基于频控阵MIMO雷达的低复杂度稳健波束形成算法

频控阵(frequency diverse array, FDA)多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达基于发射端调制而具备的距离维自由度为主瓣干扰提供了抑制方案。结合自适应波束形成算法, 频控阵MIMO雷达能有效抑制主瓣范围内欺骗干扰信号, 但存在的信号环境复杂、导向矢量失配、采样快拍不足等问题将使算法性能恶化。针对该问题,提出了一种基于频控阵的低复杂度的稳健自适应波束形成算法。仿真实验表明, 相比于其他自适应波束形成算法, 所提算法在低信噪比(signal to noise ratio, SNR)低采样快拍且存在导向矢量失配等非理想条件下形成的波束稳健性更强、计算复杂度更低, 有效实现了对目标的指示和对干扰的抑制, 克服了其他算法在非理想条件下性能恶化的问题。     

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。     

Fast DOA estimation algorithm for MIMO sonar based on ant colony optimization

The maximum likelihood (ML) estimator demonstrates remarkable performance in direction of arrival (DOA) estimation for the multiple input multiple output (MIMO) sonar.However,this advantage comes with prohibitive computational complexity.In order to solve this problem,an ant colony optimization (ACO) is incorporated into the MIMO ML DOA estimator.Based on the ACO,a novel MIMO ML DOA estimator named the MIMO ACO ML (ML DOA estimator based on ACO for MIMO sonar) with even lower computational complexity is proposed.By extending the pheromone remaining process to the pheromone Gaussian kernel probability distribution function in the continuous space,the proposed algorithm achieves the global optimum value of the MIMO ML DOA estimator.Simulations and experimental results show that the computational cost of MIMO ACO ML is only 1/6 of the MIMO ML algorithm,while maintaining similar performance with the MIMO ML method.     

基于调制分集的MIMO DFT-S-OFDM系统

以离散傅里叶变换扩展正交频分复用（discrete Fourier transform spread orthogonal frequency division multiplexing，DFT-S-OFDM）技术为核心的单载波频分多址（single carrier frequency division multiple access，SC-FDMA）方案，已经成为第三代合作伙伴计划长期演进项目上行多址技术标准。提出了一种基于调制分集的多入多出（multiple input multiple output，MIMO）DFT-S-OFDM方案。该方案将调制分集和Turbo码相结合，有效利用时间分集和空间分集特性，在衰落信道下，既可以使系统具有较低误码性能，又可以获得较高的频谱效率。仿真结果表明，在最优旋转角度下，通过较小复杂度的增加，提出的系统与传统基于比特交织编码调制技术的MIMO DFT-S-OFDM系统相比，可获得明显的性能优势。     

空时分层结构码分多址系统的上行多用户检测

针对目前已提出的空时编码结构大多只研究单用户检测这一现状,研究了频率选择性信道下多输入多输出(MIMO)的多用户结构,并提出了一种采用V BLAST空时编码结构码分多址系统的多用户检测算法。基于发射符号的旋转不变特性和奇异值分解,得到了矢量信道冲激响应(VCIR)的盲估计,进而提出了上行信号的多用户检测器。该方法在满足系统对多用户检测性能期望的同时,还能很容易地对算法复杂度进行有效控制。仿真结果表明了该方法的有效性。     

MU-MIMO单比特ADC系统中软输出检测算法

低精度量化技术能解决毫米波通信射频链高能耗问题而使相关的接收技术受到广泛关注。本文针对应用于单比特量化上行多用户多输入多输出(multiuser multiple input multiple output, MU-MIMO)系统的软输出检测(soft output detection, SOD)算法计算复杂度高的问题，针对软输出检测(soft output detection, SOD)算法计算复杂度高的问题,结合串行干扰消除算法与SOD算法,提出排序多用户单比特串行干扰消除SOD(ordered multiuser one-bit successive interference cancellation SOD, OMuOSIC-SOD)算法,所提算法计算复杂度更低且能动态调整。在基于polar编码的MU-MIMO系统中的仿真结果表明, OMuOSIC-SOD算法随着同时检测的用户数目增加,误帧率(frame error rate, FER)逐渐接近SOD检测算法;在8×32 MIMO中, FER为10^-3时, OMuOSIC-SOD算法每次检测的用户数目每增加2个,得到约0.6 dB的性能增益。综上所述，所提算法可以通过调整每次检测的用户数量来调整检测性能，提升了算法的灵活性。     

