大规模MIMO网络中基于时间反演的预编码技术

针对大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)网络中随基站天线数目与用户终端数目增多而引发的用户间干扰(inter user interference,IUI)问题,提出一种面向大规模MIMO的时间反演(time reversal,TR)预编码抗干扰技术。该方法在MIMO系统中先后历经信道探测、多径信道建模、干扰信道分析以及信道预编码矩阵设计,实现时间反演预编码信号在多径信道中IUI抑制传输,一方面在时间反演技术基础上进行信道优化,利用时间反演技术的时空聚焦性实现能量聚焦;另一方面利用迫零预编码技术降低大规模MIMO系统中用户间干扰与共道干扰。MATLAB仿真结果验证了基站天线数目、用户端终端数目对于大规模MIMO系统性能的影响,结果证明,时间反演预编码抗干扰技术可以使平均误比特率减小,并显著提高信干噪比和大规模MIMO系统的可达速率。     

采用传播图论建模方法的Massive MIMO室内场景传播特性

大规模多天线(Massive MIMO)技术在基站端配置大规模天线阵列,能够大幅度提升数据传输速度和系统容量,实现无线传播信道中的空间和时间资源的最大化利用.有关Massive MIMO无线传播信道的研究,对大规模多天线的应用、系统的设计与部署具有重要意义.本文采用传播图论信道建模的方法,研究Massive MIMO在实际传播信道中的性能表现,既能很好的避免信道实测带来的繁重工作,又能有效反映Massive MIMO的无线信道衰落特性.分别在高频点6GHz和低频点1.472 5GHz对选定的室内传播场景进行了信道建模与仿真,由传播图论建模方法得到了信道冲激响应,并进行参数提取,分别从角度域和时延域分析了大规模多天线系统的信道传播特性,并通过分析信道奇异值扩展的分布,证明了实际传播环境中天线数目增多信道的正交性显著增强.     

大规模MIMO系统中基于空时相关性的导频减小算法

在大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统信道估计过程中,基站向用户端发送导频信号.由于导频数量与基站发射天线的数量成正比,传统信道估计过程会产生巨大的导频开销,尤其是对于采用频分双工通信方式的(frequency-division duplexing,FDD)大规模MIMO系统.为了解决这一问题,通过利用无线MIMO信道的空间公共稀疏性和时间相关性,提出一种基于压缩感知(compressed sensing,CS)技术的导频开销减小算法,其中,空时相关性用来提高信道估计精度.该算法能够在未知大规模MIMO系统信道稀疏度的情况下,自适应地获取精确的信道状态信息.分析和仿真结果表明提出的算法在减少导频开销方面优于局部公共支撑算法,同时能够维持良好的信道估计性能.     

大规模多输入多输出系统中基于离散傅里叶变换信道估计的导频污染消除方案

在大规模多输入多输出(multiple input multipte-output,MIMO)系统中,当基站不存在协作时,随着基站天线数的无限增加,快衰落效应和非相关噪声都能被平均掉,导频污染成为制约大规模MIMO系统性能的瓶颈。因此,提出了一种基于离散傅里叶变换(DFT)信道估计的导频污染消除方法,在时域信道冲击响应中通过DFT和IDFT变换把有用的信号长度之外的污染信号当成一个样本,利用有用信号之外的污染信号样本生成一个阀值,通过引入这个预设的判决阀值,筛选出有效的信道冲击响应,消除导频污染造成的干扰。仿真结果表明,在大规模MIMO系统的信道环境下,提出的方法可以进一步提高信道估计的精度,提高大规模MIMO的性能。     

LTE-Advanced系统中的MIMO技术性能评估

为了对先进的长期演进技术(long term evolution-advanced,LTE-Advanced)系统中的多输入多输出(multiple input and multiple output,MIMO)技术的性能进行评估,简单回顾了LTE-Advanced系统中的2种MIMO技术,即空间复用和空间分集,并介绍了一种适合LTE-Advanced系统评估的信道模型--IMT-Advanced(international mobile telecommunications-advanced)信道模型.基于该信道模型,通过系统仿真对以上2种关键MIMO技术进行了性能评估.仿真结果表明,不同的MIMO技术、调制方式、码本、复用率及接收方案都对性能有极大的影响.     

大规模MIMO多用户双向中继系统的物理层安全性能分析

对大规模多输入多输出(multiple input and multiple out,MIMO)多用户双向中继网络的物理层安全性能进行分析。系统模型中假设窃听节点可以获取第一跳用户发送信号和第二跳中继发送信号,分析大规模MIMO中继采用最大比合并和最大比传输信号处理时的系统保密速率,进一步推导出中继天线数趋于无穷时的系统渐近保密速率表达式,并进行仿真验证。理论分析和仿真结果显示,即使在不采用专门的物理层安全技术时,大规模MIMO双向中继系统也能获得可观的保密速率。证明即使当窃听节点具备多用户干扰消除能力时,通过设置合理的用户和中继发送信号功率,大规模MIMO双向中继系统仍然具有较好的物理层安全性能。     

LTE-Advanced系统中的MIMO技术性能评估

为了对先进的长期演进技术(long term evolution-advanced,LTE-Advanced)系统中的多输入多输出(multipleinput and multiple output,MIMO)技术的性能进行评估,简单回顾了LTE-Advanced系统中的2种MIMO技术,即空间复用和空间分集,并介绍了一种适合LTE-Advanced系统评估的信道模型-IMT-Advanced(international mobile tele-communications-advanced)信道模型。基于该信道模型,通过系统仿真对以上2种关键MIMO技术进行了性能评估。仿真结果表明,不同的MIMO技术、调制方式、码本、复用率及接收方案都对性能有极大的影响。     

