基于容量最大化的非迭代干扰对齐优化算法

现有分布式迭代干扰对齐算法没有考虑基站与用户终端处理能力的差异,使得基站和用户端都具有较高的计算复杂度和系统开销。针对下行链路和上行链路分别提出一种基于容量最大化准则的非迭代干扰对齐优化算法。所提算法在基站端使用基于容量最大化准则的优化方法求解发送预编码矩阵或接收抑制矩阵,在用户端使用迫零准则生成接收抑制矩阵或随机生成发送预编码矩阵。分析和仿真结果表明,所提的2种算法基站端的计算复杂度和系统开销与现有算法相当,但用户端的计算复杂度和系统开销大大降低,并且可以获得与最大信干噪比(Max-SINR)算法相当的系统性能。     

基于修正牛顿法的大规模MIMO低复杂度混合预编码算法

针对大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）系统，提出了一种基于修正牛顿（modified Newton,MN）法的相位跟踪算法，有效地解决了传统高性能混合预编码方案中的高计算复杂度问题。该算法从子维度向量恢复的角度优化模拟预编码矩阵。在每个子维度优化中，采用相位跟踪方法将模拟预编码向量的恢复转化为无约束的非线性优化问题，并利用MN法进行求解。同时，应用Gerschgorin’s Disk定理和Hermitian矩阵分块求逆引理，分别降低了MN法中计算修正因子以及Hessian矩阵求逆的计算复杂度。实验结果表明，与仿真中几种传统的高性能混合预编码方案相比，所提算法具有更高的频谱效率和更低的计算复杂度。     

两跳中继分布式预编码码字选择方案

针对两跳分布式预编码MIMO中继系统,为了克服码字选择复杂度较高的缺点,提出一种基于单跳信道右奇异特征向量反馈的最小距离准则码本选择策略。首先给出基于均方误差矩阵的两跳分布式预编码设计方法,选取单跳信道右奇异特征向量作为反馈量,利用RVQ码本对其量化,最后采用最小距离准则对码字进行选择。仿真结果表明,在反馈比特数目相同的情况下,得到的系统BER性能与现有算法相近,但系统的和速率性能优于已有算法,且计算复杂度降低大约一半。     

基于两阶段的毫米波大规模MIMO低复杂度混合预编码算法

针对现有基于矩阵分解的混合预编码算法信道容量有损和算法复杂度高的问题,本文提出了一种基于两阶段的低复杂度混合预编码算法.该算法分为获取最优全数字预编码器和求解混合预编码器两部分.首先,本文联合奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)与注水算法以容量无损的要求设计最优全数字预编码矩阵.其次,为了降低搜索超完备矩阵列的复杂度,提出两阶段混合预编码(Two?Stage Hybrid Precoding,TS?HP)算法求解混合预编码矩阵.第一阶段,根据天线阵列响应矩阵的相关性获取模拟预编码矩阵备选集;第二阶段,利用贪婪搜索对备选集进行搜索构建混合预编码矩阵.仿真结果表明,所提算法能够有效改善系统性能,降低复杂度.     

一种OFDM系统利用预编码进行峰均比降低的算法

为了降低OFDM系统峰均比,本文提出了一种低复杂度的预编码方案.该方案利用快速傅立叶变换取代原始方案中的乘法操作,极大地降低了计算复杂度.在此低复杂度方案的基础上,给出了一个基于通用平方根升余弦的预编码矩阵.理论分析和计算机仿真结果表明,与原始预编码算法相比,本文提出的方案具有更好的峰均比降低性能,同时计算复杂度有极大的降低.     

适用于大规模MIMO系统的低复杂度RZF-SOR预编码算法

在大规模多输入多输出(MIMO)系统中,为了降低传统预编码算法的复杂度,在原有正则化迫零(RZF)预编码算法的基础上,提出用超松驰迭代(SOR)法代替矩阵求逆的高复杂度运算,得到一种改进算法RZF-SOR,并应用随机矩阵原理得出其最优相关参数的近似表达式和取值的必要条件.实验仿真表明,提出的RZF-SOR预编码算法与RZF预编码相比有效地降低了一个数量级的复杂度,在很小的迭代次数下达到接近于RZF预编码的误码率性能,并且优于基于Neumann级数预编码算法的误码率性能.     

