一种抗信道相关性的高效MIMO检测算法

多输入多输出(MIMO)技术作为新一代移动宽带通信的核心技术,面临着天线数目增大带来的系统增益和高信道相关性导致的检测误码之间的矛盾.对此提出一种新的格基规约(LR)辅助的K-Best算法,由于经LR处理后K-Best算法中每一个父节点的子节点不确定,本文采用基于需求的扩展方案扩展子节点,并基于候选最小堆的排序算法降低排序复杂度,平均时间复杂度从O(KN log2(KN))降低至O(K log2K),空间复杂度从O(KN)降低至O(K).并且针对经LR处理后,星座图不再是有限的所带来的检测误码,提出了一种越界控制方案提高检测的准确率.仿真结果表明,越界控制方案使得算法在高信道相关性下其误码率(BER)性能得到了3 d B的增益.并且本算法与最大自然ML算法仅有1 d B的差距,算法复杂度远小于ML算法,仅仅随着天线数呈线性增长,是一种适用于大规模天线系统的高效的MIMO检测算法.     

基于STBC-OFDM的非协作虚拟MIMO传输策略

针对多用户配对虚拟MIMO(multiple input multiple output)安全性差、对信道估计器依赖性强的问题,在分析理想MIMO系统和多径SISO(single input single output)系统本质关系的基础上,提出一种基于空时分组编码STBC(space-time block coding)和正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)的非协作式虚拟MIMO传输策略.在发送端,为了获得最佳发射分集增益,利用信道循环矩阵奇异值分解(singular value decomposition,SVD)后得到的左酉矩阵进行预编码;在接收端,为了获得平行子信道传输效果,提出一种基于低复杂度线性STBC译码和傅里叶变换预解码的非协作虚拟MIMO接收方案.该虚拟MIMO在收发两端均无需信道瞬时信息,以非协作方式在单天线内模拟多天线收发效果.仿真分析结果表明该虚拟MIMO系统能有效逼近实际理想MIMO的系统容量和误比特率性能,显著降低了虚拟MIMO系统的检测门限.该结果验证了其有效性和优越性.     

两种混沌多址接入性能研究

混沌技术与传统扩频通信相比能够很好的抗多径衰落信道,阐述了混沌通信的研究现状及其与传统的扩频通信的不同,分析比较了两种差分混沌移相键控的多址接入方案:WALSH-DCSK多址接入方案和CDMA-DCSK多址接入方案.并通过实验仿真分析比较了这2种方案的性能优劣,实现复杂度等.     

基于编码辅助和过采样的成对载波多址信号盲分离算法

针对对称通信模式下成对载波多址(PCMA)信号的非协作盲分离和解调问题,提出了一种基于编码辅助与过采样相结合的信号盲分离算法.针对两路正交相移键控(QPSK)信号叠加的情况,推导了过采样条件下的信道参数估计表达式,利用加权递归最小二乘法提高信道参数估计的收敛速度,利用编码辅助降低计算复杂度和误码率,以改进已有的逐幸存路径(PSP)算法,并提高低信噪比条件下的信号分离性能.仿真结果表明,与无编码辅助和过采样的信号盲分离算法相比,所提出的基于编码辅助和过采样的算法可使误码率降至20dB.     

基于NSFC-OFDM的非协作式虚拟MIMO

针对多用户配对虚拟MIMO(multiple input multiple output)安全性差,对信道估计器依赖性强的问题,提出一种基于非相干空频码(non-coherent space frequency code,NSFC)和正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)的非协作式虚拟MIMO.在分析NSFC成对错误概率的基础上,给出能满足全分集阶数和最大编码增益的编码准则.为了获得平行子信道传输效果,利用信道循环矩阵奇异值分解(singular value decomposition,SVD)后得到的酉矩阵分别进行预编码和预解码.基于最优NSFC和OFDM预编解码,提出一种新颖的虚拟MIMO策略.该虚拟MIMO在收发两端均无需信道瞬时信息,以非协作方式在单天线内模拟多天线收发效果.理论和仿真分析结果表明,虚拟MIMO系统能有效逼近实际理想MIMO的系统容量和误比特率性能,显著降低了虚拟MIMO系统的检测门限.     

格基规约算法在 MIMO 检测中的应用

研究了格基规约（lattice reduction,LR）技术中的 LLL（Lenstra-Lenstra-Lov’asz）算法,以及格基规约辅助（LR Aided, LRA）的多输入多输出系统（multiple input multiple output,MIMO）检测技术,重现了已有的多种 LRA 低复杂度检测算法的结果,探讨了 LR 与 MIMO 检测的本质,继而提出了一种带边界限定的格基规约辅助的选择性的快速枚举展开算法。仿真结果表明：LLL 算法能大幅度提高矩阵的正交性,使低复杂度 MIMO 检测算法的性能接近最优检测;而本文提出的改进算法能进一步逼近最优检测的性能,使误码率为10－4时,和最优检测算法的检测性能仅差0．8 dB。     

基于MIMO信道误差模型的保障QoS的自适应调制

以系统总速率最大化为目标,提出了一种基于信道误差模型的多用户MIMO下行系统保障用户QoS的资源分配机制.基站应用空分多址接入(SDMA),同时支持多个用户,利用线性预编码方法抵消用户间的干扰,提出发射端在非理想信道信息情形下提供用户QoS保障的自适应调制方案.为降低系统复杂度,提出应用于实际系统的次优算法.仿真结果表明:所提出的次优算法在将指数级复杂度变为线性复杂度的同时,性能非常接近最优算法.     

