一种非正交多址接入迭代优化混合预编码算法

为了使大规模毫米波(millimeter wave, mmWave)多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)系统获得高频谱效率和高能量效率,采用非正交多址接入迭代优化算法和簇首选择算法,研究了无线携能通信场景中的混合预编码问题。仿真结果表明：与传统正交多址接入无线携能通信的混合预编码算法相比,所提算法能够获得更高的频谱效率和能量效率。     

智能超表面辅助双小区NOMA系统下行低功耗传输方案研究

由于在频谱效率与功率效率方面的优势,智能超表面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)和非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)被视为未来无线通信的两项关键技术,文中针对IRS与NOMA的融合系统展开研究。具体地,将IRS部署在两小区的边缘,用于提升小区边缘用户的传输性能,建立了IRS辅助两小区NOMA系统的下行传输功率最小化问题。为了求解建立的发射功耗最小化问题,推导了基站传输功率与IRS相移矩阵之间的关系,并将传输功率分配系数和相移矩阵的联合优化问题转化为单纯的相移优化问题。由于相移向量中每个元素需服从恒模约束,转换后的相移优化问题仍为非凸优化问题,提出了一种顺序相位旋转算法进一步求解相移优化问题。仿真结果表明,在相同的实验配置下,文中提出的下行传输方案在发射功耗方面的性能明显优于其他基准方案。     

多通道STAR-IRS辅助的NOMA系统用户分组方案研究

同时透射和反射的智能反射面（Simultaneously Transmitting and Reflecting Intelligent Reflecting Surface, STAR-IRS）被视为第六代移动通信的革新性技术。文中研究了STAR-IRS辅助的上行非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA）系统中用户与子信道配对问题,通过对用户合理分组与相移矩阵优化使得系统和速率最大。首先,根据系统和速率表达式,提出了一种低复杂度的用户分组方案,通过最大化级联信道增益,解决用户初始分组和解码顺序问题;其次,在满足每个用户传输速率的约束下,为了进一步提升系统和速率,交替优化相移矩阵和分组方案。仿真结果表明,与其他基准方案相比,文中提出的用户与子信道配对方案可以有效提高系统的和速率性能。     

基于SWIPT的无小区大规模MIMO-NOMA系统能量效率研究

无小区大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)与非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)都是未来6G的使能技术。无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer, SWIPT)技术在进行信息解码的同时收集能量,与无小区大规模MIMO-NOMA优势互补。文中基于SWIPT研究无小区大规模MIMO-NOMA系统中的能量效率问题,通过联合优化功率分配系数和SWIPT的时隙切换(Time Switching, TS)系数,提高系统的能量效率。为了最大化能量效率,采用布谷鸟算法设计功率分配系数。考虑一种特殊情况,将所有终端的TS系数设置相同,进而推导了最佳TS系数的封闭表达式。仿真结果表明,相较于几种已有方案,文中提出的优化方案可以显著提升系统的能量效率。     

智能反射面辅助的下行NOMA系统和速率最大化研究

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)与非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)都是未来6G的使能技术,文中针对IRS辅助的NOMA系统下行传输方案展开研究.为了最大化系统的和速率,建立了一个关于译码顺序、功率分配和反射相位偏移...     

基于非理想硬件的星地融合NOMA网络性能

主要研究非理想硬件和部分中继选择策略对非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)星地融合多中继网络的影响.NOMA技术可以增加频谱的利用效率,可以同时将信号传给多个用户.另外,部分中继选择策略的应用可以有效地降低系统的中断概率,提高系统的性能.特别地,得到了基于非理想硬件和...     

下行链路NOMA中继网络功率分配策略及性能分析

非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)技术可以在有限的信道资源内,容纳更多的用户,有效提升频谱效率.针对下行链路NOMA中继网络,推导得到系统中断概率以及遍历容量的闭合表达式.为了最小化系统中断概率,研究了功率分配问题,并分析功率分配因子以及用户的目标数据速率等网络参数对系统性能的影响.最后,蒙特卡洛仿真验证了理论结果的正确性.     

