窄带波束信道MIMO系统的容量分析

最近的研究表明,多输入多输出(MIMO)技术在不增加功率和带宽消耗的情况下具有大幅提高无线通信速率的潜力.在传统的MIMO系统(称为天线信道MIMO系统)中,多个接收天线的输出被直接选作多输出信号.提出了波束信道MIMO系统的结构.在波束信道MIMO系统中,多个波束的输出被选作多输出信号.基于阵列方向响应矢量,提出了窄带MIMO信道冲激响应矩阵的仿真算法.基于提出的信道冲激响应矩阵算法,给出了天线信道MIMO系统和波束信道MIMO系统容量极限的分析算法.理论分析和仿真结果都表明:波束信道能够提高信噪比(SNR),降低信道间的互相关性,因此波束信道MIMO系统比天线信道MIMO系统具有更大的容量极限.     

频率选择性信道下的MIMO收发机联合设计

研究了频率选择性信道下非块传输多天线系统的线性空间收发机联合设计问题,提出了基于最小均方误差准则(MMSE)的联合最优收发算法.为了避免MMSE算法所需要的收发机迭代计算,还给定MMSE接收机、提出了一种低复杂度的串行搜索迫零(ZF-SS)发射预编码,它能够采用多天线提供的空间资源减小或消除多径信道带来的符号间干扰.仿真分析表明,MMSE算法和ZF-SS算法在高信噪比下的性能明显优于现有的基于特征值的波束形成算法.     

空时块码与波束形成结合方案及性能分析

Alamouti空时块码与波束形成相结合的方案只使用了两个功率均分的波束,在很多情况下并非最优。该文提出了新的空时块码与波束形成相结合的方案,新方案能够根据信道互相关矩阵的特征值,展开不超过发射端天线数量的波束,在满足空时块码发射天线数量等于波束数量的条件下,与任意码率空时块码结合。该文还利用Gauss-Chebyshev积分对线性调制下新方案的误符号率进行了性能分析,得出了简单的数值计算表达式。新方案由于同时获得了分集增益和波束形成增益,显著提高了系统的性能。     

不理想的信道互易性对波束成形技术的影响…

在无线通信系统中,基站可以根据信道互易性使用波束成形(Beam Forming)技术提升系统性能。信道互易性的准确程度对性能是有影响的,因此需要对其分析以指导系统设计。对长期演进(LTE)系统的互易性进行建模,指出了终端发送天线和接收天线数目的不对称性,以及基站信道估计的误差对信道互易性的影响。通过数值仿真验证了不理想的信道互易性使波束成形性能受到损失,并为系统改进提出思路。其结论容易推广到其他应用波束成形的无线通信系统。     

地空信道传输特性与技术分析

从地空通信的原理出发,分析了地空通信的通信覆盖能力与空中平台升空高度以及天线仰角的关系,给出了地面反射二径模型,分析了地空信道的衰落特性、误码性能以及在分集接收条件下的误码性能改善,并进行了相应的仿真,给出了相应的仿真结果。仿真结果表明地空通信信道的衰落十分明显,对信息传输性能造成不可忽视的影响,并且在低莱斯因子条件下,采用分集接收技术可有效对抗信道衰落,且对传输误码性能有明显改善,这些结论对今后的工程设计与实现提供重要参考和指导。     

一种压缩感知信道估计中降低信道稀疏度的算法

针对基于压缩感知的稀疏多径信道估计,提出了一种利用智能天线波束赋形改造多径信道,从而改选信道稀疏度的方法。与MIMO系统压缩感知相比,在利用OMP重构算法、获得同样估计性能的前提下,需要的导频数大大减少,这样就可以节省更大的空间来传送用户数据,提高了系统的吞吐量。仿真结果也证实了本文提出方法的优越性。     

毫米波超大规模MIMO信道估计算法研究

超大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)凭借可靠性强、鲁棒性好、频谱利用率和传输容量高等优势成为6G系统研究的热点之一。就毫米波(millimeter Wave, mmWave)大规模MIMO的信道估计技术展开研究，并对其简要分类。介绍了经典的信道估计算法如最小二乘、最小均方误差算法，论述了基于压缩感知的信道估计算法，基于波束训练以及深度学习的信道估计算法；并且通过仿真实验验证了路径数目和天线数目对OMP算法和ADMM算法NMSE性能的影响；对信道估计技术的未来做出展望，包括高移动性应用场景、普适性的深度学习算法、与智能反射表面结合、与非正交多址接入结合等。     

