MIMO信道中发射端功率分配算法的研究

MIMO信道是无线通信领域中一个很有发展前途的应用方案,为了尽量接近其理想状态的性能,人们从各个不同角度进行了研究。从发射端天线阵列的功率分配角度着手,讨论了现有的WaterFilling分配算法,并进行改进,提出了一种更实用的算法,最后给出了仿真结果。     

时延约束条件下MIMO多接入信道传输策略和功率分配

本文分析了时延约束条件下多输入多输出(MIMO)多接入信道的发送优化问题，利用标准优化方法，给出了多用户的传输策略和功率分配方案，具体分两步考虑：第一步通过应用顺序译码方法，给出每个用户基于干扰回避的分布式优化预编码字；第二步对每个用户进行单用户信道的注水功率分配．同时应用MMSE(Minimum Mean Square Error)接收结构结合串行干扰消除技术，给出了一种基于独立SINR(Signal to Interference Plus Noise Ratio)准则的次优功率分配方案．数值结果表明，给出的最优传输和次优传输策略性能非常相近，可以显著提高时延约束条件下系统的性能和容量．     

基于MIMO信道估计误差模型的功率分配与自适应调制算法

该文分析了瑞利平坦衰落信道下,信道估计误差对采用迫零接收的MIMO系统性能的影响,提出了一种以系统有效吞吐量最大化为目标的功率分配与自适应调制算法。为了减少信道估计误差对实际系统性能的影响,该算法对发送端估计的信噪比进行修正,并以此作为功率分配和自适应调制的依据。在系统总功率受限的条件下,对发端多天线的功率分配结合了空域注水定理和比特分配,并尽量保证调制阶数高的数据符号所在天线的功率。仿真结果表明,该算法实现较简单,获得的系统有效吞吐量接近于最优值,适用于实际系统。     

中继辅助的MIMO系统联合最优的 功率分配研究

本文对中继辅助的多输入多输出(MIMO)系统中信源与中继的联合最优功率分配问题进行了研究.首先,基于系统容量最大化准则提出相应代价函数,并证明了该代价函数仅仅对于部分参数是凸的,而对于全局参数是非凸的.然后,通过推导系统容量的下界,给出了一个新的代价函数,从而将非凸问题转化为一个联合凸优化问题.最后,利用凸优化方法获得了联合功率分配问题的全局最优解.计算机仿真表明,与现有方案相比,所提方案获得了更好的吞吐量性能.     

基于多用户MIMO-OFDM系统的子信道和功率分配算法

在多用户MIMO-OFDM系统中，当总功率受限时，为了使整个系统的数据传输速率最大．已有的最优算法的计算十分复杂，这里采用了一种次最优算法。在发射端，基于已知信道状态信息。应用奇异值分解将MIMO信道转化为并行的子信道，并将表征信道增益的信道特征值用于子信道自适应调制优化设计中。在自适应过程中．用到了子信道和功率联合分配算法。仿真结果表明，这种算法能使系统的性能明显提高。     

多用户FDD大规模MIMO下行系统能效功率分配算法

针对多用户频分双工(Frequency Division Duplexing,FDD)大规模多输入多输出(Multiple-Input MultipleOutput,MIMO)下行系统,从绿色通信角度出发,研究了能效准下基站训练序列信号和有效数据信号的功率分配问题。首先,利用大维随机矩阵理论,推导得出能效目标函数的解析表达式。基于此,采用高发射信噪比条件,将原始的非凸分式问题转化为拟凹问题。进而,证明了全局最优功率解的存在性和唯一性,并发现最优导频功率和数据功率之比为常数,且该常数仅由系统用户数、导频长度以及信道相干时长所决定。利用该关系式,获得最优功率的闭合形式解,并提出一种低复杂度的迭代优化算法。最后,通过Matlab数值仿真对所提功率分配算法进行了验证,分析了不同系统参数(如天线数、用户数、电路功耗等)对系统最优能效性能的影响,同时可以看到通过少量的迭代次数便可收敛到稳定点。     