一种有限字符输入的线性预编码设计算法

针对有限字符输入下多输入多输出(MIMO)信道的互信息最大化问题,该文提出一种复杂度低的线性预编码算法。该算法根据水银/注水理论,融合基于均匀旋转的空时-线性星座预编码(Space-Time Linear Constellation Precoding,ST-LCP)矩阵的预编码方法和最大化最小输出向量信号间距的方法,从两者中选择互信息更高者用于预编码。然后,在基于均匀旋转的ST-LCP矩阵的预编码方法中,把MIMO信道的奇异值矩阵作为功率分配矩阵,并提出局部搜索和矩阵加幂两种改进措施。最后,利用有限字符集的对称性,进一步降低了互信息的计算复杂度。该算法在各种信道和信噪比条件下均能逼近互信息的理论最大值,并且减少甚至避免了搜索,计算复杂度大大下降。仿真结果验证了该算法的有效性。     

大规模MIMO系统中低复杂度的预编码改进算法

针对大规模MIMO系统中线性预编码包含复杂的大维矩阵求逆运算,从而产生较大系统开销这一问题,提出了一种低复杂度的基于区域选择初始解的RZF-GS预编码算法.该算法是在RZF预编码的基础上,用Gauss-Seidel迭代算法代替矩阵的求逆运算,并将通常的零初始解向量优化为基于区域选择初始解的向量.实验结果表明,该算法使系统整体的复杂度降低一个数量级,同时,与Neumann级数预编码和零初始解的RZF-GS预编码相比,该算法均明显加快了其收敛速率,用较少的迭代次数就能逼近经典RZF预编码的最优误码率性能.     

毫米波大规模MIMO系统中低复杂度混合预编码方法

针对毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统混合预编码方案设计的难点,提出了一种低复杂度混合预编码方法。首先基于奇异值分解,构造初始射频(RF)预编码矩阵,然后构造数字预编码矩阵。进而将残差矩阵最大左奇异矢量构造的矢量添加到RF矩阵的最后一列,以更新初始RF矩阵。经过多次迭代,从而形成最终RF预编码矩阵。最后基于最小二乘准则设计数字预编码矩阵。理论分析和仿真结果表明,相比于基于正交匹配追踪(OMP)算法的混合预编码设计方法,该方法在计算复杂度大幅下降的同时,其性能远远优于基于OMP算法的混合预编码方法,同时在数据流数相对较小时,其性能接近最优的全数字预编码设计方法。     

协作通信中一种分布式酉空时码

提出了一种基于三角函数酉星座的分布式酉空时码,主要介绍了编码矩阵结构及其低复杂度的译码算法。根据仿真结果可知:提出的酉空时性能差于正交设计、系统设计和循环酉群码的性能,但从译码复杂度看,所提出的译码算法计算复杂度相比其他3种简单很多,具有很大的优势。并且还证明了同样的码字采用最大似然译码算法与所提出的低复杂度算法性能相近,但是计算复杂度相差较大。总的来说,所提出的编码矩阵结构简单,易于构造,且具有较低的译码复杂度。     

RIS辅助去蜂窝大规模MIMO系统低复杂度预编码算法设计

构思了一种智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助去蜂窝大规模多输入多输出(Cell-free Massive Multiple-Input Multiple-Output, CF mMIMO)通信系统,提出了一种低复杂度预编码和RIS反射相位交替优化(Alternating Optimization, AO)算法。对于传统正则化迫零(Regularized Zero Forcing, RZF)预编码算法复杂度过高的问题,利用共轭梯度(Conjugate Gradients, CG)法,提出一种低复杂度的RZF-CG预编码算法,将RZF预编码的逆矩阵转换为线性方程组最小化问题,推导算法的残差以更新搜索方向,迭代求解逆矩阵。以最大化系统用户的总频谱效率为目标,推导了RIS相位闭合表达式,基于统计的信道状态信息提出一种低复杂度的投影梯度上升(Projected Gradient Ascent, PGA)算法。仿真结果表明,所提的AO算法能有效地提升系统性能,算法复杂度降低了约73.2%。     

双向中继系统用户联合预编码与检测算法研究

双向中继协同通信系统的两用户节点通过中继节点相互交换信息,显示了其在频谱效率上的优势。在系统装备多天线的情况下,为进一步改善误比特率性能,论文提出一种基于格规约算法的用户联合预编码与检测算法。该算法通过一次复数域格规约处理来提高信道增益矩阵的正交性,预编码和检测算法联合应用处理后的矩阵,中继节点仅需要对接收信号进行求模运算和放大转发,算法的复杂度主要集中在两用户节点上。仿真结果显示:相比于传统的预编码和检测算法,用户联合预编码与检测算法在计算复杂度仅增加了对信道增益矩阵一次格规约计算的前提下,可显著降低系统的误比特率,提高分集增益,具有工程实用价值。     

大规模MIMO系统中基于权重二对角迭代的低复杂度预编码

大规模MIMO系统中由于系统下行链路的迫零（zero forcing,ZF）预编码中存在大矩阵求逆运算,随着用户数与天线数的增加,其复杂度随之增加。为了降低复杂度,提出了一种基于雅克比（Jacobi）迭代算法的改进预编码算法,用下二对角矩阵作为迭代矩阵,并且将迭代结果与上一步迭代结果进行权重相加来加速迭代。根据大规模MIMO系统信道矩阵的对角占优特性,将矩阵求逆的诺依曼近似的第一项作为迭代的初始值进一步加速迭代。相比于传统迫零预编码方案,提出的方案可以降低一个量级的算法复杂度,并且保证了预编码方案的性能。     

毫米波MIMO系统中基于正交码本的模数混合预编码算法

由于毫米波混频器件的高成本和高功耗,传统MIMO系统的数字预编码技术面临硬件复杂度过高的缺点,因而模数混合预编码吸引了学术界和工业界的广泛关注.基于此,提出了一种基于正交码本的模数混合预编码算法,该算法利用模拟波束成形码本的正交性,并行地设计各个射频链路的波束成形向量,显著降低了传统混合预编码设计中正交匹配追踪算法的计算复杂度,从而降低了硬件实现的复杂度.     

