基于MIMO信道误差模型的保障QoS的自适应调制

以系统总速率最大化为目标,提出了一种基于信道误差模型的多用户MIMO下行系统保障用户QoS的资源分配机制.基站应用空分多址接入(SDMA),同时支持多个用户,利用线性预编码方法抵消用户间的干扰,提出发射端在非理想信道信息情形下提供用户QoS保障的自适应调制方案.为降低系统复杂度,提出应用于实际系统的次优算法.仿真结果表明:所提出的次优算法在将指数级复杂度变为线性复杂度的同时,性能非常接近最优算法.     

全双工非正交多址接入系统的功率控制

研究了采用全双工基站同时为多个半双工下行用户和上行用户提供服务的单载波非正交多址(single-carrier non-orthogonal multiple access, SC-NOMA)系统的资源分配算法设计。考虑了基于能效的单载波NOMA系统上行链路和下行链路的资源分配问题,在保证用户服务质量和功率约束的同时最大化全双工单载波非正交多址接入(Full-duplex single-carrier orthogonal multiple access, FD SC-NOMA)系统的能效。由于目标函数是非凸问题,将原问题转换成非线性分式规划问题,通过采用拉格朗日乘子法得到最优传输功率的闭式解,利用次梯度算法求得最优传输功率。仿真结果表明,与传统的半双工单载波非正交多址接入(half-duplex single-carrier orthogonal multiple access, HD SC-OMA)系统相比,FD SC-NOMA系统能够实现更优的能效。     

NOMA残余干扰下D2D网络的能效资源分配算法

为了解决非理想串行干扰消除（serial interference cancellation,SIC）解码引起的残余干扰给非正交多址接入（non-orthogonal multiple access,NOMA）增强型设备到设备（device-to-device,D2D）组链路带来的高能耗、低信道利用率问题,提出一种基于能效优化的资源分配算法。在保证蜂窝、D2D组用户通信服务质量和复用子信道个数约束条件下,建立能效优化模型;使用一种以D2D组能效为权重的加权二部图最大匹配联合匈牙利算法为每个D2D组分配子信道;考虑到各接收机用户在相同和不同残余干扰下的能效问题,通过参数变换、Dinkelbach法和拉格朗日对偶法实现功率分配。仿真结果表明,提出的算法在非理想SIC条件下可有效提升系统D2D组链路的信道利用率和总能效。     

认知无线电网络中的非正交多址资源分配算法

随着物联网的发展和移动终端的普及,用户对数据速率需求快速增长,移动通信系统依然面临着频谱资源紧缺问题。针对认知无线电网络中的非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NOMA)技术,研究了认知无线电网络中非正交多址信道和功率联合优化问题。以主用户干扰功率和次用户最小吞吐量以及子信道最大复用用户数为约束条件,综合考虑信道状态信息和功率资源,以提高系统能效为目标,建立了信道和功率资源分配优化模型。为了避免信道状态相近的用户复用在同一子信道上,提出了一种次优公平性可调的信道分配算法,并基于连续凸近似和Dinkelbach模型,得到子信道复用用户间的最优功率分配。仿真结果表明,所提算法可以在提高用户公平性的同时,有效提高系统能效。     

非正交多址认知无线电网络功率分配算法

非正交多址和认知无线电技术能有效提高频谱效率,是新一代移动通信系统的关键技术。针对功率域非正交多址认知无线电网络的能效优化问题,建立了满足次用户最小系统吞吐量和主用户最大干扰的次用户功率分配模型,将子信道吞吐量公式进行分解,得到子信道功率分配系数和子信道功率消耗率2个子问题。针对第1个问题,采取凸差(difference of convex,DC)规划算法将目标函数等效为2个凸函数差形式,并应用一阶泰勒展开式进行连续近似,将非凸问题转换为凸优化问题,从而得到子信道复用次用户最优功率分配系数;针对第2个问题,采用Dinkelbach算法和次梯度算法,利用拉格朗日函数,得到最优子信道功率消耗率。仿真结果表明,所提功率分配算法收敛速度快,时间复杂度低,其平均系统能效性能远优于分数功率分配算法。     

比例公平保证下的SCMA能效资源分配研究

在倡导绿色通信的背景下,基于能效的资源分配算法是近些年研究的热点。针对稀疏码多址接入(sparse code multiple access, SCMA)下行链路系统,以保障用户服务质量为前提,降低接入网能量损耗,给出一种比例公平保证下的能效资源分配方案。将用户的最小速率需求以及传输速率比值作为约束条件进行能效资源分配。通过2个阶段的码本分配,既满足各个用户不同的速率需求,又保证了用户之间的公平性;根据已得到的码本分配方案,利用二分法求得近似最优能效下的功率分配。实验结果表明,所给出的算法在保证用户速率比例公平的前提下,也能获得较好的能效性能。     

