基于无人机的三维MIMO信道建模与仿真分析

针对无人机通信环境特点以及多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统,将三维空间相关法建模和机身遮挡现象相结合,提出一种无人机的三维移动空间信道模型(three dimensional dynamic spatial channel model, 3DD SCM)。〖JP2〗推导了无人机天线阵列的相关性表达式,同时提出一种遮挡控制器来表示无人机与地面在通信过程中受到机身遮挡的影响。通过仿真分别分析了无人机不同飞行方向和机身遮挡对信道性能的影响,验证了该信道模型的正确性和有效性。该无人机通信模型可用于指导无人机天线设计,研究编码技术。     

一种基于信道外推的预编码方法

为了解决多天线(multiple input multiple output, MIMO)系统中因反馈延时带来的预编码码字和信道之间不匹配问题,提出了一种基于信道预测的预编码方法。该方法通过当前时刻和之前两个时刻的信道,利用外推方法,预测未来时刻的信道,使用预测信道,选择预编码码字并反馈到发送端,以补偿反馈延时的影响。仿真结果表明,该方法有效地减小了反馈延时带来的性能损失。     

非完美CSI情况下大规模MIMO系统的下行链路能效优化

为了满足密集的用户需求, 正在发展的蜂窝网络增加了移动系统下的能量消耗, 但更广的网络覆盖范围和功耗更低的无线通信系统也给无线通信系统带来了更多的挑战。针对这些持续增长的需求, 本文设计了一种能实现能量效率最大化的多小区大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统下行链路的实现方法, 提出了在非完美信道状态信息(channel state information, CSI)情况下包含基站天线数、导频复用因子以及用户数量等参数的信干噪比最佳闭式表达, 通过最大比合并(maximal ratio combining, MRC)接收技术推导出大规模MIMO系统的下行链路频谱效率, 再根据功耗模型得到系统的整体能量效率, 利用交替迭代的优化算法进行优化求解, 得出最大能效时的相关参数数值。由仿真结果可知, 本文所提的多小区大规模MIMO系统的下行链路的实现方法与现有多小区方法相比, 能量效率有12.2%的提升, 并且对于环境的变化有更好的鲁棒性, 对于多小区大规模MIMO系统具有一定参考意义。     

基于几何的V2V三维MIMO信道建模及统计特性分析

为准确刻画复杂无线通信场景下车对车多输入多输出信道特征, 结合双圆柱模型和椭球模型, 提出一种改进的三维基于几何随机信道模型, 并推导了仿真模型。该模型综合考虑环境中移动和静止有效散射体的分布, 能够体现各种实际场景中散射体分布形式、天线阵列排列方式及车流量密度对空时相关函数、多普勒功率谱密度等信道统计特性的影响。仿真结果表明, 该参考模型扩展了基于几何的车对车信道建模方法, 可服务于车联网环境下车载无线通信系统的设计和性能分析; 同时验证了仿真模型的准确性。     

MIMO-DCSK communication scheme and its performance analysis over multipath fading channels

The differential chaotic shift keying （DCSK） communication in multiple input multiple output （MIMO） multipath fading chan- nels is considered. A simple MIMO-DCSK communication scheme based on orthogonal multi-codes （OMCs） and equal gain combination （EGC） is proposed, in which OMCs are used to spread the same information bit at each transmitting antenna and the infor- mation bit is detected by EGC at receiving antenna. The OMCs are constructed from one chaotic sequence by means of othogo- nal space-time block coding （OSTBC）. The output signal-to-noise ratio （SNR） after EGC is given based on central limit theory （CLT）, and it can effectively exploit the spatial diversity of the underlying MIMO system. Simulation results show that the full spatial diversity gain is achieved without channel estimation in the MIMO-DCSK communication scheme and it performs better than MC-EGC for a large number of transmitting antennas.     