多用户MIMO系统中基于博弈论的鲁棒性功率分配

针对多用户多输入多输出( MU-MIMO)天线系统,提出了一种基于非合作博弈论的功率分配方案。此博弈模型中,以用户在系统中的信号泄漏噪声比值( SLNR)作为用户功率分配和公平性参数设置的依据,保证用户所期望的服务质量和公平性,并证明了纳什均衡的存在性。其次,考虑信道估计误差的影响,提出了一种基于滑动模型的迭代功率分配控制算法满足所有用户的最小通信质量要求。仿真结果显示此方案在信道误差的情况下,相比现有方案可提高系统吞吐量。     

信道估计误差对MIMO系统信道容量的影响研究

为了分析信道估计误差对信道容量的影响,结合MIMO系统接收端信道估计误差的特点,重新构建了MIMO信道的统计模型。利用Wishart分布的性质,推导了当MIMO信道矩阵满秩时,仅接收端已知信道CSI情况下系统信道容量的下限。仿真结果表明,MIMO系统信道容量对信道估计误差比较敏感。     

三维粗糙面上的MIMO信道模型

多天线构成的多输入多输出MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）信道是B3G/4G系统的关键技术之一。文章建立下垫三维粗糙面的MIMO信道模型,用基尔霍夫（KA,Kirchhoff approximation）近似随机粗糙面散射的数值计算方法研究下垫粗糙面产生的随机多路径传输对MIMO信道矩阵的影响,并数值地讨论接收、发射天线阵列位置以及下垫粗糙面几何参数对MIMO系统信道容量的影响。结果表明,双站距离大、天线高度低时,下垫随机粗糙面对MIMO信道容量的影响显著。当天线阵元间距小时,下垫粗糙面将显著增大MIMO系统信道容量;当天线间距大时,粗糙面减小MIMO系统信道容量。     

MIMO系统一种新的功率分配算法及容量分析

在不额外增加发射功率和带宽消耗的情况下,注水功率分配算法能够获得最大的多输入多输出(MIMO)系统容量.基于拉格朗日乘数法,推导给出了MIMO系统注水功率分配算法的显式解.利用信道冲激响应矩阵的奇异值分解(SVD)算法,推导给出了注水功率分配算法MIMO系统的容量分析公式.利用数字波束形成(DBF)技术,提出了一种新的功率分配算法,推导给出了该算法MIMO系统的容量分析公式.仿真结果表明,提出的功率分配算法的系统容量虽然略低于注水功率分配算法的系统容量,但它的计算复杂度较低.     

多天线系统中的二次注水功率分配

Aiming at the problem of resource allocation in multiuser multi-input multi-output （MIMO） systems, a new power allocation algorithm based on dual waterfilling is proposed. Block diagonalization is adopted to cancel the inter-user interference, and then the complete diagonalization method is employed to derive the spatial sub-channels for each user. The overall power of the system is divided among users based on each user＇s large scale fading; then the power of each user is further allocated to its spatial sub-channels based on the small scale fading. Simulation results show that compared with the existing resource allocation strategies, the proposed algorithm can provide more ergodic capacity for multi-user MIMO systems. When the total transmit power is 100w, it has 15% capacity advantage over the traditional waterfilling method.     

频分双工大规模MIMO系统时变信道估计

大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）系统的性能增益依赖可靠的信道估计,传统信道估计方案主要面向准静态场景,在用户高速移动场景中性能下降明显。本文研究频分双工（Frequency Division Duplex, FDD）大规模MIMO系统中的时变信道估计问题,利用信道向量在角度域的空时稀疏特性,提出软结构先验模型驱动的稀疏贝叶斯信道估计（Soft-Structured Prior Model based Sparse Bayesian Estimation, SSPM-SBE）方案,针对方案涉及的复杂贝叶斯估计问题,给出基于变分优化的低复杂度求解方法。SSPM-SBE方案能够充分利用当前和历史接收导频数据改善时变信道的估计性能,且无需信道大尺度信息的先验认知,仿真结果验证了方案的优越性。      