MIMO系统中的迭代时变信道估计

为了提高时变信道环境中MIMO信道估计的性能,利用Karhunen-Loeve基扩展模型(KL-BEM)建立MIMO系统中符合期望最大化(EM)算法框架的信号模型,从而得到MIMO时变信道的迭代估计方法.将EM算法应用于MIMO系统中进行迭代信道估计,一方面利用了EM迭代来提高信道估计的性能,另一方面利用了KL-BEM基函数的正交性来降低信道估计的运算复杂度.在2×2 MIMO系统下的仿真结果表明:算法经5次迭代即可收敛,而且迭代估计的信道脉冲响应与实际响应几乎重合;此外,迭代估计后系统的BER性能接近理想信道时的BER性能,在高信噪比区域,两者之间的差别在1 dB以内,比最小二乘信道估计有约2 dB的性能增益,可见迭代估计方法在时变信道条件下具有良好的估计性能.     

基于OFDM的一种空时协作方案

根据OFDM子载波信道的相关性及协作分集的发送特点,利用协作的广播阶段,提出了可获得OFDM调制下多径增益的一种简单空时协作方案。在协作分集发送的不同时隙,将信号在相关性最小的子载波信道上传输,与传统协作方案比,该系统在不降低传输速率的情况下多获得一阶的分集增益。通过对中断概率的研究,给出了最佳的功率分配方案,并对系统理论误码率进行了分析。仿真结果表明该方案可以获得明显的性能增益。     

多输入多输出高速差分混沌移位键控通信方案

为解决传统差分混沌移位键控(DCSK)通信方案信息速率低和误码率性能差的问题,提出了一种高速差分混沌移位键控(HR-DCSK)通信方案。在发送端,将发送信号的信息帧由2个时隙扩展为3个时隙,并利用希尔伯特变换技术使得一帧发送信号可携带4bit数据信息;在接收端,采用相关解调法提取数据信息,通过检测相关器输出值的极性恢复数据信息。进一步提出了误码性能更好的多输入多输出(MIMO)HR-DCSK通信方案。利用高斯近似法推导了AWGN和多径Rayleigh衰落信道下MIMO-HR-DCSK方案的比特误码率公式,并与典型的方案进行了仿真比较。仿真结果表明:相同条件下,与MIMO高效差分混沌移位键控(HE-DCSK)方案相比,MIMOHR-DCSK方案的信息速率提升了约33%,在信噪比为11dB时,误码性能提升了约73%。     

重叠编码放大转发协作通信系统研究

为进一步提升协作通信系统的频谱效率,将重叠编码复用技术引入协作通信,设计了采用重叠编码的放大转发（ampli-fy-and-forward,AF）系统,并采用复数域的Viterbi解码算法对其进行译码。在平坦Rayleigh衰落信道下的仿真表明,通过改变不同的编码复用系数,新系统仅使用二阶调制就能使频谱效率高于1（b/s）/Hz。此外,在相同频谱效率下,较传统高阶调制AF协作通信系统,新系统的误比特率（bit error rate,BER）性能有显著提升,如当BER等于10-3时,新系统的每比特能量与噪声功率谱密度之比（Eb/N0）将减少6～7 dB。     

能量均衡的协作中继选择算法

为了最大化协作多中继通信系统的网络寿命,研究了在放大-转发(amplification-forward, AF)中继协作方式下网络寿命的折中优化问题,提出了一种最优能量均衡(optimal energy equilibrium, OEE)的中继协作节点选择方案。通过对AF中继每一跳接收端信噪比(signal noise rate, SNR)的计算,推导了AF两跳中继目的终端的误码率表达式,同时联合节点的剩余能量信息和信道状态信息(channel state information, CSI),利用能量均衡的思想,合理引入和设置优化因子来有效选择转发中继,延长网络寿命。理论分析和仿真结果表明,相比CSI中继选择和模糊综合评价(fuzzy comprehensive evaluation, FCE)中继选择方案,提出的中继选择方案不仅有效地提高了系统的网络寿命,而且在相同信噪比的情况下误码率性能有明显的改善。     

基于扩频通信的伪随机码时间反演多址通信

针对传统时间反演多址技术(time-reversal division multiple access, TRDMA)因用户信道冲激响应空间相关性无法完全正交所引起的多址干扰(multiple access interference,MAI)问题,提出了一种基于扩频通信的伪随机码时间反演多址通信(pseudo-noise code time-reversal division multiple access, PNTRDMA)。该方法在传统TRDMA的基础上,通过在发端为不同用户分配正交的伪随机码,在接收端配备相对应伪随机码对信号进行进一步区分,提高了用户在信道冲激响应空间相关性较高情况下系统的可靠性。通过仿真对PNTRDMA与TRDMA在普通情况下和极端情况下的误码率进行分析,并对PNTRDMA在不同参数情况下的误码率情况进行了分析。仿真结果表明,PNTRDMA能够有效减小MAI,降低系统误码率(bit error rate, BER)。     