6G超大规模天线信道波束域传播特性分析

为了探明6G超大规模天线信道在波束域的信道传播特性,重点开展了无线信道测量实验与测量数据分析.首先,在典型城市场景下,开展了sub-6 GHz频段配置超大规模均匀线阵的视距(light-of-sight, LoS)和非视距(non-LoS, NLoS)信道测量实验;其次,划分若干子阵列,并分别使用高分辨率参数提取算法估计多径幅度、时延和角度;然后,根据不同的子阵列角度分辨率构建虚拟波束,将对应不同虚拟波束角度的多径进行分组及叠加.通过比较不同子阵列在相同角度对应的虚拟波束系数,发现传统天线域的空间非平稳特性在波束域表现不明显.通过分析不同虚拟波束的信道系数,可观察到波束域稀疏特性,并且LoS场景的稀疏特性更加明显.针对不同场景下各虚拟波束的多径数目、功率和均方根时延扩展进行拟合分析,可知分别服从高斯分布、高斯分布、均匀分布.此外,分析发现LoS场景下虚拟波束间相关性较低,而NLoS场景下虚拟波束间相关性随波束分辨率提高而增大.     

多径信道下MIMO系统发送天线数估计

为了解决认知无线电或信号截获中多径信道下MIMO系统发送天线数估计问题,首先分析了现有模型在多径信道下失效的原因,将MIMO多径信道模型等效变换出一种虚拟信道矩阵,从而建立多径信道下MIMO系统发送天线数估计模型;然后,利用随机矩阵理论中协方差矩阵最小特征值分布的相关研究结果,证明了时不变瑞利信道的协方差矩阵最小特征值收敛于第二类Tracy-Widom分布,分析了该特点对发送天线数估计的影响,并提出一种改进的RMT估计算法来估计多径信道下MIMO系统发送天线数.最后对改进算法进行了仿真验证,结果表明在低信噪比和小数据条件下,改进算法的估计性能相比RMT算法有较大提升.     

八天线TD-LTE系统的波束赋形算法分析

多天线是天线技术的发展趋势,TD-LTE引入了8发2收的天线配置.基于小间距多天线阵列,利用TDD系统信道互易性,波束赋形技术可以根据上行导频获得信道信息,形成对基带(中频)信号的最佳组合或者分配,补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真,同时降低同信道用户间的干扰.EBB(Eigen-based Beamforming)算法是波束赋形主要算法之一,该算法中在整个波束空间中,找到使接收信号功率最大的赋形权矢量.通过仿真,对EBB算法在各种应用场景下的性能进行了分析,结果表明八天线EBB波束赋形算法可以正确实现波束合成,在低速或上行信道信息估计误差较小情况下能够明显提高系统性能.     

联合波束域分解和SVD的多用户大规模MIMO系统信道估计

针对TDD(Time Division Duplex)模式下的多用户大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统,本文研究了将波束域分解和SVD(Singular Value Decomposition)同时用于该系统的信道估计。当基站天线数目较多时,信道估计误差、导频开销、信道估计算法的复杂度等问题将成为影响大规模MIMO系统性能的关键因素。运用波束域分解理论,将多用户的大规模MIMO系统分解成多个单用户的大规模MIMO系统,同时从波束域对信道建模,该方法降低导频开销的同时也减小了信道估计误差。另外运用SVD对信道自相关矩阵优化,可以进一步降低信道估计算法的复杂度。基于以上两点,本文提出了一种联合波束域分解和SVD的大规模MIMO信道估计方案,并推导出了估计误差协方差矩阵的闭式表达式。仿真结果表明,与同类方案相比,本文提出的方案具有更好的信道估计性能。      

一种空间相关MIMO信道下的空时预编码方案

在实际的多输入多输出（MIMO：Muhiple Input Multiple Output）移动通信系统中，信道的空间相关性通常会使得现有的空时编码方案难以获得最佳的误码性能。为了解决该问题，本文提出了一种适用于MIMO空间相关信道的空时预编码方案。该方案在完成对发射信号的空时编码后，针对发射天线的空间相关矩阵设计了合理的预编码矩阵，进而能够在保证分集增益的前提下克服相关信道的不利影响。仿真结果证实，该方案能够在一定程度上有效提高整个系统的误码性能。     

混合衰落信道下存在反馈时延的多天线中继性能分析

研究了混合Rayleigh-Rician衰落信道下,存在反馈时延的多天线双跳放大转发(AF)中继系统的性能.首先,基于反馈时延波束成形(BF)模型得到混合衰落信道下中继系统的输出等效信噪比(SNR).然后,利用无穷级数展开推导出输出信噪比中断概率(OP)和概率密度函数(PDF)的解析表达式,并进一步得到中继系统遍历容量和平均误符号率(ASER)的理论计算公式.最后,计算机仿真验证了所提出的性能分析方法的正确性,并定量分析了天线数量、反馈时延和信道参数对系统性能的影响.     