基于SWIPT 的去蜂窝大规模 MIMO系统安全传输方法

基于无线携能通信(SWIPT)技术,研究分析了去蜂窝(cell-free)大规模多输入多输出(MIMO)系统的安全传输问题。Cell-free大规模MIMO是一种随着5G及6G发展而产生的一种新型网络架构,对实现SWIPT来说具备更为有效的优势,然而也面临更大的电磁波安全问题。首先从硬件设计和理论研究两个方面总结了SWIPT的研究现状,接着对基于SWIPT的Cell-free大规模MIMO网络进行了建模,为同时满足系统能量采集和安全性要求,针对存在主动窃听者的情况,提出了一种基于最大-最小公平算法的迭代功率控制方法,分析得到了可采集能量和可达速率的闭合表达式。数值仿真表明,该方法可以有效提高每个用户的可达速率和采集的能量,并将窃听速率降低到阈值以下。     

三维空间域车载阵列及其多天线系统性能

针对城市狭窄弯道非视距车载(V2V)移动通信传播环境,提出了一种三维(3D)空间域大规模多输入多输出(M-MIMO)天线阵列模型,此模型用三维空间假设代替传统的二维(2D)平面阵列假设,将天线模型应用于弯道车载信道模型中,推导了波达信号到达角和发射角的概率密度函数闭合表达式;研究了3D空间阵列自相关特性和天线阵列参数及散射体分布对多天线系统性能的影响.仿真结果与一些经典模型数据及测量信道相符合,表明了该模型应用的可行性;可用于描述弯曲道路V2V通信场景的信道特征,为未来进一步分析和讨论MIMO多径信道或5G M-MIMO信道特征提供了良好的理论参考.     

大规模MIMO信号检测算法研究

大规模MIMO技术通过增加基站天线数大幅提高系统频谱效率和能量效率,是未来5G移动通信网络的关键技术。文中在大规模MIMO系统模型下,对多种信号检测算法进行仿真,研究其性能,对大规模MIMO技术的实际应用具有一定的指导意义。对仿真结果的分析表明,当基站天线数远远大于用户数时,简单的线性信号检测算法也能达到很好的系统性能。     

MIMO信道中空域相关特性分析

利用二维多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)信道模型进行相关性分析,会丢失一维空域信息。为此,建立无视距信号环境下的三维MIMO信道模型,利用VMF(von mises fisher)函数模拟来波信号方位角与俯仰角功率谱分布,并详细推导了考虑与不考虑互耦作用时的空域相关函数的解析表达式。最后,在考虑天线互耦情况下,运用仿真实验分析接收端的信号空域相关性与天线间距、平均达波角及达波角角度扩展之间的关系。实验结果表明,在建筑密集环境下,来波俯仰角扩展和互耦是影响信号间的相关系数的重要因素。     

V2V三维宽带信道建模与统计特性分析

针对5G车对车(vehicle to vehicle,V2V)无线通信系统，基于几何随机建模方法，提出一种改进的三维宽带多输入多输出(multiple-input and multiple-outpit,MIMO)信道模型。引入多共焦半椭球体模型用于研究不同传播延迟下的V2V信道统计特性，结合时变的路径长度、信号角度和莱斯因子表征V2V信道的非平稳特性。推导了空-时相关函数、多普勒功率谱密度等关键信道统计特性的数学表达式。分析了城市和高速场景下信道相关特性的差别，并研究了车流密度、运动方向、天线角度、传播延迟等因素对信道统计特性的影响。结果表明，城市场景下的时间相关性和空间相关性明显低于高速场景;不同传播延迟下的V2V信道统计特性有明显差异;信道相关性同天线阵列角度、收发车运动方向和时间变化密切相关。模型仿真结果为车载通信提供了一些有价值的结论，可以作为未来V2V通信系统设计、优化和评估的有效指导。仿真结果与实测数据较好地吻合，证明模型能正确表征V2V无线信道的相关特性。     

双向中继网络多对大规模MIMO系统安全性研究

在配备有大量天线的多对大规模多输入多输出(MIMO)系统中,研究了多个用户通过双向中继网络交换消息的安全问题.首先,推导出用户的安全容量表达式;然后,通过分析结果,讨论信道容量、天线数和用户对数之间的数学关系,得出系统安全容量的近似表达式.仿真结果表明:当中继的传输功率和用户发射功率远远大于噪声功率时,安全容量与天线数量成正比,与干扰用户对数成反比.     

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.     

超大规模MIMO中包含球面波特征的最优传输方法研究

在超大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)通信场景下，无线传输信道存在球面波特性，目前超大规模MIMO研究中多采用平面波模型，对球面波特征认识不足，忽略了其对系统传输设计的影响。针对此问题，基于球面波模型，利用统计信道状态信息，研究了多用户超大规模MIMO中的传输设计问题，分析了影响最优传输的关键特征参数，获得了包含球面波特征的最优发射策略的闭式表达式。研究结果表明，球面波模型下的最优发射策略与多用户所处位置有关，采用用户调度策略可以解决波束与用户间的误匹配问题。在此基础上，提出了一种基于贪婪思想的低复杂度多用户调度策略，仿真结果显示，所提传输策略能以较低复杂度达到近似最佳性能。     

复数对偶格辅助预编码检测算法在多用户MIMO系统中应用

在LTE系统采用MIMO技术,使得系统容量提高,效率变快。为了消除多用户MIMO系统中一个用户来自其他用户之间的干扰,利用一种块对角化(BD)的预处理技术,将多用户信道分解为单用户信道,再结合对偶格基约减的方法代替原始的实数LLL算法来对信道矩阵进行处理。仿真结果表明,改进的算法在复杂度较低的情况下,可以获得更高的性能增益。