基于Gabor框架的线性调频信号压缩采样与重构

针对线性调频信号在传统采集过程中存在的高采样频率问题, 提出了一种基于Gabor框架的线性调频信号压缩采样与重构方法。首先, 利用线性调频信号在Gabor变换下所具有的时频稀疏特性, 提出了基于Gabor框架的线性调频信号压缩采样系统。基于该采样系统, 分析了压缩采样系统工作过程, 建立了该系统压缩观测过程数学模型。随后, 分析了压缩采样系统重构模型, 将压缩采样重构问题转化为多观测向量重构问题。最后, 基于多维扩展的稀疏贝叶斯学习算法, 提出利用优化分类的方法来保证线性调频信号的精确重构。仿真实验结果表明, Gabor框架压缩采样系统有效降低了线性调频信号采样频率与采样点数, 在重构过程中, 本文提出的重构方法能够有效降低重构误差, 提高重构概率。     

基于免疫克隆选择算法的多用户检测技术研究

为了解决最佳检测器计算复杂度较高的难题，提出一种精简有效的克隆选择算法。把人工免疫系统和神经网络系统的信息处理机制引入到CSA提出了免疫克隆选择算法。所提ICSA通过使用随机Hopfield神经网络制备疫苗构成新的免疫算子，把新的免疫算子结合到克隆选择算法中，不仅加快了克隆选择算法的收敛速度，并提高了克隆选择算法的全局收敛能力。然后在CDMA系统利用此算法设计了新的多用户检测器。仿真结果证明了ICSA检测器能够快速收敛到全局最优解，并且无论抗多址干扰和抗远近效应能力都优于传统方法和一些应用优化算法的多用户检测器。     

Cochannel interference cancelation for multiple access systems

Many properties of frequency-hopped spread-spectrum multiple access (FH/SSMA), such as, robustness against frequency selective fading and jamming make it a preferred multiple access communication scheme. But cochannel interference (CCI) can seriously harm the system's performance. On the basis of the analysis of the CCI pattern of frequency hopped multiple access signal, a new multiuser detection algorithm for canceling the CCI in frequency hopped multiple access systems is proposed. In the proposed scheme, the CCI is canceled by first detecting the frequency hopping slot, and then classifying and regenerating the candidates of the interference pattern from the time-frequency matrix. Both the theoretical analysis and computer simulation results show that compared to the conventional detector and Mabuchi's detector, this new multiuser detector has lower complexity, better convergence stability, and is suitable for both additive white Gaussian noise (AWGN) channels and Rayleigh fading channels.     

低分辨率ADC下MIMO-OFDM系统中的广义Turbo信号检测

针对高分辨率模数转换器(analog-to-digital converter, ADC)接收机给大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统带来的硬件成本昂贵和高功耗问题，研究了低分辨率ADC在毫米波MIMO正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)量化系统中的应用方案。通过将单输入单输出(single input single output, SISO)量化系统中的广义Turbo信号检测算法推广到MIMO-OFDM量化系统，实现了该算法的低复杂度实现方案。在4×32 MIMO-OFDM系统中，当误比特率为10^-3时，GTurbo算法与广义近似消息传递(generalized approximate message passing, GAMP)算法相比能得到约3 dB的性能增益。仿真表明，与GAMP算法相比，所提算法更适用于大规模天线阵列系统。     

