LTE系统中基于压缩感知的信道反馈方案研究

针对基于完全信道状态信息预编码的长期演进(LTE)多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)系统面临反馈开销很大的问题,提出了基于压缩感知的反馈方案,该方案利用压缩感知技术在接收端对信道估计得到的信道信息进行观测,并将观测值反馈到发送端,在发送端通过梯度投影算法重构信道状态信息。通过仿真证明,该反馈方案在大幅减小反馈开销的同时达到了与完全信道状态信息反馈时非常接近的性能。     

基于信道反馈的MIMO-OFDM系统多用户分集研究

利用包含信道质量的反馈信息,多用户分集能显著提高无线通信系统的性能。然而,在多载波多天线(MIMO-OFDM)的架构下, 反馈所有用户的所有信道质量信息(CQI)将占据大量的无线资源,从而降低了频谱效率,因此各种有限信道反馈算法被提出来减少系统的反馈开销。该文主要研究了基于两种典型的有限信道反馈的多用户分集增益,并与理想反馈进行了对比。系统平均频谱效率数学表达式的推导考虑了可选调制方式有限的特性,更符合实际。仿真用于评估各种反馈算法下的多用户分集性能,其结果与理论分析相当匹配。并且只要恰当地选取反馈参数,有限信道反馈算法可以在不损失多用户分集增益的前提下,极大的降低反馈开销,这为设计实际系统的信道反馈提供了参考。     

基于确定性观测的压缩感知MIMO信道参数反馈

在实际资源受限(带宽受限或功率受限)的无线通信系统中,多径信道具有很强的稀疏特性,如何利用这一特点更加高效地将接收端获得的多径信道状态信息( CSI)进行压缩、反馈,是目前信道状态信息反馈技术的研究热点。针对现有多入多出( MIMO)信道状态信息反馈方法中随机观测矩阵需要较大存储空间的问题,引入了确定性Golay测量矩阵,提出了一种基于确定性观测的压缩感知MIMO多径信道参数反馈方法。在接收端对由信道估计得出的信道状态信息利用确定性Golay测量矩阵进行观测,将较少数目的观测值反馈到发送端,在发送端通过重构算法恢复出完全信道状态信息。仿真实验表明,与随机观测相比,采用确定性Golay观测矩阵的方法虽然需要的观测值数目会有所增加,但所需存储空间远小于随机观测矩阵,且利用确定性观测反馈信道状态信息的重构性能与随机观测矩阵相当。     

BICM-OFDM系统中基于叠加导频的迭代信道估计

传统叠加导频算法应用在正交频分复用系统中存在信道估计精度差的缺点。针对比特交织编码调制（BICM）联合正交频分复用（OFDM）的系统（BICM—OFDM）,提出一种利用叠加导频的迭代信道估计算法。该算法充分利用了均衡器的反馈信息,分两步进行。首先,导频信号叠加在发送信号上,接收端采用一阶统计量进行初始信道估计;然后利用均衡器的硬判决反馈信息,在信道估计与均衡之间进行信息交换,通过迭代的方式提高信道估计精度。在短波宽带信道下的仿真结果表明,与传统叠加导频算法相比,新算法经过二次迭代可有效提高信道估计精度和系统误码率性能。     

不完全信道状态信息条件下多用户Turbo-BLAST迭代检测算法

该文将空时多用户检测技术和Turbo-BLAST方案相结合,构造了基于CDMA技术的多用户Turbo- BLAST系统模型,提出了不完全信道状态信息条件下的解相关算法和迭代检测算法。在发送端将V-BLAST结构与CDMA技术相结合实现多路复用,在接收端利用空时多用户检测算法去除用户间干扰,得到期望用户的接收信号,然后采用考虑信道估计误差的软干扰抵消迭代检测算法,对期望用户的接收信号进行检测以去除天线间干扰。仿真结果说明,所提算法对于多用户Turbo-BLAST系统是有效的,可在不增加复杂度的条件下达到良好的迭代效果。     

多用户下行链路使用广义空间调制的方案

针对多用户多输入多输出系统,讨论了一种多用户下行链路使用广义空间调制传输多用户信号的方案。该方案利用广义空间调制(GSM, generalized spatial modulation)技术,发送端和接收端均不需要知道信道状态信息,系统结构比较简单。同时,能有效消除信道间干扰,获得较优的系统性能。仿真分析表明,该方案在克服传统多用户MIMO系统缺点的同时,能获得较低的系统误码率。     

