MIMO系统发射端多天线选择保障物理层安全传输

针对MIMO系统信号传输策略中单天线选择方案在增大系统保密容量方面存在的局限性,本文提出发射端多天线选择方案以保障物理层安全通信。文中首先在已知全局信道状态信息的理想条件下讨论最优多天线选择方案;然后考虑较为实际的情况,即在未知窃听方信道状态信息条件下提出次优多天线选择方案;最后,为改进次优方案在低信噪比条件下系统保密容量较小的不足,提出次优多天线选择发射功率分配方案。通过理论推导保密容量表达式和数值分析,结果表明,与现有单天线选择方案相比,所提的多天线选择方案有效地提高了系统的保密容量。     

MIMO系统发射端天线选择对性能的影响

基于发射端天线选择对MIMO系统性能的影响进行研究.首先建立信道模型,然后对采用ZF接收机的情况下误码率性能进行分析,并讨论了天线选择标准.仿真结果表明,不进行天线选择,获得误码率为10-2所需要的信噪比至少为22.5 dB;进行天线选择,获得误码率为10-2所需要的信噪比为18 dB,证明天线选择能改善系统性能.     

无线通信中使用随机天线阵列的物理层安全传输方法

为了在无线通信过程中保证信息安全,提出了一种使用随机天线阵列的物理层安全传输方法(RAA方法).该方法在基站端使用多天线而在移动用户端使用单天线,期望移动用户首先发送同步训练符号,基站根据接收到的训练符号估计信道,然后基站随机选取若干天线并根据估计到的信道使用分布式波束形成的方法进行加权发射,各天线发射信号最后在期望用户接收点同相叠加,期望用户可以直接进行最大似然解调.由于基站在发射每个符号时都随机变换天线,将会导致窃听者的信道随机快速变化,因此窃听者无法通过盲均衡算法解调,从而保证了信息的低截获概率.与经典的使用随机加权系数的方法相比,RAA方法具有功率利用率更高的特点.仿真结果表明,在总功率一定的情况下,RAA方法可以在期望用户处获得比已有方法低一个数量级的误码率,而窃听者始终无法正确解调.     

多输入多输出系统发射天线选择对系统信道容量的影响

针对多输入多输出(MIMO)系统信道矩阵秩亏引起信道容量下降的问题,基于信道容量上限提出了一种发射天线选择方法.该方法利用信道矩阵与发射空间相关矩阵秩相同的特点,重新构建了蕴含模型物理参数的信道模型.在对空间相关矩阵QR分解的基础上,采用随机矩阵理论推导了迫零接收机信噪比的概率密度函数,从而得到了MIMO系统信道容量的上限.该方法不需要已知信道的瞬时状态信息,只取决于衰落的空间相关,计算的复杂度较低,易于实现.仿真结果表明:在低散射环境中,适当地选择发射天线可以使系统的信道容量增加约1 b/s;当接收信噪比大于6.5 dB时,发射端采用均匀圆阵系统的性能要优于采用均匀线阵系统的性能.     

MIMO系统一种新的天线选择算法

在多径衰落环境中,MIMO 系统能够极大地提高无线通信系统的容量和可靠性,发射/接收天线选择方法能以很小的性能损失换取射频成本的大幅度降低,使 MIMO系统不完全受射频成本的限制.为快速选择出使系统容量最优的发射/接收天线子集,该文提出一种新的快速简单的天线选择算法.仿真结果表明,该算法降低了计算复杂度,在获得很高的系统容量的同时,大大降低了系统误码率.     

MIMO系统中基站天线递增选择算法

在散射体丰富的环境中,信道容量受终端移动的影响很大,为此提出一种基于动态的多入多出（MIMO）散射无线信道模型,分析了移动终端对该无线信道容量的影响,并讨论了在移动过程中进行天线选择为系统性能带来的提升。 仿真结果表明,信道容量随着天线单元间距的增大而增大,随散射信号扩展角度的变大而增加,移动环境下的信道容量要小于准静态环境下的信道容量,且动态天线选择能够有效提升系统容量。      

MIMO系统中改进的天线选择算法

递增和递减两种选择算法,可以极大降低MIMO系统中选择天线时的计算量,同时又可以使MIMO系统的容量达到最大.但在天线规模较大时,选择天线时的计算量仍较大,有必要作进一步的处理以降低选择时的计算量.文中提出了基于上述两种方法的改进算法,以低于2%的容量代价,降低多达20%～30%计算量.     

大规模MIMO多用户双向中继系统的物理层安全性能分析

对大规模多输入多输出(multiple input and multiple out,MIMO)多用户双向中继网络的物理层安全性能进行分析。系统模型中假设窃听节点可以获取第一跳用户发送信号和第二跳中继发送信号,分析大规模MIMO中继采用最大比合并和最大比传输信号处理时的系统保密速率,进一步推导出中继天线数趋于无穷时的系统渐近保密速率表达式,并进行仿真验证。理论分析和仿真结果显示,即使在不采用专门的物理层安全技术时,大规模MIMO双向中继系统也能获得可观的保密速率。证明即使当窃听节点具备多用户干扰消除能力时,通过设置合理的用户和中继发送信号功率,大规模MIMO双向中继系统仍然具有较好的物理层安全性能。     

发送天线选择对MIMO系统性能的影响

提出一种在接收端结合最大比合并的发送天线选择新算法。该算法中,发送端从N个可用天线中 选择信道增益最佳的L个天线,而接收端不进行天线选择并进行最大比合并。并对该算法在准静态瑞利衰 落信道的成对差错性能进行了深入地分析。理论分析和仿真试验证明了尽管发送端天线选择对MIMO系 统的分级阶数会造成一定程度的损伤,但同不进行天线选择（L;M）相比,应用该算法仍能获得较大的分 级增益,明显提高了相同频谱效率和相同分集阶数条件下空时码的性能。     

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.     