分布式MIMO系统中基于矩阵分割的检测算法

针对分布式多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统中由于收发天线在地域上的离散分布所引起的异步接收问题,提出了一种基于矩阵分割的串行检测算法。该算法先从等效信道矩阵中划分出较小的矩阵,然后在此矩阵内进行检测。检测出的结果,部分用于干扰消除,部分用于和之后的检测结果合并。最后,从干扰消除后的信道矩阵中再划分矩阵,重复检测步骤,直至所有信号被检测出。在瑞利衰落信道下的计算机仿真表明,该算法与已有的分布式天线下的排序干扰对消(distributed antenna ordering successive interference cancellation, DA-OSIC)检测算法相比,可支持信号的连续发送,且随着发送序列的增长,算法性能逐步逼近DA-OSIC算法,并具有较低的计算复杂度。     

基于多观测向量块稀疏的MIMO雷达非理想正交波形成像

基于稀疏恢复的多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达波形分离方法,能够代替匹配滤波,提高MIMO雷达非理想正交波形分离效果,对目标高分辨成像。但由于目标像稀疏性较弱,多观测向量(multiple measurement vector, MMV)稀疏恢复算法的效果有限。通过调整感知矩阵发掘目标像的块稀疏性,提出了一种基于块稀疏的MMV稀疏重构算法来提高成像质量。首先采用改进的复合三角函数(improved composite trigonometric function, ICTF)作为平滑函数近似l₀范数,然后将其扩展到基于块稀疏的MMV模型,最后通过自适应调整正则化参数提升算法稳健性。通过实验验证了该算法在不同稀疏度、不同信噪比下的重构性能,仿真分析了其应用于MIMO雷达对多散射点目标模型的成像效果。仿真结果表明,所提算法能够更好地提高成像质量。     

基于多观测向量块稀疏的MIMO雷达非理想正交波形成像

基于稀疏恢复的多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达波形分离方法,能够代替匹配滤波,提高MIMO雷达非理想正交波形分离效果,对目标高分辨成像。但由于目标像稀疏性较弱,多观测向量(multiple measurement vector, MMV)稀疏恢复算法的效果有限。通过调整感知矩阵发掘目标像的块稀疏性,提出了一种基于块稀疏的MMV稀疏重构算法来提高成像质量。首先采用改进的复合三角函数(improved composite trigonometric function, ICTF)作为平滑函数近似l₀范数,然后将其扩展到基于块稀疏的MMV模型,最后通过自适应调整正则化参数提升算法稳健性。通过实验验证了该算法在不同稀疏度、不同信噪比下的重构性能,仿真分析了其应用于MIMO雷达对多散射点目标模型的成像效果。仿真结果表明,所提算法能够更好地提高成像质量。     

Improved MIMO-OFDM scheme for the next generation WLAN

The research and application of wireless local area networks (WLAN) technology are in a stage of rapid development. It has been one of research focuses of the wireless communications field. Through the use of enhanced single-user (SU)/multi-user (MU) multiple input multiple output (MIMO)-orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technology, the next generation WLAN IEEE 802.11ac dramatically increases the throughput. An improved MIMO-OFDM scheme based on modulation diversity is proposed for the next generation WLAN. It uses two-dimensional modulation diversity to the current IEEE 802.11ac transmission scheme. Through the space-time-frequency component interleaver and the rotational modulation, the proposed scheme exhibits high spectral efficiency and low error rate in fading channels. The simulation results show that the proposed scheme significantly outperforms the SU/MU MIMO-OFDM scheme in the current IEEE 802.11ac standard, which is up to 5 dB.     