有源RIS辅助的上行NOMA系统和速率最大化研究

可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)和非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)技术都是未来无线通信中有前景的技术。然而,由于基站(Base Station, BS)-RIS-用户之间的反射信道存在“双衰落”效应,会限制传统无源RIS辅助NOMA系统的性能增益。文中针对有源RIS辅助的上行NOMA系统和速率问题展开研究,其中有源RIS的反射单元(Reflecting Elements, REs)不仅可以调整入射信号的相位,也可以放大入射信号的幅度。针对所建立的非凸和速率最大化问题,利用Charnes-Cooper转换和半正定松弛(Semidefinite Relaxation, SDR)工具设计了一种高效的交替优化算法,对优化问题进行求解。仿真结果表明,与多种基准方案相比,文中提出的有源RIS辅助的NOMA系统传输方案可以有效地提高系统的和速率性能。     

基于NOMA的两跳D2D通信容量扩展

针对蜂窝系统下两跳D2D通信的容量问题,提出了一种使用非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)辅助两跳D2D中继的通信模型.首先,根据每个信号的概率密度函数(Probability Density Function,PDF)和累积分布函数(Cumulative Distr...     

大规模MIMO-NOMA双向中继认知系统物理层安全研究

针对基于中继辅助传输的认知无线电-非正交多址(CR-NOMA)系统中，频谱利用率低及安全性较差的缺点，提出将大规模多输入多输出(MIMO)技术应用到基于双向中继的CR-NOMA网络中，使两组认知非正交多址(NOMA)用户在双向中继的协助下交换信息.在不完全信道状态信息的约束下，推导出受发射功率、信道估计误差和天线数量影响的安全中断概率的闭合表达式.仿真结果表明，随着中继天线数量的增加，安全中断概率收敛到特定数值，同时可得到复杂度较低且安全性能最优天线数量.     

基于贪婪策略的低复杂度功率分配算法

非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)系统中发送端的功率分配算法对系统的吞吐量影响很大,而可以取得最优性能的全空间搜索功率分配(Full Search Power Allocation,FSPA)算法由于较高的复杂度,难以运用到实际系统当中.结合串行干扰消除(Success...     

毫米波MIMO系统基于块对角化的混合预编码算法

在毫米波大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)系统中,传统的数字预编码器需要给每一个天线配置一条独立的射频(radio frequency, RF)链路,这将会大大增加系统的成本和功耗,通过混合预编码可以有效地解决射频链路受限的问题。目前,混合预编码的研究大多都是针对多用户单天线场景,没有考虑到用户端配置多根天线的情况,为了消除多用户间干扰,增加系统的频谱效率,提出一种针对多用户多天线场景的混合预编码算法。在模拟端,通过基于矩阵迭代算法和模拟矩阵集合设计方法进行求解。在基带端,采用块对角化技术(block diagonalization,BD)消除多用户之间的干扰。仿真结果表明,所提出的多用户混合预编码算法相较于传统的块对角化混合预编码算法具有更好的性能表现,且更接近于纯数字预编码算法。     

基于非正交多址接入协作传输策略的安全性能分析

为了提升非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)协作传输系统的安全性能,本文研究了一种基于NOMA双用户协作传输策略的窃听系统模型,并分别推导了此模型下的遍历安全速率和安全中断概率的闭式表达式。仿真结果表明,当存在强解码能力的窃听节点时,本文提出的协作联合接收策略与传统NOMA协作传输策略以及直连策略相比,遍历安全速率最大提升了0.281 bps·Hz-1和0.937 bps·Hz-1,安全中断概率最大降低了2.53dB和3.08dB。     

宽带太赫兹大规模MIMO系统中的混合预编码

针对宽带太赫兹大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)通信系统中更大的带宽和更多的天线导致的波束分裂问题,构建了基于时延的宽带太赫兹大规模MIMO系统的混合预编码通信模型,并提出了一种高效且可实现的联合时延和相位的宽带太赫兹混合预编码算法。考虑到时延器值的硬件限制,通过最小化最优模拟预编码与等效模拟预编码之间的差来联合优化模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵,将联合优化问题转换成目标优化问题,通过将非凸问题转换成等价的凸问题来求全局最优解。仿真结果表明,提出的算法可以获得接近最优的可实现速率性能,且可以提高能量效率。     

基于旋转直积码本的3D有限反馈SDMA方案

为平衡反馈开销和系统性能,在频分双工(FDD)系统下,针对三维多输入多输出(3D MIMO)系统的多用户预编码问题,提出一种应用于3D MIMO系统的基于统计信道信息的空分多址(SDMA)方法.首先,基于三维信道的空间相关性,提出3D MIMO中基于旋转直积的用户分簇码本设计,码本中每个分簇基的列向量相互正交,可作为发送方向用于下行预编码;其次,用户根据下行信道估计所得到的发端相关矩阵选取所在的分簇基及发送方向,并以长周期将其索引反馈至基站;最后,基站调度用户实现下行多用户传输.仿真结果表明:在信道相关性较高的情况下,该方法可以显著提升系统的吞吐量,且只须长时间向基站反馈信息,上行反馈开销极小.     

