毫米波大规模MIMO系统混合波束赋形技术综述

针对毫米波通信中混合波束赋形技术，描述了毫米波传输特性及信道模型，概述了大规模毫米波 MIMO混合波束赋形系统及其数学模型，并在此基础上综述了混合波束赋形传输方案，介绍了毫米波波束对齐的2种可行方案，最后展望并预测了毫米波通信与其他技术融合的几种典型应用场景及未来的研究热点.     

基于MIMO阵列的混合波束赋形算法

低轨(low earth orbit，LEO)卫星通信可以克服恶劣地形影响实现远距离通信，面对突发灾害能快速部署解决通信问题，但是，卫星在保持高速运动的同时采用高频段的信号，容易导致通信时产生严重的信号衰落。针对此问题，基于传统遗传算法提出一种适用于混合波束赋形架构的算法。固定模拟域对数字域进行迭代优化，然后固定数字域对模拟域进行迭代优化，通过共同的待优化矩阵进行联合求解，在固定功率的前提下不断迭代优化矩阵，采用混合波束赋形方法有效减少硬件复杂度，更加接近数字波束赋形的性能。仿真表明，在混合波束赋形架构应用上，相对于传统的正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)算法，所提算法性能提升了6.61%。     

MU-MISO场景下最优化和速率的波束赋形

研究了在一个多用户的下行网络中,基于完美信道状态信息(CSI)的波束赋形设计问题.在该场景下,基站配备多天线,每一个用户为单天线.基站将采用发送波束赋形与用户进行通信.考虑在发送总功率受限的情况下,最大化所有用户的和速率.由于目标函数形式复杂并且是非凸的,导致求解困难.为此,提出了一种基于迫零准则的波束赋形方案.该方案将原问题分解为两个子问题,分别求解.仿真结果表明:相比于传统的基于SLNR的波束赋形方案,所提的方案的性能更好.     

相干多径环境下的毫米波大规模MIMO混合波束赋形方案

针对传统全数字域的解相干算法无法直接运用于混合波束赋形场景的问题,设计了一种混合波束赋形下的解相干方案。在模拟域,基于设计的码本波束,提出一种新的模拟波束赋形方案,分别搜索与每个信号方向最为接近的波束,形成波束集合,利用所得到的波束集合,对阵列接收信号分别进行模拟波束赋形得到一级输出。在数字域,提出“阵列信号重构”的思想,对一级输出进行阵列信号重构,将重构信号作为输入,进行空间平滑处理,在相干干扰方向和非相干干扰方向均可形成较深的“零陷”。通过理论分析和仿真,对不同方案的波束方向图、信干噪比、频谱效率等性能进行了研究。结果表明,所提出的混合波束赋形方案的信干噪比和频谱效率等性能几乎逼近于纯数字波束赋形方案。     

MIMO中智能天线技术的应用研究

将智能天线赋形技术引入MIMO系统。根据赋形技术和MIMO的分集复用技术的特点，分析比较了这2种策略的适宜运用条件。通过仿真对不同环境条件下MIMO系统中采用分集复用技术和智能天线赋形技术的系统容量进行比较，指出了为达到最优系统性能，不同环境下应采用的不同天线。     

一种阵列天线的波束赋形设计

对俯仰面波束需要赋形的阵列天线进行了分析和设计。采用数值方法对阵列天线的方向图进行了综合,将平均偏差用于目标函数的构造之中,同时结合工程实际,给出了约束条件。通过优化目标函数,得到所需的单元馈电电流。天线的实测方向图完全符合赋形波束的要求,表明该设计方法是可行的。     

K波段平顶波束赋形反射面天线设计

为了获得照射均匀的平顶波束,使用反射面赋形的方法,设计了一款工作在19～22 GHz的单偏置反射面天线.结合Zernike多项式展开法与遗传算法优化反射面形面,采用天线远场照射面特定区域照射电平差值作为目标函数以实现平顶波束.仿真结果表明,赋形后天线方位面方向图在±8°范围内,照射电平波动小于0.6 dB,电平幅度大于20 dBi.     

