MIMO-STBC子载波资源分配算法研究

正交频分多址是一种无线环境下的高速传输技术,适合在多径传播和多普勒频移的无线移动信道中传输高速数据。在对与多天线STBC等效的单发单收模型进行研究的基础上,提出了一种适用于MIMO-STBC系统自适应优化的子载波资源分配算法,将复杂的分集增益指标转换为直观的SNR指标,明确表示出接收机SNR与信道相关矩阵之间的关系。仿真实验表明,该算法进一步提高了频谱效率与系统性能。     

Optimal MMSE successive interference cancellation in group-wise STBC MIMO systems

1.INTRODUCTIONInformationtheoryshowsthat a multiple-input multi-ple-output(MI MO)communication systemcan effi-ciently increase system capacity in rich scatteringwireless channel environment without additional pow-er and frequency spectrumrequirement as traditionaltechniques need[1,2].Transmission schemes based onMI MO typically fall into two categories:data ratemaxi mization schemes and diversity maxi mumschemes.The representative of the first category isBell laboratories layered space…     

改进的子载波比特功率分配算法

针对多用户多输入多输出-正交频分复用(multiple input multiple output-orthogonal frequency divi-sion multiplexing,MIMO-OFDM)系统的自适应资源分配问题,对子载波比特功率两步分配(Two-Steps)和联合分配方法进行了比较,分析了收发天线数目对系统性能的影响.提出了一种改进的子载波比特功率算法,该算法基于两个用户可以同时在一个子载波上发送数据的子载波复用方法,将子载波和比特功率联合分配,对比特重新调整的迭代过程进行了改进.仿真结果表明,该算法在不影响系统误码性能的前提下降低了复杂度.     

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.     

MIMO系统中基于斜投影的盲空时多用户检测算法

针对多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)的码分多址(code division multiple access, CDMA)系统,提出了一种基于斜投影的盲空时多用户检测算法。该算法结合MIMO系统的空间分集技术与Alamouti空时分组码 (space time block coding, STBC)方案,自适应地跟踪干扰子空间和多天线信道,在此基础上对接收信号进行斜投影抑制多址干扰(multiple access interference, MAI),解决了传统的基于子空间的最小均方误差(minimum mean square error, MMSE)盲空时多用户检测算法收敛速度慢和强干扰的情况下稳态性能低的问题,提高了多用户检测的鲁棒性,且计算复杂度较低。仿真结果表明该算法的有效性。     

基于空时分组编码的水声MIMO通信系统仿真研究

为了提高水声信道的信道容量,将多输入多输出（MIMO）技术用于水声信道,提出一种基于空时分组编码（STBC）的MIMO通信系统。为了抵抗水声多径传播造成的频率选择性衰落,接收机采用MIMO判决反馈均衡器,结合二阶锁相环路补偿载波相位偏移,将水声信道转换为频率非选择性信道。通过计算机仿真证明了该方法的有效性,并与单输入单输出（SISO）系统以及采用空时网格编码（STTC）的MIMO系统进行了性能对比,结果表明STBC和STTC可以获得两倍于SISO的频带利用率和较低的误码率,STBC系统的误码率性能比STTC略差,但编译码计算量远低于STTC系统,更适于实际应用。     

基于STBC的双层预编码MIMO系统

提出一种结合空时分组码(space-time block coding, STBC)与双层预编码的方法。建立了基于STBC的双层预编码多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统模型,给出了预编码赋形权矢量的构造方法,利用预编码形成的两个虚拟子信道同时传输两个数据流,同时结合Alamouti STBC构成混合编码,带来分集增益;针对STBC双层预编码系统设计了一种低复杂度的译码方法。理论和仿真结果表明,新系统可以同时带来分集增益和复用增益,有效提高系统信道容量,与通常的MIMO系统相比,误码性能得到明显改善。     

Resource allocation for cooperative diversity systems based on quadrature modulation