可重构智能表面辅助大规模MIMO通信波束成形设计

可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)在无线通信系统中能够提高信道性能。为了降低传统波束成形方案中功率分配的复杂度,结合毫米波(millimeter wave,mmWave)特点建立信道模型,提出一种基于正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)和统一信道分解(uniform channel decomposition,UCD)的RIS辅助mmWave 多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统混合波束成形设计方案。利用视距(line of sight,LoS)信道的到达角(angle of arrival,AoA)和离开角(angle of departure,AoD)设计了RIS的反射矩阵。该方法不需要复杂的功率分配,能够使得多个并行数据流具有相同的信道增益。仿真结果表明,该混合波束成形方案具有更好的误比特率(bit error rate,BER)性能及频谱效率。     

下行链路基站协同蜂窝系统中的功率分配和干扰消除方法

蜂窝间干扰是无线蜂窝网络中一个重要的性能瓶颈, 基站协同可以消除小区边缘用户受到的严重的蜂窝间干扰, 提高蜂窝系统的性能和频谱效率. 针对下行链路基站协同通信系统, 提出一种信道衰落补偿功率分配方法, 以及内部联合分布式空时编码(inner joint distributed space-time coding, IN-J-DSTC) 基站协同传输方案, 以抑制蜂窝边缘用户受到的严重的蜂窝间干扰. 仿真结果表明, 该方法可以根据信道状况, 在源基站及协同基站间自适应地分配信号发送功率, 同时明显消除蜂窝边缘用户所受到的蜂窝间干扰, 从而显著地提高系统的误码率性能.     

Differential space-time modulation based on orthogonal design for cooperative network

Differential modulation was widely used for wireless networks in which channel estimation was difficult. Based on orthogonal design, a novel distributed differential space-time coding/decoding scheme for M-PSK modulations was proposed, which had a high code rate of 2/3 and second-order diversity for the two-user cooperative networks. The performance of decode-and-forward (DF) protocols was evaluated. Simulations show that the differential space-time modulation scheme in this paper has better bit error rate (BER) performance or higher code rate than the schemes proposed by Tarasak and Wang when interuser channel states are good enough. The impacts of transmission error between two users for the whole system BER performance were also investigated.     

基于LDPC-OFDM系统的短波多基地接收协作算法

基于LDPC-OFDM系统设计了适用于短波信道的多基地接收协作算法,该算法提出了基于概率测度的信息合并的LDPC协同译码策略。系统模型中的中心台,利用其接收的来自中继台的多路信号来修正其接收到信息的初始化消息,将协作通信技术和LDPC的迭代译码有机地结合,从而有效地实现分集增益和编码增益。仿真表明,多基地接收方案相对于直接传输策略具有显著的性能提高,在误码率达到10_-3时,DF转发策略的译码性能相对于AF的译码性能约有0.7dB的编码增益。     

分布式空时码协作分集系统的性能分析

提出了一种基于分布式空时码的非正交协作分集(DSTC-NOCD)系统.利用译码转发(DF)中继信道模型,推导了BPSK星座调制下系统误码率的理论值,并分析了协作用户上行信道和用户间信道质量对系统性能的影响.仿真结果表明:与直接传输系统相比,DSTC-NOCD系统能获得显著的性能增益,在用户间信道高信噪比条件下能获得完全分集增益;且在可接受的性能损失条件下能够获得比OCD系统更高的频谱效率.     

基于瑞利衰落信道的MISO-CDSK通信方案及其性能分析

为了提高混沌通信的可靠性,提出多输入单输出相关延迟键控（MISO-CDSK）,并且推导出该方案基于瑞利衰落信道的误码率公式.通过在发射端设置多根独立的天线,该方案能够克服信道衰落问题.理论分析和仿真表明：与CDSK相比,MISO-CDSK误码性能更好;对于给定的平均信道增益,该方案误码率随着Eb/N0值的增加而降低;对于给定的Eb/N0值,该方案误码率随着平均信道增益的增加而降低;对于不同的Eb/N0值,选择合理的扩频因子能够实现该方案误码性能最优化.     

UWB系统的一种改进型伪混沌跳时多址接入技术

对于伪混沌跳时多址接入系统,混沌映射关系和多址接入调制方式对系统的性能均有影响.当参数设置一致时,双帐篷(double-tent)映射是贝努里(Bernoulli)映射进行伪混沌跳时多址接入时数据传输速率的两倍;当速率一致时,前者的系统误码率更低.本文对双帐篷映射伪混沌跳时的跳时调制多址接入方式进行改进,采用二进制相移键控(BPSK)调制,得到的多址接入系统误码性能更好.这种改进型多址接入系统与贝努里映射的伪混沌跳时多址接入系统相比,不仅改善了系统误比特率,还提高了数据传输速率.