多用户MIMO系统在有限反馈下结合预编码与调度算法的研究

捅要：研究了多用户多输入多输出（MIMO）系统在有限反馈下的一种结合单位预编码与用户调度算法的方案。在该系统中每一用户都具有多个接收天线,该方案具有较大的多用户分集增益和较小的计算复杂度,从而能够减少系统中的用户间干扰。每个用户独立地决定自己的天线合并矢量,并将最优波束矢量以及对应的估计信干噪比通过有限反馈信道反馈给基站,此时基站获取了相应的用户信道信息和用户间干扰信息。基于接收到的反馈信息,基站从预定义的码本中选取和速率最大的最优子集进行系统预编码,然后依照预编码矩阵调度欧氏距离最小的用户且用户个数不超过发送天线的数目。仿真结果显示该方案有效地改善了系统速率,特别是在用户数目较多或者信道环境较好的情况下。     

一种基于部分信道状态信息的稳健性预编码方案

目前的传输预处理算法都是假设发送端有理想的信道信息.然而,在实际系统中发射端只有来自接收端的部分信道信息.本文首先分析了部分信道状态信息产生的原因.然后提出了一种等效噪声方法,当发射端已知部分信道状态信息时对预编码设计的稳健性进行初步研究.本文的等效方法,即将反馈误差建模为接收端的等效噪声,利用ZF准则对反馈误差、用户间干扰进行统一处理.最后在TD-SCDMA系统应用环境里对该方法进行了仿真分析,结果表明反馈误差对预编码影响较大,采用等效噪声后的预编码相比没有考虑反馈误差的预编码性能很明显提高.     

基于有限反馈的MIMO系统鲁棒性均匀信道分解

 在MIMO系统中,当假设发送端和接收端已知完美信道状态信息的情况下,均匀信道分解(UCD)被证明在误码率性能上是最优的且是容量无损的.然而在实际系统中,接收端或发送端获得的信道信息通常存在着一定的估计误差.本文提出一种基于有限反馈的鲁棒性均匀信道分解方案,在设计方案中充分考虑了信道估计误差的影响,并利用香农率失真定理和广义Lloyd矢量量化算法(GLA)得到了信道估计误差的近似值,使得本文提出的方案有很好的实用性.仿真结果表明与传统均匀信道分解方案相比,本文提出的鲁棒性均匀信道分解方案有效地降低了系统的误码平层,提高了系统容量.     

空间相关莱斯衰落信道下基于部分信道信息的多用户预编码与调度算法

在空间相关的莱斯衰落信道模型下,针对多用户MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统潜在的多用户分集增益和空间分集增益,该文提出了一种基于部分信道信息的多用户预编码与调度算法。结合部分瞬时信道信息和统计信息,利用约束最大似然估计对各用户信道矢量进行估计,然后利用估计的各用户信道调度多个用户进行预编码。仿真结果表明,该方案以较少的反馈开销,获得了较大的性能增益。     

视距相关信道下考虑非理想CSI的多用户MIMO收发联合设计

在FDD模式多用户MIMO(Multi-input Multi-output)系统下行链路中,由于信道估计、反馈信道等存在误差,使得发送端获取理想信道状态信息(CSI,channel state information)十分困难。针对获得非理想CSI的多用户MIMO系统,考虑在基站和各用户的天线分别具有相关性并引入视距分量的信道条件下,提出了一种新的基于块对角化的MMSE准则收发联合设计算法。该算法首先通过块对角化消除用户间的共信道干扰,然后针对存在信道估计误差的用户信道依据MMSE准则分别迭代求解每个用户预编码和解码矩阵。论文设计出一种基于训练序列的信道估计误差算法,并获得等效信道模型,使得收发端获得的信道状态信息更有实际意义。本文假设反馈信道理想,发射端可以完整得到信道估计矩阵。在MMSE准则下,推导获得了Lagrange乘子的解析解,避免了求解非线性方程的复杂过程,显著降低了计算复杂度。和已有算法相比,该算法不仅可以获得良好的误码性能还可以对各用户进行独立优化,处理更加灵活。仿真分析了视距分量、信道相关性以及信道估计误差对算法性能的影响。仿真结果表明,该算法误码性能良好,算法收敛快,并且对信道估计误差带来的影响有较好的抑制作用。      

Adaptive minimum bit feedback for sum-rate analysis in multi-user distributed antenna systems

The paper mainly studies the sum-rate performance of limited feedback (LFB) block-diagonalization (BD) in multi-user distributed antenna system (DAS). As the channel state information (CSI) fed back to base station (BS) is limited, multi-user interference (MUI) is caused inevitably because of the quantization error. Considering the influence of the MUI to the capacity of DAS, we propose a parameter of effective sum-rate ratio (ESRR) to denote the capacity offset under the condition of the BS can get perfect CSI and limited CSI first, then we confirm that the approximated ESRR is very close to actual ESRR got through simulations. After that, based on the approximated ESRR, an adaptive minimum bit feedback scheme which can effectively reduce the overhead of feedback channel and the complexity of the system is proposed. Simulation results show the effectiveness of the proposed scheme.     

