MIMO无线通信技术研究

MIMO（多输入,多输出）是一种用于无线通信的天线技术。它利用多天线来抑制信道衰落,在不增加带宽和天线发射功率的情况下,成倍地提高无线通信系统的信道容量,降低误码率。本文主要介绍了MIMO技术的理论基础,当前MIMO的发展,以及它与CDMA技术结合的应用前景。     

空时码在MIMO系统下的性能比较

多输入多输出（MIMO）无线信道具有分集增益和空间增益,因此MIMO系统比单输入单输出（SISO）系统有更高的频谱利用率．本文分析了V—BLAST的几种经典的检测算法,并进行了仿真;仿真结果和理论分析表明：不同的天线组合和检测算法对MIMO系统的性能都有很大的影响,因此要从更全面的观点来分析空时码．     

基于V-BLAST的多载波直接序列扩频CDMA系统上行链路性能分析

提出了一种应用多输入多输出（MIMO）的垂直分层空时（V-BLAST）检测算法的多载波直接序列扩频CDMA（MC-DS-CDMA）的系统结构,对系统上行链路的误码率性能进行了理论分析,推导出了接收天线数大于发射天线数条件下系统误码率的理论表达式,并通过计算机仿真进行了验证,数值结果表明,收发天线数对系统性能具有较大的影响,相对于传统MC-DS-CDMA系统,减少发射天线数或增加接收天线数均可使基于V—BLAST算法的MC-DS-CDMA系统的性能和容量有不同程度的改善．     

多用户大规模 MIMO 系统中能效的研究

针对多用户下行大规模多输入多输出（multiple input multiple output ,MIMO）无线通信系统,提出一种基于能效的联合优化方案。该方案在采用同时考虑发射功耗和电路功耗的功耗模型以及迫零（zero forcing ,ZF）预编码的情况下,推导出天线数、天线子集以及发射功率与系统能效之间的关系式,从而建立联合优化天线数,天线子集和发射功率的能效优化模型,并提出一种新的迭代搜索算法来求解此模型。该迭代算法首先对天线数进行遍历,当天线数确定后,采用基于信道矩阵范数的天线选择算法进行天线子集的选取,随后利用凸优化理论来调整发射功率,不仅提高了系统能效而且降低了算法复杂度。仿真结果表明,与使用全部天线和只考虑天线数的方案相比,所提联合优化方案的能效有明显的提高。     

基于遗传算法的多用户MIMO-OFDM系统的天线和子载波分配

以最大化信道容量为目标,基于遗传算法设计了一种在多用户MIMO—OFDM系统中的动态天线和子载波联合分配的方案．通过在每个子载波上将发射天线分配给不同的用户,充分利用MIMO提供的多用户分集增益．仿真结果表明：该方案与穷举法相比,有较小的性能损失,但是复杂度降低较明显．     

OFDM技术与MIMO-OFDM技术及其性能比较

正交频分复用(OFDM)是一种特殊的多载波传输方案,具有良好的频带利用率,减少了保护带宽。多输入多输出(MIMO)系统是指在发射端和接收端分别设置多副发射天线和接收天线。采用MIMO技术可以提高信道容量和信道可靠性,降低误码率。MIMO-OFDM技术是MIMO与OFDM技术结合形成的一种技术,该技术是在OFDM系统中采用阵列天线实现空间分集,提高了信号质量。本文阐述了OFDM和MIMO-OFDM技术基本原理,并对其性能进行了比较。     

基于时变频率选取的MIMO无线信道仿真模型研究

针对在复杂的无线通信环境中多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）信道建模非常困难的问题,提出了一种具有空间选择性、频率选择性、时间关联性的MIMO信道模型,将载波频率、最大多普勒频移、到达角（Angle of Arrival, AOA）分布、角度功率谱以及相邻天线间距等技术整合到一起,研究了不同角度频率谱（Power Azimuth Spectrum, PAS）分布的空间关联系数表示。仿真结果表明,这个关联信道容量与理论信道容量一致,从而验证了该模型的合理性,同时,该模型为MIMO容量、系统容量分析及性能评估仿真提供了有力的工具。     