基于延迟线组合调相的高能效自适应混合预编码方案

针对毫米波大规模多输入多输出系统采用混合预编码技术所带来的高功耗影响,基于延迟线组合调相器件设计了一种间接全连接型混合预编码系统结构,并提出一种自适应连接的混合预编码方案,可大幅减少与天线直连的调相器数量从而降低硬件造成的功耗损失。方案将编码矩阵的求解分为数字编码矩阵、模拟编码矩阵和开关组成的连接交换矩阵3个部分进行交替优化;提出一种基于互补正交投影矩阵的算法来解决模拟编码矩阵的优化;利用功率约束条件和最小二乘算法简化数字编码矩阵的求解;针对连接交换矩阵的离散组合优化问题,利用低复杂度的交叉熵算法进行优化。仿真结果表明,所提方案可以保证系统性能在接近纯数字预编码方案的同时有效提高系统的能量效率。     

基于BSA的MIB-OMP毫米波大规模MIMO混合预编码

为了实现通信系统的高链路质量和高数据速率,预编码技术在毫米波大规模MIMO系统中得到了广泛的应用。针对基于正交匹配追踪(OMP)的混合预编码存在需要已知候选矩阵和矩阵求逆的问题,提出了一种基于鸟群算法(BSA)的MIB-OMP混合预编码。该算法利用BSA的快速搜索全局最优值的特点直接搜索与残差的内积相乘最大的阵列响应矢量,从而无需已知候选矩阵,同时利用Banachiewicz-Schur分块矩阵广义逆将高维度矩阵转换为低维度矩阵计算,从而避免矩阵求逆。仿真结果表明,所提的算法在无需已知候选矩阵和矩阵求逆的条件下,系统的频谱效率和误码率与基于OMP的混合预编码相比性能略有提升。     

基于最大比传输预编码天线分组技术的大规模多入多出系统能效研究

大规模多输入多输出(MIMO)系统中,大型天线阵列之间的强天线相关性会导致系统性能降低.针对下行链路场景,提出基于最大比传输预编码的联合天线分组和天线选择算法,把大规模天线阵列划分为若干组,在每组中基于信道矩阵最大列范数选择天线,构造所选天线与接收天线间的信道矩阵,并计算对应的预编码矩阵.建立能效模型,分析联合天线分组...     

基于多密度流聚类的UAV-NOMA用户分簇与功率分配算法

针对无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）辅助非正交多址（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）下行通信系统,提出了最大化和速率的用户动态分簇与功率分配方案.考虑用户服务质量与UAV位置约束,建立了和速率最大化的优化问题.由于目标函数的非凸性,将原问题解耦为三个子问题,分别优化UAV位置部署与用户连接、用户动态分簇、功率分配以提高系统性能.首先,基于K-means算法设计了UAV位置部署与用户连接方案,以减小路损为目的确定UAV最佳部署位置,同时选择其服务的最优用户群;其次,改进多密度流聚类（Multi-Density Stream Clustering, MDSC）算法,提出了单UAV下用户静态与动态分簇方案,静态分簇方案可自适应平衡簇数与簇用户数,并获得较大的簇内用户信道增益差异,动态分簇方案则针对用户移动属性,制定了即时更新策略;最后,使用分式规划（Fractional Programming,FP）二次变换的方法,引入辅助变量将原非凸问题变换为凸问题,交替优化辅助变量与功率分配因子,获得原非凸问题的次优解.仿真结果表明,与其他算法相比,本文分簇方案能获得更大的簇内信道差异与更小的簇内用户数标准差,同时用户系统性能也获得了显著提升.     

鲁棒的基于几何均值分解的矢量预编码算法

针对非理想信道的多输入多输出（MIMO）系统,提出了一种鲁棒的基于几何均值分解方法的矢量预编码算法.利用非理想信道误差矩阵的二阶统计信息,以最小化收发信号的均方误差为准则,求出基于几何均值分解矢量预编码的最优扰动矢量和预编码矩阵.仿真结果表明,该鲁棒算法优于现有的基于几何均值分解矢量预编码算法性能.在高信噪比时,误码率可提高2dB以上.