Optimal Power Allocation with Limited Feedback of Channel State Information in Multi-User MIMO Systems

In this paper,an expression for the user’s achievable data rate in the multi-user multiple-input multiple-output(MU-MIMO)system with limited feedback(LF)of channel state information(CSI)is derived.The energy efficiency(EE)is optimized through power allocation under quality of service(QoS)constraints.Based on mathematical equivalence and Lagrange multiplier approach,an energy-efficient unequal power allocation(EEUPA)with LF of CSI scheme is proposed.The simulation results show that as the number of transmitting antennas increases,the EE also increases which is promising for the next generation wireless communication networks.Moreover,it can be seen that the QoS requirement has an effect on the EE of the system.Ultimately,the proposed EEUPA with LF of CSI algorithm performs better than the existing energy-efficient equal power allocation(EEEPA)with LF of CSI schemes.     

MIMO系统中空时分组编码的信道容量

在多输入多输出（MIMO）系统中，建立空时分组编码模型，在分析瑞利衰落下正交空时分组码接收信噪比的基础上，得到了正交空时分组编码信遗容量的表达式，并采用数值计算的方法对其进行分析论述，得出在接收天线数一定的情况下，增加发送天线数所能得到的信道容量的上界。同时，分析证明，在发送天线数一定时，正交空时分组编码信道容量随接收天线数的增加而增加。在接收天线数一定时，信遗容量也随着发送天线数的增加而增加，但当发送天线数增加到一定数量时容量的增加就变得不十分明显。     

具有不完全信道状态信息MIMO系统的优化设计

 本文研究了不完全信道状态信息(CSI)对多输入多输出(MIMO)系统容量的影响.基于平均功率和平均误码率的约束条件,我们提出了一种利用不完全CSI进行功率自适应调制的优化设计方案.根据Wishart矩阵的统计分布,我们导出了该系统容量的封闭表达式.研究结果表明:在具有不完全CSI的MIMO系统中,利用不完全CSI进行设计可以显著地提高系统的容量.     

具有空间宽带效应的毫米波3D MIMO信道估计

在现有的大规模三维多输入多输出（3D MIMO）系统中,相邻天线间的距离可能非常大,这往往会导致电磁波穿过阵列孔径时出现物理传播延迟,被称为空间宽带效应。而大多数学者在研究信道估计时为方便通常会忽略它,仅仅有学者研究雷达系统时提到了空间宽带效应。而去年有学者将其引入到了2D MIMO毫米波系统中,本文在此基础上将其扩展到了毫米波大规模3D MIMO系统中,基于平面天线阵列的水平角和垂直角设计了一种新的信道模型,并提出了一种信道估计算法,仿真结果表明其具有良好的信道估计性能。      

OFDM系统叠加序列能量分配及同步方案

在OFDM系统中采用叠加训练序列进行同步、信道估计和均衡是一种好方法,但是,叠加训练序列能量分配及同步等问题一直是困扰学术界的难题.本文提出了关于叠加训练序列的一种能量分配方案、两种最佳叠置结构和一种同步算法.理论分析和仿真证明,这些方案和算法对于改善叠加训练序列OFDM系统性能有很大帮助.     

Receiver Power Allocation and Transmitter Power Control Analysis for Multiple-Receiver Wireless Power Transfer Systems

As different power has its own receivers, this paper analyzes and designs a multiple-receiver wireless power transfer (WPT) system systematically. The equivalent circuit model of the system is established to analyze the key parameters including transmitter power, receiver power, transmission efficiency, and each receiver power allocation. A control circuit is proposed to achieve the maximum transmission efficiency and transmitter power control and arbitrary receiver power allocation ratios for different receivers. Through the proposed control circuit, receivers with different loads can allocate appropriate power according to its power demand, the transmitter power and system efficiency do not vary with the change of the number of receivers. Finally, this control circuit is validated using a 130-kHz WPT system with three receivers whose power received is 3:10:12, and the overall system efficiency can reach as high as 55.5%.