混合衰落信道下存在反馈时延的多天线中继性能分析

研究了混合Rayleigh-Rician衰落信道下,存在反馈时延的多天线双跳放大转发（AF）中继系统的性能.首先,基于反馈时延波束成形（BF）模型得到混合衰落信道下中继系统的输出等效信噪比（SNR）.然后,利用无穷级数展开推导出输出信噪比中断概率（OP）和概率密度函数（PDF）的解析表达式,并进一步得到中继系统遍历容量和平均误符号率（ASER）的理论计算公式.最后,计算机仿真验证了所提出的性能分析方法的正确性,并定量分析了天线数量、反馈时延和信道参数对系统性能的影响.     

MIMO-OFDM广义空间信道频率响应间的相关性分析

多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)技术被普遍认为是宽带无线通信的一种最具前景的技术。以往的研究重点放在如何利用收发天线间的多路空间信道,该文首次提出混合天线信道与波束信道的广义空间信道这一新概念。在不增加天线数目的前提下,广义空间信道能够增加空间信道的数量。当独立多径数远大于阵元数时,广义空间信道频率响应间的相关性较小,因此能够使空频码(SFC)的分集、编码及复用增益得到提高,从而提高MIMO-OFDM系统的性能。     

无线通信系统的MIMO信道测量与建模

在多径信道中,使用多天线的M IMO(多输入多输出)无线系统能够比单天线系统提供更高的信道容量,而信道测量与建模是决定通信性能的一个重要因素。文中对目前国际范围内现有的M IMO信道测量和建模进行了研究,并进行了归纳和分类,同时分析了M IMO信道测量和建模的方法,指出了目前信道测量和建模中存在的问题,并给出了一些针对M IMO信道测量系统设计的建议。     

一种新的MIMO信道模型

实际无线通信环境中发送天线之间以及接收天线之间存在相关性.针对以上特点,从多径MIMO信道的特性出发,首先建立发射天线相关系数矩阵和接收天线相关系数矩阵,并将它们引入无线信道的莱斯MIMO信道模型中.最后通过分析LOS MIMO信道相关模型和瑞利衰落MIMO信道相关模型,给出了具体的建模步骤.仿真结果表明采用本文方法产生的信道模型的MIMO系统误码率更低,从而验证了该信道模型能够较好地模拟MIMO系统的空间信道.     

随机波束研究超宽带室内多径信道特性

从随机桥过程出发引入随机波束概念,使用随机波束研究超宽带（UWB）室内多径信道的传播特性.将UWB信号多径传播轨迹视作随机过程的样本,得到建模多径信道传播特性的随机波束.使用随机波束构建UWB信道的多径传播模型,并给出使用随机波束方法分析UWB室内多径信道特性的算法.使用该信道模型对实际传播环境进行仿真分析,并与其它建模UWB多径信道的方法进行了比较.仿真得到的UWB信道的功率延迟分布特性与实验测量的结果非常一致,证明此方法的有效性.     

基于元学习的MIMO系统半盲信道估计

大规模多天线系统将是6G关键技术之一，但随着天线数量的增加，用于信道估计的导频开销越来越大，严重制约系统性能的提升。半盲信道估计算法通过对解调或译码后的数据进行重构，并将其用作扩展导频来提升信道估计的精度，是降低导频开销的有效手段。但是，解调或译码数据通常会有一定概率的误码，因此带来误差传播，从而制约了半盲信道估计算法的性能。提出了通过元权重网络对解调后数据进行赋权和筛选，仅将置信度高的解调数据用作扩展导频，有效解决系统导频不足的问题，提升系统性能。仿真表明，该方法在不增加系统导频的条件下，可以显著提升信道估计的精度，提升系统性能。     

有信道估计误差MIMO MRC系统性能研究

利用维希特随机矩阵理论和矩生成函数方法,推导了有信道估计误差的独立瑞利衰落信道上采用多输入多输出（MIMO）最大比合并（MRC）天线分集方案的矩形M进制正交幅度调制（MQAM）的平均误符号率（SER）解析表达式。数值计算结果阐明了信道估计误差和收发天线数对矩形MQAM调制MIMO MRC系统误码性能的影响。