Selective transmission and channel estimation in massive MIMO systems

Massive MIMO systems have got extraordinary spectral efficiency using a large number of base station antennas, but it is in the challenge of pilot contamination using the aligned pilots.To address this issue, a selective transmission is proposed using time-shifted pilots with cell grouping, where the strong interfering users in downlink transmission cells are temporally stopped during the pilots transmission in uplink cells.Based on the spatial characteristics of physical channel models, the strong interfering users are selected to minimize the inter-cell interference and the cell grouping is designed to have less temporally stopped users within a smaller area.Furthermore, a Kalman estima-tor is proposed to reduce the unexpected effect of residual interferences in channel estimation, which exploits both the spatial-time correlation of channels and the share of the interference information. The numerical results show that our scheme significantly improves the channel estimation accuracy and the data rates.     

大规模MIMO系统中基于DFT信道估计的导频污染消除方案

在大规模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。基于此,本文提出了一种基于离散傅立叶变换(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。改善了信道估计的性能。仿真结果表明,在大规模MIMO系统的信道环境下,本文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。     

下行多小区MIMO系统协作多点传输联合调度机制

提出一种基于协作多点传输的下行多小区多输入多输出(MIMO)系统联合调度机制,充分利用多小区间的联合调度来降低小区间的干扰,提高系统的吞吐量.该方案利用多小区基站间的协作,根据用户反馈的信道信息间的相关性,在不牺牲系统资源情况下联合调度互相干扰小的用户抑制小区间的干扰.仿真表明:该方案在相同情况下与传统的多小区下行MIMO系统相比,具有显著的小区平均系统吞吐量增益及边缘用户吞吐量增益.     

MIMO-OFDM无线通信系统鲁棒的二维导频辅助信道估计

结合MIMO(多输入多输出)系统中多天线之间导频信号存在干扰的问题，提出了一种MIMO-OFDM(多输入多输出-正交频分复用)无线通信系统的鲁棒的二维导频辅助信道估计方法。实验结果表明，该估计方法对无线信道的统计特性不是很敏感，在多输入多输出天线的时变无线信道中有很好的估计与跟踪性能。     

一种非对称结构MIMO干扰信道的干扰对齐方法

研究一种非对称结构MIMO干扰信道干扰对齐闭式解求解问题.通过将整个系统的干扰对齐问题,转化为两个子系统的干扰对齐问题,分析子系统之间相互影响的关系,构建包含系统解的方程组,进而可以用符号计算软件进行求解.所提方法可以在所需天线数量最小的条件下,实现非对称结构的MIMO干扰信道的干扰对齐,并以4用户系统为例,详细阐述了问题的求解过程.仿真部分对所提方法进行了验证,分析了方法的复杂度及优缺点.      

基于不完美发送端信道状态信息的多输入多输出系统线性预编码传输方案

空时分组码和线性预编码可显著提高多输入多输出系统的性能,但空时分组码性能易受天线相关性的影响,线性预编码性能易受发送端信道状态信息(CSIT)误差的影响.提出一种空时分组码与线性预编码级联的方案,可在相关天线组和不完美的CSIT条件下,获得良好的性能增益.     

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。     

能耗感知的MIMO天线配置模式选择算法

多入多出MIMO (multiple input multiple output)利用多天线技术可以在同一信道内并发传输多路数据,实现空间复用增益和空间分集增益,从而提升系统吞吐量、传输范围和可靠性,但MIMO所采用的多天线技术会大幅增加通信终端的能耗成本。能耗是智能终端的关键性能指标,也是制约MIMO技术能否在智能终端上推广使用的重要因素。针对这一问题,研究了IEEE 802.11n 的MIMO发送端能耗问题,提出了一种能耗感知的MIMO天线配置模式选择算法。该算法以单位比特能耗为优化目标,根据缓冲区待发送数据帧的数量,动态调整MIMO天线配置模式。缓冲区待发送数据帧的数量超过上限阈值时,发送端调整天线配置模式,并根据待发送帧大小和历史统计信息预测和激活能耗最优的天线数量;低于下限阈值时,发送端关闭多天线,采用单天线进行数据传输。基于真实实验数据的数值分析结果表明,该算法能够充分利用睡眠状态优化MIMO发送能耗,有效提升单位比特能耗。     

分布式MIMO系统多普勒信道的容量自相关特性研究

采用多天线的分布式MIMO系统保持了分布式天线系统和点对点MIMO系统的优点,在分布式MIMO系统中的TDD模态采用仅仅反映系统容量使用信息的简化反馈方式,可以降低系统复杂性,本文研究了分布式MIMO系统多普勒效应下系统容量的自相关特性,研究发现：系统容量的自相关可以由信道的自相关特性来预测,从而可以大大简化系统的反馈,提高系统性能。     