基于神经网络的高并行大规模MIMO信号检测算法

随着5G和未来移动无线网络的不断发展, 大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)是其中的关键技术之一。随着天线数目的不断增加, 给接收机的设计带来更高的挑战, 复杂度过高的检测算法在实际中难以应用。本文将一种高并行(high-parallelism, HP)检测算法展开到神经网络中, 单层神经网络基于该算法的每次迭代, 并将其与可训练的权重参数和非线性神经单元相结合, 提出基于网络结构HP-Net的方法。通过训练HP-Net得到最优可训练参数, 进而提高检测性能。实验结果表明, 所提方法相对传统最小均方误差(minimum mean square error, MMSE)算法复杂度更低, 并能够得到更低的误码率; 同时相对HP并行检测算法误码率性能更优。     

Soft-output stack algorithm with lattice-reduction for MIMO detection

A computationally efficient soft-output detector with lattice-reduction (LR) for the multiple-input multiple-output (MIMO) systems is proposed.In the proposed scheme,the sorted QR decomposition is applied on the lattice-reduced equivalent channel to obtain the tree structure.With the aid of the boundary control,the stack algorithm searches a small part of the whole search tree to generate a handful of candidate lists in the reduced lattice.The proposed soft-output algorithm achieves near-optimal performanca in a coded MIMO system and the associated computational complexity is substantially lower than that of previously proposed methods.     

结合非正交子载波的空频索引调制技术

广义空频索引调制(generalized space and frequency index modulation,GSFIM)技术的提出显示了其相比传统多输入多输出正交频分复用技术更优的系统性能。然而,GSFIM有着较复杂的系统结构以及高复杂度的检测器。讨论一种特殊形式的空频索引调制技术,即基于频率正交幅度调制(frequency and quadrature amplitude modulation,FQAM)/频相移键控(frequency and phase shift keying,FPSK)的空间调制(spatial modulation,SM)技术,其大大简化了系统结构。为了进一步提升该系统的频谱效率,提出了结合非正交子载波的FQAM/FPSK-SM。仿真结果表明,在不同的参数配置下,通过调整压缩系数,非正交FQAM/FPSK-SM系统不仅能够带来频谱效率的提升,而且能够在发送速率相同的前提下达到与正交系统基本相同的性能,提高了系统的单位带宽吞吐量。     

上行MIMO MC-CDMA系统联合的检测

将多输入多输出（MIMO）技术应用于传统的MC-CDMA方案,构成MIMO MC-CDMA系统,能在很大程度上提高MC-CDMA方案的性能.提出了一种上行MIMO MC-CDMA系统联合的V-BLAST（Vertical-Bell Labs Layered Space-Time）和多用户检测算法,该算法首先分别对每个用户采用一种改进的基于最小均方误差（MMSE）的迭代干扰抵消V-BLAST检测获得两组不同的检测数据,然后联合所有的用户运用最大似然（ML）准则对迭代中间结果进行选择从而实现性能优化.仿真结果表明所提出算法显著提高了系统的误码率（BER）性能.     

基于GASA算法的DFCW-LFM波形设计

离散频率编码波形是一类常用的多输入多输出雷达波形,加入线性调频能够改善其自相关性能。将基于遗传算法和模拟退火的混合算法用于离散频率编码线性调频(discrete frequency coding waveform linear frequency modulation, DFCW-LFM)波形的优化设计,仿真结果表明,用该优化算法得到的信号其相关性能要优于现有方法。另外,提出了一种改进的DFCW-LFM波形设计方法。该方法在DFCW-LFM波形的基础上,对频率编码子脉冲同时进行相位编码,构成DFCW-LFM和相位编码的混合波形,并采用混合算法对其进行优化设计。仿真结果表明,和已有的DFCW-LFM波形相比,所设计混合波形的相关性能得到了进一步改善。     

基于非圆信号的MIMO阵列方位估计方法

给出了多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）阵列的阵列信号模型。针对信号为非圆信号的形式,提出了一种在MIMO阵列中基于非圆信号的共轭多重信号分类方法（multiple-input multiple-output conjugate multiple signal classification, MIMO CMUSIC）。这种方法充分利用非圆信号的特点,从阵列接收数据构造共轭对称的Toeplitz矩阵得到伪协方差矩阵,然后用常规MUSIC方法进行处理。仿真结果表明,与常规MUSIC方法相比,在只需要一次或者少次快拍下,此方法在MIMO阵列中能够分辨多个目标,性能远优于常规的MIMO MUSIC方法。