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。     

矿井巷道的MIMO无线信道建模与性能仿真

矿井巷道电波传播环境非常复杂,建立MIMO无线信道模型有助于将无线通信技术应用到煤矿井下。针对矿井巷道中MIMO无线传输环境,提出一种随机独立的MIMO信道,然后根据矿井巷道的富散射环境,对该信道矩阵进行修正,建立了两种空间相关的MIMO信道模型。文章对包含完全独立路径的瑞利信道模型的奇异值和信道容量进行了分析比较,并对不同信道模型下的系统性能进行了仿真。仿真结果与文献的实测结果对比说明建立的模型不失一般性。

Abstract：

The radio propagation situation is very complex in mine laneway,so it is important to establish an efficient MIMO channel model for applying wireless communication technology to coal underground.A stochastic MIMO channel model was proposed firstly based on wireless propagation environment in mine tunnel,and then two spatial correlative channel models were established through correcting channel matrices based on abundant scatter environment.The singular values and the channel capacity obtained with a Rayleigh channel model were compared,and system performance of different channel models were simulated.The simulation results indicate that the established channel models are feasible by comparing with measurements results.     

大规模MIMO系统中分布式压缩感知LMMSE信道估计

大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统中,信道估计算法复杂度随着基站侧天线数量的增加而急剧增加,针对需要在信道估计算法复杂度与算法性能之间进行折中的问题,提出分布式压缩感知线性最小均方误差(distributed compressed sensing linea...     

Hybrid pilots assisted channel estimation algorithm for MIMO-OFDM systems

Abstract: A hybrid pilots assisted channel estimation algorithm for multiple input multiple output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems under low signal-to-noise ratio (SNR) and arbitrary Doppler spread scenarios is proposed. Motivated by the dissatisfactory performance of the optimal pilots (OPs) designed under static channels over multiple OFDM symbols imposed by fast fading channels, the proposed scheme first assumes that the virtual pilot tones superimposed at data locations over specific subcarriers are transmitted from all antennas, then the virtual received pilot signals at the corresponding locations can be obtained by making full use of the time and frequency domain correlations of the frequency responses of the time varying dispersive fading channels and the received signals at pilot subcarriers, finally the channel parameters are derived from the combination of the real and virtual received pilot signals over one OFDM symbol based on least square (LS) criterion. Simulation results illustrate that the proposed method is insensitive to Doppler spread and can effectively ameliorate the mean square error (MSE) floor inherent to the previous method, meanwhile its performance outmatches that of OPs at low SNR region under static channels.     

非均匀线阵MIMO雷达的多目标定位方法

提出一种非均匀线阵多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达的多目标定位方法。该方法基于阵列内插技术,构造一个内插矩阵对非均匀线阵MIMO雷达进行处理,满足虚拟均匀线阵MIMO雷达的特性,推导出虚拟均匀线阵MIMO雷达的信号子空间,最后利用旋转不变信号参数估计技术（estimating signal parameter via rotational invariance techniques, ESPRIT）对目标方位角度进行估计。其优点是突破ESPRIT算法对阵元配置的要求,且有效增加了阵元数目(实为虚拟阵元),提高了方位角分辨率。仿真结果表明,该算法增加了MIMO雷达探测目标数,角度估计精度接近克拉美罗界根。同时,所估计的二维方位角参数自动配对,不需要额外的配对运算,计算量小。     

基于FRFT的单基地MIMO雷达稳健波束形成算法

以单基地多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达系统为研究对象, 针对线性调频(linear frequency modulation, LFM)形式的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)信号, 提出了一种新的稳健自适应波束形成算法。所提算法首先利用LFM信号的特性, 对匹配滤波后的雷达回波信号进行分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT), 经化简得到峰值点作为阵列的观测值。而后, 利用观测值构建接收信号的协方差矩阵, 并使用Capon谱估计方法重构干扰加噪声数据协方差矩阵。最后, 通过求解优化问题估计实际导向矢量, 从而得到阵列的最优权值。通过计算机仿真实验, 验证了所提算法的有效性。     

MIMO雷达子阵级m-Capon方法研究

针对多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达虚拟阵列孔径大,典型的降维空时自适应处理（space time adaptive processing, STAP）方法--m-Capon法无法适用的问题,对子阵级m-Capon法进行了研究,并与相应的相控阵雷达3-Capon方法进行了比较。计算机仿真结果表明,处理器维数相同时,子阵级3-Capon方法性能明显提高,但非主杂波区误差鲁棒性差;子阵级1-Capon法在非主杂波区性能明显提高,但主杂波凹口太宽。在实际应用中,可综合运用两种方法对主杂波和非主杂波区分开处理,为工程实现提供可靠依据。     

注意力机制CNN的毫米波大规模MIMO系统信道估计算法

在室外光线追踪通信场景下,针对毫米波大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MI-MO)信道具有稀疏特性、系统受噪声因素影响导致信道估计精度低的问题,提出一种基于图像去噪的注意力机制卷积神经网络信道估计方法.首先,设定参数产生模拟真实环境的数据集,将所产生的信道矩阵看作二维图像...     

