基于低分辨率模数转换的全双工大规模MIMO中继系统频谱效率分析

为了降低由于大规模基站天线阵列模数转换(analog-to-digital converters, ADCs)所造成的巨大硬件损耗,同时有效地提高系统的能量和频谱效率,基于迫零传输/迫零接收(zero-forcing transmitting/ zero-forcing receiving, ZFT/ZFR)预处理方案,文章提出了低分辨率模数转换的多用户全双工大规模多入多出(massive multiple-input multiple-output, massive MIMO)中继系统,基站采用放大转发(amplify-and-forward, AF)协议,并对系统频谱效率进行了分析。文章首先获得了任一用户对频谱效率的闭式表达式,然后分别对三种不同功率缩放方案下系统的频谱效率进行了渐近分析。研究结果表明,当基站天线数量足够大时,三种不同的功率缩放方案对系统的环路干扰和量化误差有不同的影响,且当信源功率固定、基站的传输功率与发送天线数量成反比时,系统能够有效地抑制系统的环路干扰和量化误差,这对低分辨率全双工massive MIMO 中继系统的部署具有一定的指导意义。      

三小区多用户MIMO系统中干扰对齐优化算法

针对三小区多用户MIMO干扰信道系统,通过一个启发性例子,联合设计发射预编码矩阵和接收赋形矩阵,给出基于特征向量闭式解的干扰对齐优化算法,相比已有干扰对齐算法,用户端可使用更少的天线资源获得相同的自由度性能,且只需本小区内用户协作共享信道信息;并归纳出普适场景下系统配置与可达自由度之间的关系：设定每个小区中的基站配置M根天线和K个用户,用户配置N根天线,各个基站对本小区中每个用户都发送d个数据流,当M=N≥2 Kd时,所提算法总共可获得3 Kd个自由度。所提算法可以完全消除小区间干扰和用户间干扰,相比传统的正交化干扰抑制算法,系统容量得到了明显地提升。     

多用户MIMO系统最优发送策略研究

研究一个收发双方都采用多天线的K用户MIMO系统的前向链路的几种最优发送策略.利用矢量广播信道和矢量多接入信道之间的对偶性交换两类信道的发送协方差矩阵以达到快速优化;分析了在各用户功率受限时总的信道容量最大的算法;研究在假定基站采用理想的线性多用户MMSE接收时的最优发送.在总功率受限时通过调整各用户的协方差矩阵实现平均标准MSE最优,采用自适应功率分配可以进一步优化MSE.分析最优化问题与KKT条件的关系,通过迭代计算单用户平均最小均方误差,利用内点法计算互协方差矩阵优化问题.     

TD-SCDMA的智能天线技术

智能天线的基本概念 智能天线是一种安装在基站现场的双向天线,通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性,并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。TD -SCDMA智能天线的高效率是基于上行链路和下行链路的无线路径的对称性(无线环境和传输条件相同)而获得的。此外,智能天线可减少小区间干扰也可减少小区内干扰。智能天线的这些特性可显著提高移动通信系统的频谱效率。 TD—SCDMA系统的智能天线是由8个天线单元的同心阵列组成的,直径为25cm。同     

基于天线选择技术的大规模下行MU-MIMO系统能效分析

为了提高大规模多用户多输入多输出(MU-MIMO)下行系统的能效,提出了一种基于发送天线选择技术的能效优化机制。首先建立了同时考虑发送功率与电路功耗的新的系统功耗模型,并基于该模型,分析了基站配置天线数目与所有接收终端用户数目对系统总功耗及能效的影响。然后通过理论推导得到了系统能效最优时的最优天线选择数目,并与使用全部天线时的系统能效进行比较。仿真结果表明,所提出的发送天线选择机制通过优化激活部分基站天线能够明显提高系统能效。在用户数为10、发送功率分别为40 W和10 W时,与使用全部天线相比,天线选择技术能够分别使得系统能效获得大约12%和78%的性能增益。     

FDD-CDMA的下行链路的波束形成

本文研究了在智能天线在ＦＤＤ－ＣＤＭＡ中的下行链路的应用，利用上行链路接收数据，估计了下行链路的信道相关矩阵和对其它小区用户的相对干扰总量，给出下行链路的波束形成方法，即在保证一定的有效发送功率的同时，使得对其他小区的用户干扰最小。计算机仿真表明：（在多小区蜂窝ＣＤＭＡ环境中，采用上述方法比仅保证用户方向的最大发送功率，有更小的中断率。     

FDD—CDMA的下行链路的波束形成

本文研究了在智能天线在ＦＤＤ－ＣＤＭＡ中的下行链路的应用，利用上行链路接收数据，估计了下行链路的信道相关矩阵和对其它小区用户的相对干扰总量，给出下行链路的波束形成方法，即在保证一定的有效发送功率的同时，使得对其他小区的用户干扰最小。计算机仿真表明：（在多小区蜂窝ＣＤＭＡ环境中，采用上述方法比仅保证用户方向的最大发送功率，有更小的中断率。     