Ka频段宽带IDMA卫星传输系统的性能分析

为了解决当前Ka频段宽带卫星接入体制难以克服的技术瓶颈,将交织区分多址接入(IDMA)技术引入宽带卫星通信系统,充分利用IDMA接入方式在低复杂度和高频谱效率等方面的优势,以期在资源受限的卫星系统中获得更高的用户容量和服务质量。结合Ka频段卫星信道特点建立了宽带IDMA卫星系统仿真模型,阐述了其系统容量计算方法及推导了相关的表达式。仿真和分析表明,与传统CDMA方式相比,宽带卫星IDMA传输机制以较低的星上处理复杂度获得通信性能和用户容量的大幅提高,为下一代多业务、高容量、高速率的宽带卫星通信系统提供了一种有价值的参考方案。     

Ka频段宽带交织区多址接入卫星传输系统的性能分析

为了解决当前Ka频段宽带卫星接入体制难以克服的技术瓶颈,将交织区分多址接入(IDMA)技术引入宽带卫星通信系统,充分利用IDMA接入方式在低复杂度和高频谱效率等方面的优势,以期在资源受限的卫星系统中获得更高的用户容量和服务质量。结合Ka频段卫星信道特点建立了宽带IDMA卫星系统仿真模型,阐述了其系统容量计算方法及推导了相关的表达式。仿真和分析表明,与传统CDMA方式相比,宽带卫星IDMA传输机制以较低的星上处理复杂度获得通信性能和用户容量的大幅提高,为下一代多业务、高容量、高速率的宽带卫星通信系统提供了一种有价值的参考方案。     

一种基于IDMA的非正交多用户检测方法

为了提高系统容量、频谱效率和传输速率,针对第五代通信网络业界提出了功率域非正交多址接入PDNOMA方式,通过功率域叠加复用增加用户接入数量,并且通过串行干扰消除SIC来检测用户信号。SIC算法简单,但性能一般,随着叠加的用户个数的增加,系统的性能会大大下降。交织多址接入IDMA可以采用特定的交织器来分离各用户,并允许使用低复杂度迭代多用户检测技术。为了提高性能,结合基于IDMA的非正交多用户系统和PDNOMA在接收端提出一种迭代检测方法 ISICPIC。仿真表明ISICPIC适用于多用户同时传输的情况,系统性能较好且不会随着用户数的增加而下降。     

基于NOMA系统的上行链路功率分配

为解决用户速率化前提下的能效优化问题,针对非正交多址接入(NOMA)系统上行链路,提出了基于Dinkelbach算法的最佳功率分配方案.仿真结果显示:当给定用户发射功率最大限值为15 dBm时,系统的能效提升了38 bit·J~(-1)·Hz~(-1).     

基于混合非正交多址接入的认知无线电网络的信道和功率分配研究

针对混合非正交多址接入(NOMA)的认知无线电网络的下行链路,以主用户的干扰功率阈值、次用户最小信息速率以及子信道复用用户数为约束条件,建立信道和功率资源分配的优化问题模型,提出了一种公平性可调的信道分配方法,得到信道和用户的匹配结果;采用凸近似和Charnes-Cooper变换的方法,得到复用用户的功率分配值.仿真结...     

稀疏码多址接入系统中基于分层编码的多播资源分配算法

稀疏码多址接入(sparse code multiple access,SCMA)技术被认为是一种能有效提高频谱效率的技术。将稀疏码多址接入技术应用于无线多播通信中可以扩展多播系统的容量。对多播系统的容量进行了推导,采用分层编码技术应用在SCMA系统的多播传输中,使得系统容量不再受限于多播系统中最差用户的信道质量,采用资源分配算法来最大化多播系统容量。为了减少最优化问题的计算复杂度,又提出了快速次优化算法(fast suboptimal algorithm, FSA),该算法分为码本分配和功率分配2个阶段。仿真结果显示,提出的快速次优化算法在SCMA系统中的多播系统功效要优于正交频分多址接入(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA)系统中的多播系统功效。并且,在SCMA系统和OFDMA系统中,提出算法的系统功效都要远优于传统多播(conventional multicast, CM)策略的系统功效。     

基于期望传播的活跃用户检测和信道估计

5G无线通信网络中,大规模机器类通信(massive machine type communication,mMTC)是一个新兴的研究课题.对于mMTC,已经提出非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)来支持其大规模接入.由于mMTC实时接入的稀疏性,基于压缩感知的算法可用于识别活跃用户并恢复稀疏信道状态信息(channel state information,CSI)向量.于是提出一种基于期望传播(expectation propagation,EP)的贝叶斯消息传递算法,用于NOMA中的联合活跃用户检测(active user detection,AUD)和信道估计(channel estimation,CE).该算法使用高斯分布对复杂的目标分布函数近似表达,实现线性计算复杂度,通过引入阻尼因子可以确保算法的收敛性.分析与仿真结果表明,基于EP的消息传递算法在联合活跃用户检测和信道估计中比现有算法具有更高的检测准确率和更低的漏检率及均方误差.     

