基于不完美CSI的水声自适应功率分配算法

水声信道面临带宽资源有限、环境复杂的问题，为提高水下通信速率，基于水声传感器网络的海洋应用提出自适应通信的需求。传统基于简单信噪比指标的自适应资源分配算法无法准确表述衰落信道的统计特征，利用强化学习和卷积神经网络预测信道的方法虽然可以提高一定信道状态信息(channel state information, CSI)的准确性，但这种方法需要长期的观测和大量的训练样本，不符合水声环境的实际情况。对比，构建了一种中继放大转发协作正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)通信的模型，解决了由于节点漂浮导致直接通信传输效率变低的问题，并提出一种在时延反馈CSI中基于OFDM的自适应功率比特分配算法，利用条件概率表征不完美的CSI,调整自适应通信参数，进行遍历容量最大化建模。仿真结果表明，该算法实现功率和比特的联合自适应分配，平均传输速率指标优于直接反馈CSI的功率分配算法，虽然略低于采用马尔可夫链预测信道的方法，但结合算法复杂度来看，所提算法更简单，更适合能量有限的水声传感器网络。     

非理想信道状态信息下的OFDM比特分配算法

提出一种在非理想信道状态信息条件下,以平均误比特率为目标的正交频分复用(OFDM)比特分配算法.该算法对子信道当前频率响应值进行估计,估计值经延时后反馈至发送端,并以此作为自适应比特分配的依据.仿真结果表明,当信道估计器的均方误差小于-15dB时,信道估计误差对自适应OFDM系统的性能影响不大.采用多个信道估计值来确定比特分配可以减小信道信息延时对系统性能的影响,有效提高系统性能.     

基于短时傅里叶变换的水声通信自适应OFDM均衡

由于水声环境时变特性,在水声信道中进行正交频分复用(orthogonal frequency division multi plexing,OFDM)信号传输,子载波间的正交性易受到破坏,从而产生载波间干扰,使得水声通信的误码率性能变差。针对这个问题,提出一种适用于水下时变信道的自适应OFDM均衡算法,该算法采用滑动窗口进行子块短时傅里叶变换获得接收信号的二维时频谱,进而对该二维时频谱进行自适应时-频域联合合并均衡。该自适应均衡算法中采用最小均方误差算法跟踪信道时变特性,并通过自适应判决反馈均衡更新二维时频谱的加权合并系数,提高了OFDM系统抗载波间干扰的性能。仿真分析表明,所提出的OFDM均衡算法可在时变信道下,有效降低水声通信的误码率。     

CSI完备性对自适应MIMO-OFDM系统性能的影响分析

针对MIMO-OFDM系统的自适应算法建立了性能评估模型,推导了非自适应和自适应条件下系统的频谱效率,研究了信道状态信息(CSI)的完备性对2×2 MIMO-OFDM系统性能的影响.理论分析和仿真结果表明MIMO-OFDM系统对信道估计误差和时延有着一定的鲁棒性,但在条件较恶劣时频谱效率还是会受到较大影响,进而提出了不完备CSI情况下的应对策略.     

OFDM系统子载波与数据包长度联合分配算法

为了最大化正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)无线通信系统中非实时业务的有效吞吐量,提出了一种子载波与数据包长度的联合分配(joint sub carrier and packet size allocation, JSPSA)策略。该策略较以往的子载波分配或数据包长度优化策略,有更大的优化自由度。基于JSPSA策略,详细分析平坦衰落信道下联合分配算法有效吞吐量函数的单调特征,证明该函数为单峰函数。利用频率选择性信道与平坦衰落信道下有效吞吐量函数单调性特征的相似性,通过引入一种新的等效信道增益,提出了一种频率选择性信道下的JSPSA算法。仿真结果表明,该算法的有效吞吐量接近于JSPSA策略下最优的枚举法,与已有的贪婪比特分配、等误比特率功率分配(greedy algorithm bit allocation/equal bit error ratio power allocation, GABA_EBPA)算法相当,而复杂度却大幅度降低,在复杂度和性能之间取得了较好的折中。     

多用户MIMO系统中结合天线选择的协同差分空时传输方案

针对多用户多入多出(MIMO)系统中存在部分信道估计困难的情况,提出了一种新的协同差分空时传输方案。在此方案中引入了一种简单的自适应放大转发中继协议,该协议在中继节点结合了接收选择合并和发送天线选择,仅需要部分信道状态信息(CSI)。得出了最大似然差分检测方法,分析了系统的成对码字差错概率(PEP)性能。仿真结果显示,在相同收发天线数、功率及频谱效率条件下,所提方案比点对点MIMO系统中的差分传输方案获得了更高的分集增益和更好的误比特率(BER)性能。且在高信噪比情况下,还优于采用相干检测的非协同Alamouti传输方案。     

一种基于业务优先级的跨层资源分配算法

提出了一种多用户MIMOOFDM系统中满足多种业务用户QoS需求的跨层自适应资源分配算法.利用各种业务的优先级在发送功率一定的条件下以吞吐量最大化为目标首先分配子载波,再分配子载波的出特和功率,最后分配空间子信道的比特和功率.仿真结果表明提出的算法能够根据信道条件在满足各种业务用户QoS需求的情况下动态的分配资源,而且能够有效的提高系统的吞吐量.     