To improve the error performance and the resource utilization of cooperative systems, the optimum resource allocation, i.e., power allocation and partner choice, for an adaptive decode-and-forward (DF) cooperative diversity system based on quadrature modulation is investigated. The closed-form expression of the bit error rate (BER) system performance is derived and an optimal power allocation (OPA) algorithm is proposed to optimize the power allocation between the local and relayed signals under the minimum BER criterion. Based on the OPA algorithm, a partner choice strategy is proposed to determine the partner locations specified by various cooperation gains. Simulation results show that the proposed resource optimization algorithms are superior to the unoptimized algorithms by significantly reducing the BER and improving the cooperative gain, which is useful to simplify the practical partner choice process.     

Resource allocation with CCI suppression for multiuser MIMO-OFDM downlink in correlated channels

To minimize the overall transmit power while maintaining a constant data rate and target BER, a downlink adaptive resource allocation algorithm with jointing the exclusive manner and the shared manner is proposed for multiuser MIMO-OFDM system in correlated channels. The algorithm allocates all the subcarriers to different users according to their spatial correlations. The users with high spatial correlation are allocated in the same group and the exclusive manner is applied. The shared manner with an improved null broadening method, which improves the performance of co-channel interference （CCI） suppression and decreases the number of transmit antennas required, is applied between the different group users. As the user＇s direction of departure （DOD） changes very slowly, a looking up table method is used to reduce the computational complexity. The simulation results show that despite the angle spread of DOD, when compared with the exclusive manner, the proposed algorithm improves the spectral efficiency, and when compared with the TDMA-ZF （zero forcing） shared manner, the proposed algorithm decreases the total transmit power by at least 1 dB.     

GNSS抗干扰接收机的自适应波束形成算法

针对全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）接收机的抗干扰问题,以空-时自适应天线阵列为研究对象,提出了组合的自适应波束形成算法。该算法首先采用子空间正交投影技术消除接收信号中的强干扰信号,然后通过最大化相关后信号载噪比（carrier to noise ratio, C/N₀）约束准则加强GNSS信号质量。仿真结果表明,相对于传统的最大化阵列输出信噪比准则,最大化相关后信号C/N₀准则能够提高信号载噪比约4 dB。并且提出的组合算法可使接收机在有效抑制干扰的同时,又能够大大提高信号的捕获和跟踪性能。     

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。     

基于自适应灰色预测的虚速率算法

虚速率(VRC)算法是近年来新兴的一种基于速率的主动队列管理算法,本文将灰色预测、自适应控制与虚速率算法三者的设计思想融合起来,提出一种新的基于自适应灰色预测的虚速率算法。将二次型性能指标引入到VRC算法中PID控制器的整定过程中,按照性能指标的负梯度方向修改加权系数,实现了PID的自适应最优控制。同时将自适应PID与灰色预测器相结合,用预测结果代替被控对象测量值,克服了网络时滞和干扰给系统带来的负面影响,并进行了稳定性分析。仿真结果表明,该算法具有优良的性能。     

Efficient parallel adaptive array beamforming algorithm

For a large-scale adaptive array, the heavy computational load and the high-rate data transmission are two challenges in the implementation of an adaptive digital beamforming system. An efficient parallel digital beamforming (DBF) algorithm based on the least mean square algorithm (PLMS) is proposed. An appropriate method is found to partition the least mean square (LMS) algorithm into a number of operational modules, which can be easily executed in a distributed-parallel-processing fashion. As a result, the proposed PLMS algorithm provides an effective solution that can alleviate the bottleneck of high-rate data transmission and reduce the computational cost. PLMS requires less computational load than that of the conventional parallel algorithms based on the recursive least square (RLS) algorithm, as well as it is easier to be implemented to do real time adaptive array processing. Moreover, low sidelobe of the beam pattern is obtained by constraining the static steering vector with Tschebyscheff coefficients. Finally, a scheme of the PLMS algorithm using distributed-parallel-processing system is also proposed. The simulation results demonstrate that the PLMS algorithm has the same interference cancellation performance as that of the conventional LMS algorithm. Moreover, the PLMS algorithm can obtain the same good beamforming performance, regardless how the algorithm is partitioned. It is expected that the proposed algorithm will be used in a large-scale adaptive array system to deal with real time adaptive digital beamforming processing.     

