空间调制系统检测方法在5G大规模MIMO中的应用研究

适用于大规模多输入多输出(MIMO)无线系统的空间调制系统,通过每次只激活一根发射天线来提高系统的传输效率和能量效率,被预示为5G系统关键技术之一。该文对空间调制系统已知信道条件下的检测方法进行了综述,根据不同方法种类,分别解释了其工作原理、优点和缺点,并在文章最后,对它们的特点进行了总结分析,提出了今后的研究方向。该文章的内容将为今后空间调制检测方法的实际开发提供理论基础,也为以后对空间调制技术的更进一步研究提供参考。     

基于MMSE预编码天线选择的空间调制大规模MIMO系统性能研究

为提高大规模MIMO系统的可靠性及满足未来绿色高效通信的要求,本文提出了大规模MIMO系统中基于MMSE预编码技术的收信端天线选择算法,对基于MMSE预编码的空间调制大规模MIMO系统进行了仿真实验,并进行了复杂度分析.实验结果表明,基于MMSE预编码的天线选择算法相比于文献[6]已提出的ZF预编码天线选择算法,复杂度略有增加,但误比特率在系统相同配置时约有2 d B的提高.     

基于绿色通信的大规模MIMO天线选择算法

绿色通信是移动通信系统（例如5G系统）的主要特征之一。在大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）系统中如何提高能源效率是一个重要研究课题,天线选择是提高能源效率的有效方法。现有的天线选择算法有些是局部优化,有些是单目标优化,为克服这些缺点,提出了基于博弈论的大规模MIMO天线选择算法。该算法通过系统容量和发射功率构造博弈的效用函数,每进行一次博弈都得到一组天线,在博弈达到均衡时,能源效率取得最大值。文中给出了纳什均衡存在性证明,也推导了纳什均衡点与能源效率之间的等价。仿真结果表明,采用博弈论算法能够克服局部优化,在保持信道容量较高的同时也提高了能源效率,可见该算法在能源效率上的提高有助于实现绿色通信。     

一种用于UWB通信系统的调制技术

文章将相位调制与脉位调制技术相结合,提出了一种应用UWB通信系统的新颖调制技术-QPPM。在解调过程中,它使用2个模板信号做相关检测,一个解调位置,另一个解调相位,算法实现简单;仿真实验表明,在加性高斯白噪声信道和瑞利信道中它比2-PPM有较低的误码率性能,同时获得了双倍的传输速率。     

用于可见光通信的LDPC码策略

为了改善可见光通信的信道译码性能、提高信息传输效率,利用PEG算法构造了一种LDPC纠错码方案.该方案充分利用了LDPC码码重分布高度集中在半码长附近并呈对称分布的性质,对码重处于中心区域附近的码字用增加定长补偿位的方式进行调光补偿,对码重处于远离中心区域的码字则先补位使之更加远离中心区域后再增加发送其补序列.在采用开关键控调制方式时,所提方案能够在统计意义上满足调光率的要求,解决了闪烁的问题.仿真结果表明,在中等码长时,与相同码长的修正一阶RM码相比,LDPC纠错码方案在码率方面提高了25倍以上,同时误码率性能也提高了约2 dB.     

MIMO光线通信技术

MIMO无线传输技术是通信领域的一项重要技术突破，它能在不增加带宽与功率的情况下成倍地提高无线通信系统的容量和频谱效率，因此迅速崛起成为新一代无线通信系统中的关键技术之一，近年来引起了人们的广泛关注与研究兴趣。本文对MIMO无线通信系统原理结构及其技术优势进行了分析介绍。     

基于空间激光通信中MIMO分集技术的研究

在无线传输系统中,分集技术是一种抗衰落、提高系统的传输性能的技术。它被广泛应用于无线通信中,由于其优越的性能,所以将它应用于空间激光通信中。介绍了MIMO的技术现状和技术特点,建立了空间激光通信系统中MIMO的信道模型,从等增益合并分集与空间选择分集两方面,来分析MIMO的空间分集性能。     