空间相关MIMO广播信道中的预编码技术

针对多天线多用户下行链路中,采用块对角化预编码进行多路并行传输时,用户端的检测复杂度比较高,且系统的和速率性能将受到信道空间相关性严重影响的问题,提出了一种将发送端迫零预编码与接收端天线选择进行联合的预编码方案,降低了接收复杂度.分析了该方案在最佳信道选择下的性能,并引入了一种简单的次优天线选择算法.仿真表明,提出的预编码方案在和速率性能上明显优于原迫零预编码,且在高信噪比情况下,几乎获得了与块对角化预编码相同的和速率.     

双基地MIMO雷达相干脉冲串的参数估计性能

研究了双基地多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达发射相干脉冲串时的参数估计性能,推导对Swerling I和Swerling II目标的去波方向(direction of departure, DOD)、波达方向(direction of arrival, DOA)和多普勒频移联合估计的克拉美罗界(Cramer Rao bound, CRB),并分析发射脉冲为正交频分线性调频信号时,各参数对CRB的影响。结果表明对Swerling I和Swerling II目标的DOD和DOA均可做出较理想的估计,Swerling I目标更优,可较好地估计Swerling I目标的多普勒频移,但难以估计Swerling II目标的多普勒频移。     

瑞利衰落信道下多天线系统格形码调制性能分析

下一代高速无线数据传输大多采用多输入多输出(MIMO)信道传输。采用格形码TCM调制,在瑞利衰落信道下,可改善误码性能,用公式法导出在瑞利衰落信道下,MIMO格形码调制系统的误码率性能界限,有利于采用实际方案的选择。采用平均最小自由欧氏距离估计误比特率,得到误比特率的封闭式表示,通过计算机模拟,在高信噪比情况下,这种估计方法与实际情况非常接近。     

大规模MIMO系统的智能天线选择与功率分配方法研究

为了满足大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统的数据传输需求并降低系统能耗,提出一种基于量子化学反应优化的智能天线选择与功率分配方法。根据大规模MIMO系统不同时段的用户传输需求建立智能天线选择与功率分配模型,推导出其最大能效方程。为有效求解该非线性、多约束的混合优化难题,结合量子计算和化学反应优化机制的优势设计了量子化学反应优化算法,可得到最佳的天线选择与功率分配方案。仿真结果表明,所提的智能天线选择与功率分配方法能实时满足用户的信息传输需求,显著提高系统能效。针对不同的仿真场景,所提方法与现有的智能算法与分配策略相比均可得到最高的系统能效。     

大规模MIMO系统的智能天线选择与功率分配方法研究

为了满足大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统的数据传输需求并降低系统能耗,提出一种基于量子化学反应优化的智能天线选择与功率分配方法。根据大规模MIMO系统不同时段的用户传输需求建立智能天线选择与功率分配模型,推导出其最大能效方程。为有效求解该非线性、多约束的混合优化难题,结合量子计算和化学反应优化机制的优势设计了量子化学反应优化算法,可得到最佳的天线选择与功率分配方案。仿真结果表明,所提的智能天线选择与功率分配方法能实时满足用户的信息传输需求,显著提高系统能效。针对不同的仿真场景,所提方法与现有的智能算法与分配策略相比均可得到最高的系统能效。     

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。     

去蜂窝大规模MIMO系统功率控制算法

针对移动通信流量需求持续增长的需求, 同时考虑用户接入点选择和下行功率控制, 对去蜂窝大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统的用户体验进行优化。基于最大信号干扰加噪声比, 为每个用户选择有效的服务接入点子集。在此基础上, 针对为不同优先级用户提供不同服务质量的目标, 建立长期功率约束下的下行链路加权功率控制优化问题模型。将该问题转化为凸优化问题, 求解得出一组优化的下行链路功率控制系数。算法经仿真验证, 能将去蜂窝大规模MIMO系统的95%用户频谱效率提升约11倍, 同时有效提升高优先级用户的体验, 对于去蜂窝大规模MIMO系统的研究具有一定参考意义。