探讨MIMO智能天线技术在4G中的应用

在已经商用的第三代移动通信系统和正在酝酿的第四代移动通信系统中,为提高信道容量和传输速率以及通信质量,这2种系统都涉及到了MIMO多天线阵列无线传输物理层体系结构这项关键技术。凭在提高频谱利用率方面的卓越表现,MIMO和智能天线成为4G发展中炙手可热的课题。本文采用智能天线与MIMO系统结合,讨论了MIMO技术的优点和未来智能天线的发展趋势同。     

发射天线选择与空时分组码的结合

合并空时码和闭环发射分集技术是一种提高无线信道通信性能的有效方法．现将Alamouti空时码与发射天线选择技术相结合，即利用Alamouti空时码的基于线性处理的最大似然译码，且仅需要2个射频链路，减少了MIMO系统的复杂性．理论分析及仿真表明，采用Alamouti空时码与发射天线选择技术结合提高了系统的分集性能．     

MIMO通信系统的信道容量分析及MATLAB仿真实现

在多入多出（MIMO）系统原理和模型的基础上,分析了基于单入单出（SISO）、单入多出（SIMO）、多入单出（MISO）以及MIMO系统的信道容量．利用MATLAB语言,基于瑞利衰落信道,分别仿真了以上四系统的信道容量,并比较了不同天线数目的MIMO系统的信道容量．通过搭建MATLAB仿真平台,说明了MIMO系统可以大幅增加信道容量．MIMO通信系统能满足无线通信系统高质量、高速率要求．     

MIMO系统发射端多天线选择保障物理层安全传输

针对MIMO系统信号传输策略中单天线选择方案在增大系统保密容量方面存在的局限性,本文提出发射端多天线选择方案以保障物理层安全通信。文中首先在已知全局信道状态信息的理想条件下讨论最优多天线选择方案;然后考虑较为实际的情况,即在未知窃听方信道状态信息条件下提出次优多天线选择方案;最后,为改进次优方案在低信噪比条件下系统保密容量较小的不足,提出次优多天线选择发射功率分配方案。通过理论推导保密容量表达式和数值分析,结果表明,与现有单天线选择方案相比,所提的多天线选择方案有效地提高了系统的保密容量。     

改进的基于每天线速率控制机制的多数据流多输入多输出系统收发机结构

每天线速率控制(per-antenna rate control,PARC)技术能有效提高多数据流多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统的吞吐量.然而,在时变信道下,反馈到发射端的信道质量指示(channel quality indicator,CQI)已经过期,这意...     

Transmit Antenna Selection with Power and Rate Allocation for Spatial Multiplexing in Distributed Antenna Systems

Introduction Future mobile and wireless applications will require significantly higher data rates and significantly-reduced costs per transmitted bit as compared to the third generation systems.However,single antenna sys-tems cannot meet the requirements …     

基于张量分解的大规模多输入多输出天线预编码

提出基于张量分解的大规模多输入多输出(MIMO)天线预编码方案,利用张量分解对高维天线发送数据的降维,保持数据的低秩多维结构特征,获得更加有效的数据表示;同时,通过联合天线和用户信号的空域和时域的相关性,实现发射分集,克服大规模MIMO信道衰落和降低发射误码.通过仿真结果表明该方案适用于大规模MIMO系统.在相同条件下,与传统方案相比,误比特率更低.     

TD-SCDMA下行协作通信系统的虚拟MIMO方案研究

MIMO技术优势明显,但实用化方面由于硬件实现的困难而阻力重重.协作通信技术利用单天线终端相互共享天线可以虚拟M1MO结构,这为MIMO的实用化提供了新的思路和途径.基于TD-SCDMA下行协作通信系统(TDS-CC)的设计,构造了虚拟MIMO系统,并对该系统在不同条件下进行了仿真分析,结果说明虚拟MIMO系统在性能方面优于其他MIMO系统,具有良好的应用前景.     