多蜂窝上行链路通信系统性能分析

考虑存在来自其他蜂窝的不同功率同信道干扰的多用户上行链路,分析了多天线基站采用多用户调度和最大比合并接收时的系统性能。在期望信号和干扰信号分别经历Nakgami-m和Rayleigh衰落时,运用基于概率密度函数的性能分析法推导了系统中断概率的闭合表达式。仿真结论显示,系统中断概率的解析曲线与数值仿真结果一致,系统性能随着天线数和用户数的增大而提升,多天线和多用户分集增益明显,干扰功率有较大差异时系统中断概率性能有所下降。     

多用户JT MIMO系统下行联合功率分配算法

文中提出一种多用户MIMO下行联合发送（简称JTMIMO）技术中的功率分配算法。首先给出了多用户JT MIMO下行链路模型，并导出了下行信道干扰模型和有偏信道信息下的SINR公式。在此基础上，文中提出一种适用于多用户JTMIMO下行链路的联合功率分配算法，仿真验证表明：通过合理分配用户的发送功率，在满足每个用户信干比（SINR）的前提下，最小化总传榆能量具有较好的能量效率。     

基于混合精度模数转换器的大规模MIMO-OFDM系统性能分析

该文对在接收端使用混合精度的模数转换器且采用迫零接收算法的大规模MIMO-OFDM系统的上行链路的频谱效率和能量效率进行了研究。采用加性量化噪声模型来对系统的性能进行分析,推导出整个系统的频谱效率和能量效率的近似闭式表达式,并通过仿真证明了表达式的正确性。研究结果表明,系统的频谱效率和每个用户的发送功率,接收端天线数目和接收端量化精度有关。数值和仿真结果还表明可以通过增加基站端的天线数量来补偿由低精度模数转换器带来的性能损失。     

莱斯信道下分布式大规模MIMO系统基站选择算法的研究

该文考虑一种分布式大规模MIMO系统,假设基站端与用户之间的信道为莱斯信道,研究了该系统中基站选择的算法。首先给出了系统采用匹配滤波和迫零预编码时,用户下行可达速率的闭式表达式,并分析了系统的功率效率性能。然后基于此闭式表达式,以最大化系统的频谱效率为目标,提出了基于增量选择和基于用户优先级的基站选择算法。这两种算法只需要系统获取基站端与用户之间的信道统计特征信息,从而有效降低了系统开销。仿真结果表明,所提出的两种基站选择算法性能仍能逼近最优算法。特别地,当采用匹配滤波预编码且基站端天线数趋于无穷时,基于用户优先级的基站选择算法优于基于增量选择的算法。     

大规模MIMO OFDMA下行系统能效资源分配算法

针对大规模多输入多输出（MIMO）正交频分多址(OFDMA)下行移动通信系统,提出了一种基于能效最优的资源分配算法。所提算法在采用迫零(ZF)预编码的情况下,以最大化系统能效的下界为准则,同时考虑每个用户的最低速率要求,通过调整带宽分配、功率分配和基站天线数分配来优化能效函数。首先根据优化条件提出了一种迭代算法确定每个用户的带宽分配,然后利用分数规划的性质并采用凸优化方法,通过联合调整基站端的发射天线数和用户的发射功率来优化能效函数。仿真结果表明,所提算法在较少迭代次数的同时能够取得较好的系统能效性能和吞吐量性能。     

一种基于特定干扰图样的下行多用户MIMO预编码方法

本文在研究线性迫零类下行多用户MIMO预编码方法的基础上,提出了一种适用于单天线用户的预编码矩阵生成方法.利用信道补矩阵的奇异值分解,可以将下行多用户MIMO信道分解为多个带有基于干扰图样产生的多用户干扰的并行单用户信道.同时本文给出了一种特殊的干扰图样以及相应的显式参数优化方法,包括波束成型和功率分配.通过计算机仿真,重点在4天线场景下分析了该预编码器的系统性能.结果显示,相对于线性迫零类算法,本文提出的预编码方法可以有效的提高系统性能.在Pout等于0.1时,相对于单天线的BD方法,PBIF-Rp将损耗信道容量提高了超过45%,而PBIF-Op提高了100%以上.仿真结果和分析都证明了本方法的进一步研究的潜力.     

Massive MIMO异构网的高能效资源分配

为满足第五代移动通信系统高频谱效率和高能量效率的需求,提出一种工作在不同频段下行两层异构网中的高能量效率资源分配方法,考虑用户数据率需求和基站最大发射功率。天线和传输带宽是影响系统能量效率的关键因素。通过研究宏基站和小基站的天线资源和带宽分配发现:当系统天线数很大时,发射功耗的影响可以忽略不计;给定带宽分配因子时,达到宏基站或微基站最大发射功率的天线分配因子几乎可以达到最高能效;给定天线分配因子时,系统平均总功耗是关于带宽分配因子的下凸函数,存在全局最优带宽分配因子使能效最高。仿真结果表明,与给定带宽和天线资源的异构网和小小区网络相比,所提出的异构网可以显著提高系统能量效率,而且在大量用户、高数据率需求时能效提升更明显。      

Spectral efficiency of distributed antenna system with random antenna layout

The downlink capacity potential of a distributed antenna system (DAS) with random antenna layout is investigated. A low complexity sub-optimal power allocation scheme among transmit antennas is proposed. Simulation results show that with the same antenna density DAS outperforms a co-located antenna system (CAS) in terms of average and outage spectral efficiency.     