一种MIMO OFDM系统中的自适应比特和功率分配算法

分析了MIMOOFDM系统中的自适应调制问题,提出了一种BICM-OFDM系统中的自适应比特和功率分配算法。基于完整的信道状态信息和奇异值分解理论,该算法自适应的为各发射天线的各个子载波分配比特和功率。蒙特卡罗仿真表明在10-5的误码率条件下在2×2MIMOOFDM系统中该算法相对于不采用自适应技术有大约4dB的相对增益。     

信道参数对多天线OFDM系统的性能影响

讨论了在波束成形的多天线OFDM系统中信道反馈时延和多普勒频移所带来的信道估计误差对通信性能的影响。将信道估计误差等价为与信道参数相关的随机变量并通过Q函数的等效定义和OFDM系统中各子信道的同分步特性,推导出了多天线的OFDM系统误码率受信道反馈时延和多普勒频移影响的闭合表达式,同时仿真给出了三个发射天线、三个接收天线下的不同反馈时延和多普勒频移对通信误码率的影响,可为时变信道下的多天线OFDM系统设计提供参考。     

FRFT在水声信道时延频移联合估计中的应用

由于水声信道的复杂性和多变性,信号在水声信道传播中将伴随着多径时延与多普勒频移,二者是水声信道估计中两个重要的参数。基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT)的时延和频移特性,提出一种采用多分量线性调频(linear frequency modulated, LFM)信号的水声信道估计方法,通过分析分数阶傅里叶域上峰值的偏移,联立不同阶次的时延和频移方程,可得到水声信道的时延和频移值。理论推导及仿真结果表明,该方法计算量小,且随着LFM信号分量数和调频率差值的增大,能在一定程度上减小估计的时延误差和频移误差。水池实验中选用具有相反调频率的双LFM信号作为估计信号,估计出多径时延与运动目标的多普勒频移,并给出了水下目标的运动速度。实验结果表明,FRFT估计法简单有效,在水声信道多径时延与多普勒频移估计上具有较好的实际应用价值。     

正交频分复用循环移位扩频水声通信

针对常规直接序列扩频水声通信数据传输速率低及M元扩频水声通信接收机复杂度高的问题,提出了一种正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)技术和循环移位键控(cyclic shift keying, CSK)技术相结合的调制方式,该调制能很大程度地提高系统的带宽使用率。从理论上对该方法在高斯白噪声信道条件下的误码率进行了分析。同时,采用Chu序列作为扩频序列,通过理论推导得出其峰均功率比(peak to average power ratio,PAPR)的上限为3dB。利用实际湖试测量得到的多径信道模型,与DSSS-OFDM方法进行了误码率性能的分析比较。结果表明,新提出的方法具有很好的抗多径性能,且具有带宽利用率高、复杂度低的特点,适用于中、远程及多用户水声通信。     

虚拟时间反转镜Pattern时延差编码水声通信

提出虚拟时间反转镜(VTRM)算法,并基于Pattern时延差编码(PDS)水声通信体制,研究了VTRM在水声通信中的应用。PDS水声通信体制利用Pattern码元出现在码元窗的时延差值进行时延编码,具有稳健的通信性能。虚拟时间反转镜技术具有空间聚焦和信道均衡的性质,将其应用于PDS体制水声通信中,较时间反转镜(TRM)简单易行却又具有TRM的性质。计算机仿真结果表明,VTRM有效地抑制了水声信道严重的多途扩展对Pattern波形的畸变,提高了通信质量。     

