馈的多用户调度方案在性能几乎不变的情况下, 显著降低了系统反馈量。     

Resource allocation for multiuser STBC-BF MIMO-OFDM downlink with imperfect channel information

To improve the performance of a multiuser MIMO-OFDM system with imperfect channel status information, a downlink adaptive resource allocation algorithm which combines space-time block coding and beam forming (STBC-BF) is proposed. The algorithm allocates the subcarriers with a shared manner. A zero forcing processing with joint Rx-Tx is used to suppress the co-channel interference (CCI) and to construct uncorrelatedchannels for STBC. An adaptive power allocation for the STBC equivalent channels can increase signal to interference and noise ratio at the receiver. Simulation results show that under the condition of an imperfect CSI, the proposed algorithm improves the system performance and reduces the number of BS transmit antennas required.     

多用户MIMO系统中结合天线选择的协同差分空时传输方案

针对多用户多入多出(MIMO)系统中存在部分信道估计困难的情况,提出了一种新的协同差分空时传输方案。在此方案中引入了一种简单的自适应放大转发中继协议,该协议在中继节点结合了接收选择合并和发送天线选择,仅需要部分信道状态信息(CSI)。得出了最大似然差分检测方法,分析了系统的成对码字差错概率(PEP)性能。仿真结果显示,在相同收发天线数、功率及频谱效率条件下,所提方案比点对点MIMO系统中的差分传输方案获得了更高的分集增益和更好的误比特率(BER)性能。且在高信噪比情况下,还优于采用相干检测的非协同Alamouti传输方案。     

双向中继网络中基于正交预编码的盲干扰抵消

双向中继网络(two way relay network, TWRN)在提高频谱效率的同时会引入额外的自干扰,针对放大转发模式下的自干扰抵消问题,从消除非理想信道估计带来的剩余自干扰着手,提出一种基于正交预编码的盲干扰抵消方案。新方案通过对端节点信号进行“右乘”正交预编码,将期望目标信号与自干扰信号映射到不依赖于信道状态信息的正交子空间,实现未知信道状态下自干扰抵消和期望信号分离,从而消除非理想信道估计带来的剩余自干扰对TWRN性能的影响,提高了系统的鲁棒性。在此基础上,通过推导平均误比特率(bit error rate, BER)的闭合表达式和渐进表达式,分析不同方案下信道估计误差对平均BER的影响,并通过仿真对比验证了理论推导的正确性。