多用户MIMO-OFDM系统低速率CSI反馈方法及信道容量分析

该文针对闭环多用户MIMO-OFDM系统提出一种基于线性预测的低速率CSI (Channel State Information)反馈方法。根据相关带宽将OFDM子载波划分成多个子带,移动台对每个子带的CSI作线性预测,并对预测误差进行量化编码后反馈给基站;基站使用相同的线性预测滤波器将反馈来的预测误差恢复成CSI,然后在每个子带上通过迫零-波束赋形实现多用户空间复用。同时,该文还在采用注水定理分配发射功率的条件下,从理论上分析了下行链路信道容量。数值仿真结果显示,每个反馈数据的实部或虚部仅用1bit量化时,本方法仍能够以较高的精度恢复CSI。与目前3GPP LTE标准所采用的基于码书的反馈方案相比,该方法能够在反馈开销相同情况下,有效地抑制同信道干扰,大幅提高系统容量。     

多用户下行链路收发机鲁棒性优化算法

该文提出了一种多用户MIMO系统中预矩阵及其匹配接收矩阵的鲁棒性优化算法。针对信道估计误差构造均方误差代价函数,在发射功率受限的约束条件下联合设计发射和接收矩阵,推导出了采用线性多用户MMSE接收时的最优收发机迭代算法。仿真表明,系统具有良好的鲁棒性。     

Opportunistic Beamforming with Limited Feedback

This work investigates the following question: subject to strictly limited (finite-rate) feedback in a multi-user multi-antenna system, what channel state information (CSI) should we send back to the transmitter, and how should it be used? Considering the class of single-beam systems, we suggest a combination of beamforming (array gain) and multi-user diversity. It has been shown that in single antenna systems, one bit of feedback per user can capture almost all gains available due to multi-user diversity, therefore we propose and analyze a compound strategy that uses one bit for multi-user diversity and any further feedback bits for beamforming. We obtain the scaling laws of this compound strategy, showing that it scales as well as any single-beam system with full transmit-CSI.     

基于动态反馈与功率分配的干扰对齐方法

在多用户MIMO系统中,信道状态的精确性严重影响干扰对齐技术的性能。该文针对信道状态信息(CSI)有限反馈导致的干扰泄露问题,提出一种基于动态反馈与功率分配的干扰对齐方法。首先从理论上分析了系统和速率与信道状态反馈比特分配和功率分配之间的关系,得到了在动态反馈和功率分配条件下系统和速率的解析表达式;在此基础上,以系统容量提升为目标,对反馈比特分配和功率分配优化问题进行建模;并根据信道的准静态特性利用库恩塔克条件(KKT)对该问题进行求解,得到功率和反馈比特分配方案。仿真结果表明,与单独考虑信道状态动态反馈条件下的干扰对齐技术相比,提出的方法能够有效减少干扰泄漏强度,提高系统和速率。     

SINR-based antenna combining for multiuser MIMO-OFDM with limited feedback

A multiuser Multiple Input Multiple Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing (MIMO-OFDM) broadcast channel is considered where both transmitter and receivers are equipped with multiple antennas. The Channel State Information (CSI) is quantized and provided through limited feedback links. In the first part of this work, the Maximum Expected SINR Combining (MESC) strategy for feedback decrease is investigated. Then a combination of MESC with subcarrier assigning is presented to further reduce the feedback load. The basic idea is the subcarriers are partitioned into resource blocks. For each block, only one quantized channel vector is feedback. The simulation results show MESC can obtain the performance gain over the relevant combiner strategies in MIMO-OFDM system. Moreover the effectiveness on the reduction of feedback overhead by the use of partitioning blocks in the studied system is evaluated.     

Optimum Power Allocation for Single-User MIMO and Multi-User MIMO-MAC with Partial CSI

We consider both the single-user and the multi-user power allocation problems in MIMO systems, where the receiver side has the perfect channel state information (CSI), and the transmitter side has partial CSI, which is in the form of covariance feedback. In a single-user MIMO system, we consider an iterative algorithm that solves for the eigenvalues of the optimum transmit covariance matrix that maximizes the rate. The algorithm is based on enforcing the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) optimality conditions of the optimization problem at each iteration. We prove that this algorithm converges to the unique global optimum power allocation when initiated at an arbitrary point. We, then, consider the multi-user generalization of the problem, which is to find the eigenvalues of the optimum transmit covariance matrices of all users that maximize the sum rate of the MIMO multiple access channel (MIMO-MAC). For this problem, we propose an algorithm that finds the unique optimum power allocation policies of all users. At a given iteration, the multi-user algorithm updates the power allocation of one user, given the power allocations of the rest of the users, and iterates over all users in a round-robin fashion. Finally, we make several suggestions that significantly improve the convergence rate of the proposed algorithms.