MIMO中智能天线技术的应用研究

将智能天线赋形技术引入MIMO系统。根据赋形技术和MIMO的分集复用技术的特点，分析比较了这2种策略的适宜运用条件。通过仿真对不同环境条件下MIMO系统中采用分集复用技术和智能天线赋形技术的系统容量进行比较，指出了为达到最优系统性能，不同环境下应采用的不同天线。     

基于遗传算法的基站天线赋形波束综合

提出了一种改进的适应度函数确定方法,通过改变适应度函数中的待定参数,有效提高了搜索效率。采用遗传算法对基站天线的方向图赋形,其结果优于同种条件下用WoodWard法得到的结果。结合工程实践,考察了本文遗传算法的解的稳定性。文中的结果对工程和理论研究都具有重要意义。     

MIMO阵列宽带发射波束设计

研究了MIMO(Multiple Input Multiple Output)阵列的发射波束设计问题,通过仿真研究比较了几种窄带发射信号设计方法的性能.针对宽带信号发射波束设计问题,在发射能量约束条件下提出了三种宽带发射信号设计的方法:常规最小二乘波束图匹配方法,目标方位互相关系数最小化方法和最低旁瓣方法.通过目标函数和约束条件的等效变换将波束图设计问题转换为半正定锥优化问题,并采用高效凸优化算法求解,有效降低了高维优化问题的运算量.     

超密集异构网络中的一种混合资源分配方法

针对在宏小区覆盖范围内高密度部署小小区所带来的跨层干扰和同层干扰,研究了超密集异构蜂窝网络中的资源分配问题,采用了一种共享频谱与分离频谱共存的混合频谱分配方案。依据簇中小基站与宏基站的干扰是否超过设定的阈值,将簇进行分类并以不同的方式进行资源分配,超过阈值的簇采用分离频谱的方式分配资源,反之,可共享整段频谱。而在每个小基站簇内,在相应的约束条件下采用对偶分解法求出规划的优化目标,为每个小基站分配子信道和功率。基于联合分配方案提出算法1和算法2(次梯度算法),算法1最接近最优解决策略,而算法2可以解决高复杂度问题,具有更高的实用性。仿真结果表明,所提方案能够有效地抑制干扰、提升系统容量,同时兼顾用户间公平性。     

高铁环境下基于大规模多入多出自适应波束成形的干扰对齐

随着高速铁路的快速发展,高铁用户对移动互联网的需求与日俱增。高铁环境下,信道处于快时变状态,列车速度越高,信道变化越快,信道状态信息(channel state information,CSI)存在严重的不准确性。针对此问题,首先对高铁环境下的CSI建模,通过统计特性与瞬时CSI对其进行动态修正。同时,为了保障高铁在运行过程中获得最佳的系统容量,还提出一种基于自适应波束成形的干扰对齐方法;该方法将天线分成两组,通过设计预编码,使干扰对齐到零空间,从而在接收端消除干扰。数值结果表明,所提的方法能很好地适应高速移动场景,达到最优的系统容量。     

大规模MIMO系统中的双向搜索天线选择算法

大规模MIMO(Massive MIMO)拥有众多天线,如果按照传统的方式配备等量的射频链路,势必会大幅度增加硬件成本及系统复杂度.天线选择技术能够在不损害多天线系统优势的前提下,使射频链路成本明显下降.天线选择的主要方法其思想是在全部天线中选出部分天线传输数据,从而使射频链路成本不再成为限制因素,在实际的无线信道中,信道状态变化多样,为了达到所需性能指标,通信系统需要选择不同数目的天线进行数据传输,而现有的天线选择算法往往只适用于固定天线数的场景.本文针对多变的信道状态,基于递增选择算法与递减选择算法提出了双向搜索天线选择算法,能够灵活应对不同的天线数需求,并且保持了较低的计算复杂度.     