一种基于信道感知和预测的多址接入方法

为了实现认知无线电系统中机会式的频谱接入、主动避免对主用户的干扰,提出了一种基于信道感知和预测的多址接入方法。考虑主用户对信道的占用过程具有一定的突发性和相关性,将主用户的活动规律建模为半马尔可夫过程。新算法充分利用信道感知结果和主用户的活动规律预测下一个时刻主用户的状态及剩余状态持续时间,并采用递归预测误差法进行参数估计。仿真结果表明,与传统的载波侦听多址接入算法相比,新算法能够在保证主用户阻塞概率约束的前提下,较大地提高频谱利用率,非常适用于认知无线电。     

多用户MIMO空分多址下行链路预编码算法研究

针对多输入多输出(MIMO)空分多址下行链路,每个接收天线看成独立的用户来分配波束,联合正交随机波束成形(ORBF)和迫零波束成形(ZFBF)实现了每用户配置多天线的预编码方法。为了降低计算复杂度,提出了联合线性结合技术的RBF-ZFBF的下行链路预编码方案。该方案利用ORBF确定初选用户,每个用户利用线性结合技术获得有效SINR,所选用户将使用线性结合方法获得的信道质量信息(CQI)和信道方向信息(CDI)反馈到基站,完成用户选择、波束选择和最终预编码。实验结果表明,该算法与每用户单天线方案相比,提高了系统吞吐量,证实了所提算法的有效性。     

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多输入多输出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。     

非正交多址接入下行协作网络的中断性能分析

针对非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NOMA)下行协作网络,首先研究不同链路采用不同衰落信道的固定增益放大转发(amplify-and-forward, AF)中继系统模型,同时考虑硬件损伤和信道估计对系统性能的影响;然后在接收端采用选择合并(selection combining, SC)算法处理接收到的信息,并给出不同用户信息的中断概率的确切和渐近闭式表达式;最后通过仿真验证了硬件损伤和信道估计误差对系统性能产生负面影响.     

基于用户服务质量和能效的SCMA资源分配

为提高移动通信中用户服务质量(QoS:Quality of Service),解决系统总能效和用户服务质量不能兼顾的问题,以稀疏码多址接入(SCMA:Spare Code Multiple Access)下行链路为应用场景提出了一种基于用户服务质量和能效的资源分配方案,将系统的容量和能耗作为主要方向进行优化。使用贪婪算法对用户进行码本分配,采用丁克尔巴赫理论(GDA:Generalized Dinkelbach’s Algorithm)将其转化为一个凸优化问题进行迭代求解,以本次计算得出的用户最低服务速率作为下一轮运算的系统最低服务速度重复进行用户码本和能耗轮换计算,直到系统中用户最低通信速度变化低于预设值或达到最大运算次数为止,使系统的容量及能耗达到较好的情况。通过理论分析和仿真结果表明,所提出的SCMA分配方案能有效提升下行链路的用户的通信速率和系统能效。     

双向中继网络编码系统的迭代干扰抑制研究

在双向中继去噪转发(denoise and forward,DNF)网络编码的多址接入系统中,相互通信的配对用户共用一个多址资源块,使多址接入系统中用户之间的多址干扰减少一半,并设计了DNF网络编码中配对用户共用扩频码的通信模式.通过对DNF网络编码系统多址接入时不同配对用户的干扰进行建模,提出了基于Turbo迭代干扰抑制算法.通过仿真验证了使用DNF网络编码时,用户对共用多址接入资源块的可行性,相应的干扰抑制算法的有效性,以及对系统性能带来的提升.     

基于LTE系统的巨量机器类通信性能分析

主要研究基于LTE（long term evolution）系统开展巨量机器类通信业务的性能。介绍了机器类通信的业务特点,并以北京近郊区的抄表类业务为例,分析了现有LTE系统开展机器类巨量用户通信时存在的问题。从理论上分析得到了随机接入资源和调度资源受限是制约终端接入数量的主要因素。本文搭建了符合3GPP标准的系统级仿真平台,仿真了不同用户数和不同下行控制信道资源对系统吞吐量、时延、接入碰撞概率等的影响,仿真结果验证了理论分析的正确性。