多小区MIMO系统中基于泄漏的多用户下行链路预编码新算法

针对多小区MIMO系统的多用户下行链路预编码设计是未来移动通信系统研究的重要内容之一。本文在蜂窝多小区MIMO通信环境下,基于信漏噪声比(Signal-to-Leakage-Noise Ratio,SLNR)最大准则,提出了改进的多用户下行链路线性预编码算法。通过在优化目标中考虑接收端白化滤波器的影响,该预编码算法实现了对用户间干扰和小区间干扰(OCI)的同步抑制消除;在求解预编码矩阵优化问题时,本文基于QR分解提出了一种新的低复杂度求解算法,该算法能以较低的计算复杂度实现系统性能的有效提升。仿真实验结果表明,本文的改进SLNR线性预编码算法能有效抑制小区间干扰(OCI)的影响,使多小区MIMO系统获得更高的和速率(Sum Rate)容量。      

毫米波大规模MIMO系统中基于智能搜索的混合预编码算法

为解决传统全连接结构毫米波大规模MIMO系统高硬件成本和实现难度大的问题,本文提出了一种基于智能搜索的部分连接结构混合预编码算法。该算法在基站端采用经典的迫零数字预编码,在模拟预编码部分单独设计模拟预编码矩阵,避免了数字、模拟预编码矩阵联合设计的高复杂度,并利用模拟预编码矩阵的块对角化特性,将其设计问题转化为最优化问题,采用SBO（satin bowerbird optimization）优化算法解决此问题。针对原始SBO算法易陷入局部最优的缺点,提出了一种基于动态突变概率的DSBO（satin bowerbird optimization based on dynamic mutation probability）算法。针对移相器分辨率有限的情况,改进了DSBO算法,使之能解决此离散优化问题。仿真结果表明,与其他现有算法相比,提出的算法具有更高的系统容量和更低的误码率,且能处理移相器分辨率有限的情况。      

一种基于子空间跟踪的认知MIMO预编码算法

针对多用户认知MIMO下行系统,提出一种适用于慢衰落信道环境的预编码算法。该算法基于子空间跟踪思想,利用信道时域相关性,通过递推方式自适应更新预编码矩阵来跟踪和适应慢衰落信道环境的变化。分别从算法收敛速度、收敛精度、跟踪性能以及计算复杂度四个方面进行了理论推导和仿真分析。结果表明,所提算法可以有效的跟踪信道环境的动态变化,与传统算法相比,在保证系统性能的同时显著降低了处理复杂度。     

一种多输入多输出系统中有限反馈预编码的自适应跟踪测度

该文提出一种新的适用于无线相关信道中有限反馈预编码多输入多输出系统的预编码矩阵自适应跟踪测度。由于该测度在统计意义下对信道的相关性与预编码矩阵变化的关系具有更优化的描述,所以基于该测度的方案在保持较低反馈信息量的前提下,能够进一步改善预编码系统性能。文中给出优化自适应跟踪测度的理论推导。系统仿真分别针对无线信道的频域相关和时域相关,并结合空间分集和空间复用两类系统结构予以讨论,并验证了理论分析结果。另外,由于该测度方案算法复杂度更低,所以更具工程实用价值。     

基于码率预分配的JPEG2000自适应率控制算法

该文提出一种基于码率预分配和反馈控制的自适应率控制算法。算法引入了预测模板,对图像小波变换和量化后EBCOT编码码块的有效比特平面进行独立的熵估计,并以码块估计熵总和指导码率预分配,同时T2编码器由预分配编码比特率自适应地反馈控制编码深度、完成优化截取。实验结果表明,该算法码率分配精确,并有效地减少了编码器计算量和存储量,提高了编码效率,算法复杂度低,易于硬件实现。     

基于门限控制的新型矢量扰动预编码方法

以下行多用户多输入单输出系统为例,分析了在发送端采用矢量扰动预编码时,信道矩阵的条件数大小对算法复杂度及其系统性能的影响。通过蒙特卡洛仿真发现,当信道矩阵的条件数较小时,硬性采用矢量扰动预编码所寻找出来的扰动矢量大多是零矢量,此时不恰当的扰动甚至可能增大信号发送功率,导致不必要的浪费。当信道矩阵的条件数较大时,采用格基约缩的方法可以降低搜索扰动矢量的复杂度。在此基础上,提出了一种基于门限控制的新型矢量扰动预编码方法,该方法相对于传统的完全不考虑信道特性的矢量扰动预编码,可以极小的性能损失换取计算复杂度的显著降低。