使用对偶分解的MU-CoMP-JT联合资源分配

在MU-Co MP-JT(Multi-User Coordinated Multiple-Points Joint Transmission)联合资源分配问题中,传统的迫零预编码矩阵会使得每根天线发送功率互不相同,当Co MP节点发射功率仅满足总功率约束时性能损失不明显,而当Co MP节点分布在不同的地理位置时将受到单节点功率约束,这势必会降低系统功率利用率。为了进一步提升系统吞吐量,基于对偶分解理论提出了一种联合预编码优化的资源分配算法。该算法以最大化用户权重速率为目标,将原优化问题分解成若干个优化的子问题,不同子问题对应不同接收天线数的联合优化问题。当子信道的发送天线数大于接收天线数时,通过多次迭代计算得到预编码矩阵,并且预编码矩阵会随着拉格朗日因子的变化而变化。仿真结果表明所提联合预编码优化的联合资源分配算法能够明显提升系统吞吐量,且提高天线功率利用效率。     

3D MIMO在无线携能通信系统中的应用和优化设计

为了提高无线携能通信(SWIPT)的效率,在基站采用3维(3D)定向天线,通过动态调整天线下倾角,来开发垂直维度,从而增强SWIPT中能量和信息的传输效率。该文研究单小区多输入多输出(MIMO)SWIPT系统,基站和用户分别使用迫零(ZF)预编码和功率划分(PS)技术。构建以最小化发送功率为目标的优化问题,在信噪比(SNR)和获取功率的约束下,联合优化了天线下倾角,PS比和分配的功率。最佳PS比和最优功率分配以闭合表达式给出。仿真表明,所得到的优化解的性能优于具有可调下倾角的常规MIMO系统和不考虑垂直维度的2维(2D)方案。     

Spectral efficiency evaluation of full‐duplex mode of communications based on SLNR approach

Full‐duplex (FD) mode of communication with efficient transmission scheme is a promising approach for 5G wireless systems by improving the spectral efficiency. This can be attained by making use of various precoding approaches. We propose a new co‐channel interference (CCI)‐aware improvement to signal‐to‐leakage‐and‐noise ratio (SLNR) technique and a suppression filter at the receiver to whiten the interference for the downlink channel. As well, for the uplink (UL) communication, we propose a self‐interference (SI)‐aware enhancement to SLNR scheme and designing a precoder using self‐interference plus noise covariance matrix. The total spectral efficiency is obtained from the sum‐rates of both downlink and uplink communication systems. Simulation results verify that the spectral efficiency (SE) of FD using the proposed scheme performs well relative to the half‐duplex system for all Rician factor and for small powers at the base station (BS) and UL communication channel users. Moreover, as the number of users grows, which entails that as the number of receiving antennas greater than the number of antennas at the BS the SLNR scheme still works, nonetheless, zero‐forcing (ZF) and block‐diagonalization (BD) precoding schemes failed. This is due to the fact that designing a precoder based on SLNR scheme supports multiple numbers of antennas at the base station and users compared with ZF and BD by compromising the interference and noise. However, for the cases of ZF and BD approaches failed due to both schemes require the number of transmit antennas at the BS to be larger than the sum of the receiving antennas at all users.     

Toward the Energy Efficiency of Resource Allocation Algorithms for OFDMA Downlink MIMO Systems

The problem of the simultaneous multi-user resource allocation algorithm in orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) based systems has recently attracted significant interest. However, most studies focus on maximizing the system throughput and spectral efficiency. As the green radio is essential in 5G and future networks, the energy efficiency becomes the major concern. In this paper, we develop four resource allocation schemes in the downlink OFDMA network and the main focus is on analyzing the energy efficiency of these schemes. Specifically, we employ the advanced multi-antenna technology in a multiple input-multiple output (MIMO) system. The first scheme is based on transmit spatial diversity (TSD), in which the vector channel with the highest gain between the base station (BTS) and specific antenna at the remote terminal (RT) is chosen for transmission. The second scheme further employs spatial multiplexing on the MIMO system to enhance the throughput. The space-division multiple-access (SDMA) scheme assigns single subcarrier simultaneously to RTs with pairwise “nearly orthogonal” spatial signatures. In the fourth scheme, we propose to design the transmit beamformers based on the zero-forcing (ZF) criterion such that the multi-user interference (MUI) is completely removed. We analyze the tradeoff between the throughput and power consumption and compare the performance of these schemes in terms of the energy efficiency.