基于空间相关性的大规模多用户MIMO预编码

由于FDD(frequency-division duplex)系统的信道不具有互易性,使得大规模MIMO(multiple-input multiple-output)系统发射端对多天线信道信息的获取变得十分困难。为了解决基站获取信道状态信息的问题,可以采用双重结构预编码方案,将对长期CSIT处理的波束成形和随后对短期CSIT处理的线性预编码进行级联,可以有效地降低反馈开销。预编码矩阵由基于空间相关性的预波束成形矩阵和基于短期CSIT的传统预编码矩阵决定。通过将具有空间相关性的用户进行分组,并将分组后的用户的信道矩阵与基于空间相关性的相同的预处理矩阵相乘,使预编码信号空间的维度降低。     

可见光MIMO通信中金字塔型接收机角度分集优化

为增强室内可见光多输入多输出(MIMO)通信系统的空间复用增益并降低信道相关性,提出一种优化的金字塔型角度分集接收模型.首先采用光线追踪分析方法建立室内系统模型及码间干扰模型,分析了MIMO系统接收平面码间干扰(ISI)以及光功率分布.在此基础上,对接收机分集维度、旋转角、倾斜角以及发光二极管(LED)和光电检测器(PD)的空间布局等参数通过控制变量法进行了优化.数值仿真结果表明,最佳的分集维度是4×4结构;同时,对于传输速率为100 Mbps的4×4 MIMO系统而言,当水平旋转角为45°,倾斜角为50°和LED间距为1.7 m时,系统可获得最大信道容量.通过对分集参数的优化,可有效增强信道分集增益,减少码间干扰,提升接收系统整体性能.     

一种用于大规模 MIMO 信号检测的改进算法

近几年来,大规模多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)的信号检测问题已经引起了人们的关注,在研究了主动禁忌搜索(reactive tabu search,RTS)算法和置信度传播(belief propagation,BP)算法的基础上,提出了一种新的RTS-BP联合检测算法,给出了2种不同的信道模型下的仿真对比图.结果表明,在不同的调制阶数情况下,RTS-BP算法性能优于单一的RTS和BP算法,且在一定程度上降低了大规模MIMO检测的高维效应对信号层数的要求.     

基于空间相关性的大规模MIMO信道压缩反馈算法

针对传统的信道状态信息(channel state information,CSI)反馈方法并不适用于大规模MIMO频分双工(frequency-division duplexing,FDD)系统的问题,提出一种基于导频设计的压缩反馈算法.基站通过对发送相关矩阵的平方根进行特征值分解(eigenvalue decomposition,EVD)得到稀疏基;根据最小二乘法(least squares,LS)设计出导频矩阵;根据该导频矩阵提出了一种基于导频设计的压缩反馈算法.理论分析与仿真结果表明,该算法能够以较低的反馈量获取较高的CSI反馈精度.     

基于相机的可见光通信技术

 可见光通信（VLC）有效结合了发光二极管（LED）的绿色照明和通信两大优点,是无线光通信的研究热点之一。基于相机VLC系统（简称OCC系统）在智能手机越来越普及的潮流下受到了广泛的关注和研究。OCC系统以照明LED为信号光源而以相机中图像传感器（IS）为信号接收器件,具有天然空间分集接收能力,因此具有广泛的应用前景。由于IS与传统光电二极管（PD）在可见光信号的接收与处理过程有明显不同,原有基于PD的VLC相关通信技术无法直接应用于基于IS的VLC系统。本文阐述了OCC系统的关键技术,并给出了相关应用场景。     

大规模MIMO系统中基于ΣΔ调制的一比特低功耗预编码方法

采用低分辨率模数/数模转换器(ADC/DAC)已被认为是降低大规模多输入多输出(MIMO)系统硬件成本和功耗的重要途径。然而低分辨率DAC尤其是一比特DAC中又会带来严重的量化噪声,导致系统接收误符号率(SEP)上升。针对这一弊端,设计了一种基于ΣΔ调制的一比特迫零(ZF)预编码方法。首先,建立发射功率最小化的一比特预编码问题,然后基于ΣΔ调制框架将一比特约束转换为边界约束,再基于ZF预编码,将问题转化为发射功率控制问题,并通过SEP和信噪比(SNR)的关系转换,推导出最小发射功率的闭式解。最后,通过仿真结果验证了所提方法的有效性。     