抑制小区间迟延干扰的迟延SLNR预编码

不同基站和用户间由于距离变化等使传播时延不同而造成小区间的迟延干扰,严重恶化了系统性能。为此,探讨了如何利用SLNR（Signal to Leakage Noise Ratio）预编码抑制小区间的迟延干扰,给出了小区协作的系统模型及小区间迟延干扰分析。针对存在迟延的LTE（Long Term Evolution）系统设计了一种基于SLNR准则的迟延SLNR预编码,以抑制小区间的迟延干扰,降低接收终端的复杂度。同时,对迟延SLNR预编码在LTE系统多基站协作环境下的性能进行了仿真。仿真结果表明,该方法对小区间的迟延干扰有较好的抑制作用,对不同天线配置性能均较理想,与接收端处理方案比较性能有所改进。虽然信道估计误差对性能有一定影响,但在可接受范围。     

异构网中大规模MIMO场景下波束赋形设计

近年来,人们对于无线通信系统的数据传输速率的需求越来越大.大规模多输入多输出技术(MIMO)与小小区技术是能够满足人们高速增长的无线通信需求的关键技术.研究在一个异构网中的波束赋形问题,其中宏小区基站的配置为Massive MIMO,同时宏小区中包含小小区.在这样的场景下,宏基站配置大量天线,小小区基站配置少数天线,用户配置单天线.研究在这样的场景下,通过波束赋形设计,最大化所有用户的传输速率.该问题的目标函数是一个非凸的问题.通过运用半正定松弛(SDR)方法以及基于泰勒展开的一阶近似方法,将原问题转化为一个凸的近似问题,然后运用迭代方法求解.仿真结果证明,方案可以有效地提高包含Massive MIMO的异构网场景下的系统吞吐率以及能量效率.     

平坦瑞利衰落信道下MIMO系统性能

分析了瑞利衰落对普通无线系统的影响,在此基础上重点从空间复用提高容量和空间分集对抗衰落两方面研究了瑞利衰落信道下MIMO系统的性能。分析和仿真结果表明,采用V-BLAST算法实现空间复用增益时,随着收发天线数目的增加,复用系统的符号错误概率增加;不同的分集结合方式对分集系统性能的影响不一样,随着天线数目的增加,分集系统的符号错误概率都递减。     

水声软频率复用网络的干扰缓解与资源分配

为降低基于频率复用水声网络系统的小区间干扰,以及提高系统平均吞吐量,提出了一种基于时延差的软频率复用(T-soft frequency reuse,T-SFR)系统,对小区间的干扰抑制和小区内的自适应资源分配两个问题进行优化.在小区间,提出了T-SFR利用不同信道之间的时延差进行干扰缓解,并基于水声信道的路径损耗进行频带分配.在小区内,针对水声信道的时变特性带来的反馈信道状态信息(channel state information,CSI)延迟的影响,建立了一种线性有限状态马尔可夫链(linear fi-nite state Markov chain,LFSMC)预测器,以获得更准确的CSI用于自适应资源分配.仿真结果表明:与传统的频率复用方案相比,提出的T-SFR方案可以保证小区边缘节点对信干噪比(signal to interference noise ratio,SINR)的要求,有效缓解小区边缘节点的干扰;在建立LFSMC预测器获取更准确CSI的基础上,时变水声网络的每个小区内以及整个系统都能够获取更优的平均吞吐量.     

一种空间复用与发射分集相结合的MIMO通信系统

提出一种发射分集结合空间复用的MIMO通信方法——分组分集复用法(GDM)。发射机将发射天线分组，每组采用全空间分集发射相同的数据流，发射机根据反馈信道反馈的接收信噪比调整分组大小。与传统的发射分集或空间复用相比，提出的方法可以根据不同的信道灵活地分配用于分集和复用的天线，使系统能够适应不同的业务质量或信道的瞬时变化。     

联合空时编码及信道状态信息的多输入多输出分集性能

为提高无线多输入多输出(MIMO)系统的分集性能,介绍一种四天线发送的扩展正交空时分组码(EO-STBC),并根据该分组码特点提出一种基于双比特反馈的分集增益自适应控制方法.该方法利用信道状态信息(CSI),采用天线选择接收,可实现全速率和发送信号的全分集.仿真结果表明,采用扩展正交空时分组码的反馈系统不仅在性能上优于传统的反馈控制系统,而且采用天线选择时,增益提高了5.8 dB.     

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．     

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。     

DS-CDMA系统利用空时分组码的干扰抑制方法

在无线通信中,为了提高衰落信道中数据传输的性能,空时分组码的发射分集技术获得越来越多的关注．针对非同步快速衰落的多址信道,在不同数目的小区蜂窝网络内,分别在2个和4个发射天线上利用空时分组码的发射分集技术进行干扰抑制,研究了DS—CDMA系统的误码率,并评估了分集增益和抗干扰能力间的关系,验证了空时分组码抑制小区间干扰和小区内干扰的能力．     

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.     

MIMO系统中空间分集增益与复用增益的权衡分析

MIMO系统由于在收发两端采用多天线,可以获得复用增益和分集增益,克服了无线信道的衰落,并提高了数据传输效率.然而,如何去权衡这两者之间的关系,是研究的重点.从简单的MIMO系统模型入手,在确定衡量其系统性能标准的基础上,研究2×2MIMO系统的3种发送策略,并对比分析其分集增益及复用增益,为MIMO系统在不同信道条件下如何权衡两者的关系提供一定的参考价值.