基于深度学习的多STBC盲识别算法

针对空时分组码(space-time block code, STBC)识别中多种编码类型难区分的问题, 提出了一种基于卷积神经网络的STBC盲识别算法。该算法首先将接收信号采用自相关函数的频域预处理, 输入到卷积神经网络中对信号特征进行提取, 全连接层对特征进行映射, 实现对6种STBC类型的识别。仿真实验结果表明, 在无信道和噪声等先验信息的条件下, 所提算法能够有效区分3种相似度高的STBC3码, 且将STBC可识别的编码类型由目前的4种扩充到6种, 识别准确率能达到96%。该方法的复杂度较低, 不需要利用大量样本数据, 实时性高, 具有较好的工程应用价值。     

多入多出系统中的自适应比特交织编码调制

提出一种多入多出（M/MO）系统中的自适应空时比特编码调制方案（ST-ABICM）。本方案结合功率、比特分配及比特交织，在满足发射端吞吐量和总功率要求的条件下，使系统的误码率最小。为解决在快衰落信道中比特交织时延和可变速率编码之间的矛盾，提出与删除码结合的空时多层交织器，在实现比特交织的同时，不破坏编码比特位和删除位的位置。在接收端，我们提出一种比特连续干扰抵消（SIC）检测算法，这种算法相比最大似然算法大大降低了运算复杂度。     

基于卷积神经网络的串行空时分组码盲识别算法

针对多输入单输出(multiple input single output, MISO)系统中的空时分组码(space-time block code, STBC)盲识别问题, 提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)的串行STBC识别方法。首先, 结合STBC识别问题提出了基本CNN (CNN basic, CNN-B)框架; 然后在分析STBC相关性的基础上, 针对空间复用和Alamouti信号混叠问题, 设计了基于相关性的CNN (CNN based on correlation, CNN-BC)模型; 最后将STBC数据集输入到网络模型中, 完成网络的训练和识别测试。仿真结果表明, 相比于基于特征提取的传统算法, 该方法将可识别的STBC扩展到了6种, 并且在低信噪比下的识别准确率更高, 识别过程可控制在微秒级别, 具有较高的工程应用价值。     

STBC MPSK系统误码率的闭式解

推导了MPSK调制空时分组码（STBC）系统误码率（SER）的闭式解，并通过仿真对理论误码率进行了分析和验证。通过两种不同的方法，我们分别得到了两发射天线的STBC系统在理想信道估计和存在信道估计误差条件下的理论误码率。仿真表明实际误码率和理论结果非常吻合，所以得到的STBC误码率的闭式解可以作为系统性能评估的精确标准。采用导频码辅助信道估计时，估计误差导致STBCMPSK系统误码率性能损失2～3dB。     

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。     

超密集网络中基于聚类的资源分配方案

超密集网络(ultra-dense network, UDN)中,毫微微基站(femto-cell base station, FBS)的密集和随机部署会导致严重的小区间干扰。为了减轻干扰、保障用户服务质量(quality of service, QoS),提出了一种UDN中基于聚类的资源分配方案。首先,设计了一种基于加权密度的改进K-means聚类算法,将FBS动态划分为不同的簇。然后,以最大化UDN系统吞吐量为目标提出了一种两阶段时频资源分配方案:第一阶段,每个聚类内使用贪婪算法执行时频资源块的分配;第二阶段,利用资源补偿分配算法分配剩余的资源块,在考虑用户公平性的同时保证用户QoS。仿真结果表明,本文提出的资源分配方案能够有效提升系统吞吐量,同时保证用户QoS和公平性。     

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。