冲突避免的水声网络拓扑发现协议

当水声网络的所有节点完成在目标区域的部署后,每个节点除了自己的节点ID已知外,对新网络的信息一无所知,而这些信息是网络顺利运行的必要前提。因此,一个能够完成网络中所有节点和链路发现的网络拓扑发现协议是非常必要和重要的。水声拓扑发现协议完成的效率,往往依赖于信道接入策略的选择,但它不能完全使用已有的水声多路访问控制(multiple access control, MAC)协议,因为在网络建立的初始阶段拓扑未知,已有传统水声MAC协议不能完成拓扑发现,所以需要根据这一阶段的特殊状态来设计拓扑发现协议。基于此问题,提出了一种高效的冲突避免的水声网络拓扑发现(简称为CFVE)协议,该协议利用网络中节点ID的唯一性,在其特定时隙接入信道,节点无冲突地发现控制分组的交换,最终实现网络中所有链路和节点的发现。仿真结果表明, CFVE协议可以以较低的发现时延和能耗完成全网拓扑的发现,是一种适合于多跳水声网络的拓扑发现协议。     

稀疏码分多址收发端改进方案的设计

为降低传统稀疏码分多址接入(sparse code multiple access,SCMA)系统的译码复杂度,同时保证系统误比特率(bit error ratio,BER)性能,考虑信道质量因素提出SCMA系统收发端改进方案.在接收端,提出基于信道质量动态选择节点改进消息传递算法(message passing al...     

Power control scheme for multiple antenna systems with space-time coding in Rayleigh fading channels

Two optimal power control(PC) schemes under the power constraint for space-time coded multiple input multiple output systems over the flat Rayleigh fading channel with the imperfect channel state information(CSI) are presented.One is based on the minimization of a bit error rate(BER),and the other is based on the maximization of a fuzzy signal-to-noise ratio.In these schemes,different powers are allocated to individual transmit antennas rather than equal power in the conventional one.For the first scheme,the optimal PC procedure is developed.It is shown that the Lagrange multiplier for the constrained optimization in the power control does exist and is unique.A practical iterative algorithm based on Newton’s method for finding the Lagrange multiplier is proposed.In the second scheme,some existing schemes are included,and a suboptimal PC procedure is developed by means of the asymptotic performance analysis.With this suboptimal scheme,a simple PC calculation formula is provided,and thus the calculation of the PC will be straightforward.Moreover,the suboptimal scheme has the BER performance close to the optimal scheme.Simulation results show that the two PC schemes can provide BER lower than the equal PC and antenna selection scheme under the imperfect CSI.     

基于自适应混合能量参数的变步长LMS水声信道均衡算法

提出了一种新的变步长算法,并将该算法用于水声信道均衡。该算法克服改进归一化最小均方(developed normanized least mean square, XENLMS)算法依赖固定能量参数λ的局限性,遵循变步长算法的步长调整原则在XENLMS算法的基础上引入一个自适应混合能量参数λk,改善算法收敛速度和鲁棒性。首先通过仿真分析变步长算法中的3个固定参数α,β,μ的取值范围及对算法收敛性能的影响;并在两种典型的水声信道环境下,采用两种调制信号对算法的收敛性能进行计算机仿真,结果显示,新算法的收敛速度明显快于XENLMS算法和已有的变步长算法,收敛性能接近递归最小二乘(recursive least square, RLS) 算法的最优性能,但计算复杂度远小于RLS算法。最后,木兰湖试验验证了带判决反馈均衡器(decision feedback equalization, DFE)结构的新算法具有较好的克服多径效应和多普勒频移补偿的能力,相比LMS-DFE提高了一个数量级。     

Resource allocation for cooperative diversity systems based on quadrature modulation

To improve the error performance and the resource utilization of cooperative systems, the optimum resource allocation, i.e., power allocation and partner choice, for an adaptive decode-and-forward (DF) cooperative diversity system based on quadrature modulation is investigated. The closed-form expression of the bit error rate (BER) system performance is derived and an optimal power allocation (OPA) algorithm is proposed to optimize the power allocation between the local and relayed signals under the minimum BER criterion. Based on the OPA algorithm, a partner choice strategy is proposed to determine the partner locations specified by various cooperation gains. Simulation results show that the proposed resource optimization algorithms are superior to the unoptimized algorithms by significantly reducing the BER and improving the cooperative gain, which is useful to simplify the practical partner choice process.     

一种低复杂度的MIMO-OFDMA下行链路资源分配方案

针对MIMO-OFDMA下行链路系统,考虑在总功率和BER 以及用户数据速率成比例的约束下,以获取整个系统吞吐量极大化为准则,提出一种基于成比例公平性约束的资源分配方案。该方案在子载波分配时,松弛成比例约束条件,使用户数据速率近似地成比例于每个用户分配的子载波数,在功率分配时,推导出一种线性的不需要迭代的低复杂度功率分配方案。仿真和分析表明,整个方案在保证系统吞吐量的前提下,取得了用户间良好的速率公平性,同时又具有较低的计算复杂度。