大规模MIMO系统信道状态信息反馈开销降低方法

针对大规模多输入多输出(massive-multiple input multiple output,massive MIMO)系统,结合离散余弦变换(discrete cosine yransform,DCT)和快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)基,研究了基于压缩感知的信道状态信息(channel state information,CSI)反馈开销降低方法。首先在用户端,该方法基于压缩感知理论对三维(three dimension,3D)CSI采用不同稀疏基组合进行表示,进而形成两种不同的观测矩阵对其进行观测,其中方法 1基于3D CSI直接形成观测矩阵,而方法 2则基于垂直维CSI和水平维CSI分别形成两个中间观测矩阵,进而通过Kronecker积形成最终观测矩阵。最后,将观测值经矢量化后反馈给基站端;基站端则通过正交追踪匹配算法(orthogonal matching pursuit,OMP)重构CSI。仿真结果表明,基于两种稀疏基的组合可以使得CSI反馈开销得到大幅度降低,同时,基于方法 1生成的观测矩阵所重构CSI性能明显优于基于方法2的。     

异构小蜂窝网络移动性管理研究综述

新一代移动通信网络不断演进为高密集、无定型、立体分层的异构网络,移动性管理旨在保证用户设备（user equipment,UE）移动通信服务的连续性和无缝切换及降低信令开销等。移动性管理问题正成为异构小蜂窝网络（heterogeneous and small cell networks,HetNets）中无线资源管理需要应对的关键性挑战之一。阐述了移动性管理的一般性问题,根据移动性管理的主要特征给出了一个综合分类：整体切换性能增强、小蜂窝发现与识别增强和无线链路失效（radio link failure,RLF）恢复增强。此外,依据此分类对近年来第三代合作伙伴计划（3rd genera-tion partnership project,3GPP）成员在无线接入网（radio access network,RAN）标准化工作组历次会议中提出的主要移动性管理增强方案进行了分类阐述和性能对比。对异构小蜂窝网络的移动性管理所面临的挑战和未来研究的趋势进行展望,并在此基础上进行了总结。     

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。     

毫米波大规模天线系统中的混合波束成型技术

混合波束成型通过模拟和数字两级混合处理,可以在少量射频链路的支持下实现对更高频谱效率的支持,是毫米波大规模天线系统走向实用化的关键技术.本文首先论述了混合波束成型系统的基本架构与面临的挑战,并给出了常用的毫米波信道模型.进一步地,分别针对单用户和多用户场景下分析了混合波束成型器设计的基本思路和代表性算法.最后,对码本设计以及波束训练和跟踪方面的研究工作进行了总结.     

基于QRD和SIC检测的多入多出中继网络分布式波束形成方案

摘要：
考虑多天线多中继两跳半双工无线网络,基于AF协议提出了RZF和IRZF MF 2种分布式波束形成方案.在中继节点,前者使用RZF技术进行接收和发射波束形成,后者分别使用IRZF和MF技术进行接收和发射波束形成.仿真结果显示,在瑞利信道下,2种方案与现有的MF RZF方案性能相当;而在莱斯信道下,文中RZF方案性能最优,但需要较高的计算复杂度.相对于除RZF方案的其他方案,IRZF MF实现了系统容量增益,并且其计算复杂度低于RZF方案.
关键词：
多输入多输出; 放大转发中继; 分布式波束形成; 正则化迫零预编码; QR分解
中图分类号： TN 925
文献标志码： A     

异构网络中下行链路的干扰抑制研究

针对蜂窝网与无线局域网(WLAN)共存的异构网络干扰问题,提出一种干扰抑制方案:在发送端加设预编码矩阵,最大化期望信号强度,减小干扰信号强度;在接收端加设干扰抑制编码矩阵,抑制蜂窝网络基站对无线局域网内用户设备的干扰及无线接入点(AP)对非期望用户设备的干扰.仿真结果表明:该方案可以抑制异构网络下行链路的干扰问题,提高异构网络用户的传输速率.