分布式MIMO系统天线选择对信道容量的影响

研究了分布式多输入多输出系统的信道容量,对信道非满秩情况进行讨论,分析了天线选择对于信道容量的影响。对信道容量的仿真表明：在分布式MIMO系统中对发射天线进行选择可以提高信道容量。同时选择天线可以减小系统的复杂度和硬件成本。     

MIMO系统中功率受限的天线选择算法

在已有的经典天线选择算法基础上,考虑实际系统中功率受限,基于凸优化理论提出了一种新的天线选择算法,该算法可提高功率受限条件下MIMO系统的容量。仿真结果表明该算法性能较以前算法有明显的提高。     

发送天线选择对MIMO系统性能的影响

提出一种在接收端结合最大比合并的发送天线选择新算法。该算法中，发送端从N个可用天线中选择信道增益最佳的L个天线，而接收端不进行天线选择并进行最大比合并。并对该算法在准静态瑞利衰落信道的成对差错性能进行了深入地分析。理论分析和仿真试验证明了尽管发送端天线选择对MIMO系统的分级阶数会造成一定程度的损伤，但同不进行天线选择(L；M)相比，应用该算法仍能获得较大的分级增益，明显提高了相同频谱效率和相同分集阶数条件下空时码的性能。     

发送端自组织活动天线MIMO系统的随机分析

为了精确估计无线多输入多输出系统(MIMO)的信道容量,提出了发送端活动天线是自组织广播模式的无线通信系统.在定义了一个等效同心圆区域(接收子空间)的基础上,应用复合随机过程数学模型来描述自组织广播式无线MIMO通信系统.同时把迫零方法(ZF)和信噪泄漏加噪声比标准方法相互结合起来,得到了最优波束形成矢量和信噪比的修正值,从而得到发送端自组织无线MIMO系统信道容量的精确描述.仿真结果证明,这样的结论是合理的.     

基于VMF分布模型的MIMO多天线系统性能研究

基于3维环境的空间统计信道,提出MIMO天线阵列下的VMF分布模型.研究MIMO多天线ULA,UYA和UCA在移动台和基站的拓扑结构,得到VMF(Von Mises Fisher)分布模型下ULA,UYA和UCA的空间衰落相关性(SFC)函数的表达式,比较不同天线阵列对平均仰角(MEOA)的灵敏度.研究表明,MIMO天线阵列的SFC由集中参数、平均方位角(MAOA)及平均仰角(MEOA)决定,该模型的信道性能结果与理论一致.     

基于统计信道模型的MIMO多天线系统性能研究

由于多径效应的存在,MIMO无线传输系统的性能很大程度上取决于衰落信号空间相关性.研究基于统计的传输信道模型,及在此模型下MIMO多天线系统的接收性能.在理想基站天线结构下,用户终端(UT)的波达信号方位功率谱(APS)模型可应用到Kronecker MIMO信道模型中.研究在Kronecker MIMO信道模型中方位功率谱对MIMO分集和多天线系统性能的影响.数值仿真结果表明:此统计信道模型下的参数估计符合理论和经验;提出的统计信道模型及分析法扩展了以前的MIMO信道模型建模,降低了计算和分析的复杂度.     

基于天线选择与协作通信联合的物理层安全增强方法

目前物理层安全研究大多假设用户是静止的,并未考虑其移动性对安全性能所造成的影响.为此提出一种联合天线选择(TAS)与协作通信(Cop)的物理层安全传输方法 TAS-Cop.首先,两个彼此相隔一定距离的基站都具有多根天线,利用天线选择技术,每个基站都选择能使合法接收用户信噪比最大的天线发送保密信息;其次,当用户在两个基站覆盖范围内移动时,彼此之间通过协作以寻求最佳的安全性能.在此基础上推导了瑞利衰落信道下的非零安全容量概率和容量中断概率的闭式表达,并设计了基站之间的最佳功率分配策略.仿真结果表明,与已有的TAS方法相比,TAS-Cop能更有效地满足当用户移动时的安全性能.     

基于MIMO天线多载波系统的最大容量及最优信道选择算法

为了实现多输入多输出（MIMO）系统的最优传输,在加性高斯白噪声信道下分析了MIMO天线的信道容量增益,选而提出在MIMO多载波系统中,对信道进行时-频-空三维划分的理论,并给出了时-频-空三维能量密度谱的概念,从而对能量和时-频资源进行约泉．在此基础上推导并得出了MIMO多载波系统在加性噪声下的最优能量分配准则和MIMO多载波系统的容量上限在最优能量注水解的指导下,对基于MIMO天线的正交频分复用（OFDM）系统进行最优信道选择,并与未经信道选择算法的系统在相同资源约束和信道环境下进行性能比较仿真结果表明,经过信道选择的系统能更有效地保证符号可靠传输,并且系统容量逼近提出的容量上限．