基于多径的双极化信道信息反馈方法

天线部署空间限制和信道信息精度是影响大规模天线性能的重要因素,双极化天线能够有效地减少天线尺寸,在有限的空间内部署更多的天线,成为了大规模天线部署时的主流选择。但是由于信道的维度较大,目前,反馈技术面临码本中码字数目巨大、设计困难的问题,并且同时导致反馈开销大以及码字选择计算复杂度高。本文提出了一种新的基于多径的双极化信道反馈方法,这种方法仅仅需要少量的长周期宽带反馈的多径方向和幅度信息,结合一些短周期子带反馈的相位合并信息即可获得更加精确的预编码。结果表明这种方法能够有效地提高量化反馈效率并降低终端侧复杂度。      

TD-HSPA~+下行链路基于双流发送的天线选择算法

针对TD-HSPA+下行8天线发送双流系统,提出了一种序贯天线选择算法.首先,根据系统的数学模型推导出特征波束赋形后双流各自的信噪比公式.然后根据此表达式设计出5种天线选择准则,并且通过引入序贯选择代替遍历算法以降低选择算法的计算复杂度.仿真结果表明:最大化发送端等效信道相关阵第二特征值的优化准则是5种准则中性能最优的;采用序贯选择算法性能仅比遍历算法损失0.1 dB,但前者所需的计算量仅为后者的四分之一.     

Robust and Passive Motion Detection with COTS WiFi Devices

Device-free Passive(DfP) detection has received increasing attention for its ability to support various pervasive applications. Instead of relying on variable Received Signal Strength(RSS), most recent studies rely on finer-grained Channel State Information(CSI). However, existing methods have some limitations, in that they are effective only in the Line-Of-Sight(LOS) or for more than one moving individual. In this paper, we analyze the human motion effect on CSI and propose a novel scheme for Robust Passive Motion Detection(R-PMD). Since traditional low-pass filtering has a number of limitations with respect to data denoising, we adopt a novel Principal Component Analysis(PCA)-based filtering technique to capture the representative signals of human motion and extract the variance profile as the sensitive metric for human detection. In addition, existing schemes simply aggregate CSI values over all the antennas in MIMO systems. Instead, we investigate the sensing quality of each antenna and aggregate the best combination of antennas to achieve more accurate and robust detection. The R-PMD prototype uses off-the-shelf WiFi devices and the experimental results demonstrate that R-PMD achieves an average detection rate of 96.33% with a false alarm rate of 3.67%.     

基于大规模天线阵的多长度导频机制研究

在基于时分双工的大规模天线阵系统中,导频污染是阻碍实现高频谱效率、高吞吐率的最主要瓶颈之一.传统的单长度导频机制使得用户受到所有相邻小区非正交导频序列用户的干扰,进而加重导频污染问题.因此,提出一种新的多长度导频机制(MLPS),使得目标小区各用户的导频长度可以更加接近其最优导频长度,从而减弱导频污染对系统的影响进而提升吞吐率的目的.首先,利用Monte-Carlo仿真观察出系统内各用户最优导频长度的分布情况.然后,基于多长度导频机制带来的不同长度导频间干扰与导频-数据干扰,给出一种可行的导频设计准则和两种时分双工时序策略,分别用于消除以上两类干扰.实验结果表明,相比于传统单长度导频机制,多长度导频机制在上行、下行吞吐率上分别有18%与20%的提升.     

MIMO系统次优接收机下分集与复用的优化

分集与复用是两种较为成熟的MIMO发送方案,基于OSTBC与OSIC接收机下的VBLAST系统的误码率估计,提出了一种时变信道下的MIMO系统分集与复用的优化系统.仿真结果表明其性能要优于已有的基于Demmel条件数判决的优化方法.