可重构智能表面辅助大规模MIMO通信波束成形设计

可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface, RIS)在无线通信系统中能够提高信道性能。为了降低传统波束成形方案中功率分配的复杂度,结合毫米波(millimeter wave, mmWave)特点建立信道模型,提出一种基于正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit, OMP)和统一信道分解(uniform channel decomposition, UCD)的RIS辅助mmWave多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统混合波束成形设计方案。利用视距(line of sight, LoS)信道的到达角(angle of arrival, AoA)和离开角(angle of departure, AoD)设计了RIS的反射矩阵。该方法不需要复杂的功率分配,能够使得多个并行数据流具有相同的信道增益。仿真结果表明,该混合波束成形方案具有更好的误比特率(bit error rate, BER)性能及频谱效率。     

基于卡诺机的大规模MIMO通信容量建模及性能分析

信息本质上以能量和熵的形式在通信系统中流动,类似于传统热机中的能量流动过程。结合热力学卡诺机模型和经典香农信息论理论,建立了一个广义的热力学(multiple input multiple output, MIMO)通信系统模型,对大规模天线通信场景下使用前向纠错码的信道容量进行分析。利用通信系统中存在的自由度和熵的概念,推导了热力学模型下的广义信道容量,并对信道容量与噪声自由度及编码开销的关系进行验证仿真。仿真结果表明,所提出的热力学信道容量与香农信道容量是一致的。     

MIMO下预编码辅助空间调制的接收天线选择

预编码辅助空间调制(pre-coding aided spatial modulation,PSM)通过激活接收天线的索引在空间域中传输信息比特。将接收天线选择(receive antenna selection,RAS)技术引入到PSM系统中,可以提高PSM系统的性能。在传统的PAS算法中,穷举搜索算法的系统性能最优,但穷尽搜索会导致其计算复杂度较高;快速RAS算法的计算复杂度较低,但其系统性能较差。因此,针对PSM系统的RAS算法,需要寻找一个折中的方案以适用于实际的通信系统。通过利用信道矩阵的最大和最小特征值(maximum and minimum eigenvalue,MME),设计了MME-RAS算法。分析和仿真结果表明,该算法相比于快速RAS算法计算复杂度略有提升,但可以使系统性能提高1 dB左右;相比于穷举搜索算法可以使计算复杂度降低70%以上,并且其系统性能接近于穷举搜索算法。     

毫米波大规模MIMO系统混合波束赋形技术综述

针对毫米波通信中混合波束赋形技术,描述了毫米波传输特性及信道模型,概述了大规模毫米波 MIMO混合波束赋形系统及其数学模型,并在此基础上综述了混合波束赋形传输方案,介绍了毫米波波束对齐的2种可行方案,最后展望并预测了毫米波通信与其他技术融合的几种典型应用场景及未来的研究热点.     

室内可见光MIMO通信码间干扰分析与接收视场角优化

针对可见光MIMO通信过程中多径时延造成的码间干扰对可见光通信系统性能影响问题,采用光线追踪分析方法建立了室内系统模型及码间干扰模型,讨论了多输入多输出的室内通信环境下,不同LED布局下光学天线视场角大小对系统码间干扰及误码率的影响.研究结果表明:当数据传输速率为100Mbit/s时,存在一种LED布局使整个接收平面能满足基本通信所要求的10~(-6)误码率阈值.在此结构的基础上分析可知,随着视场角的逐渐增大,接收平面的盲区会逐渐消失,但系统码间干扰会随之增加.在接收机视场角为43°时,平均信噪比最大并能达到室内最佳覆盖,此时能有效减小多径效应及码间干扰并提高系统传输性能.     

室内可见光无线通信调制方法

为研究适合于室内可见光无线通信的信道传输编码方式,结合信道和光电接收器的特点,基于OOK、M—PPM、DPPM、OPPM调制结构,提出差分可重叠脉冲位置调制方式（DOPPM）,并比较各调制方式的照明光功率和传信率。结果表明：在保持较高照明光功率的前提下,DOPPM的传信率明显高于其他调制编码方式,该调制方式更适用于室内可见光无线通信系统。该研究可为通信系统进一步选择实用的调制方式提供理论支持。     

点灯上网:可见光通信技术展望

19世纪,美国科学家爱迪生用电灯为人类带来光明;20世纪,澳洲技术宅John O’Sullivan用Wi Fi将人们接入网络;而时至21世纪,德国物理学家哈拉尔德·哈斯让无需Wi Fi,点灯上网的可见光通信由梦想照进了现实——作为Wi Fi的挑战者,它诞生之日即被人们亲切昵称为Li Fi,而作为新兴的无线通信技术,其究竟能否为无线网络传输带来革命性改变、进而催生新一轮产业发展机遇?