无背景噪声时光多输入多输出系统的信道容量

信道容量是通信系统能够达到的最大传输速率,是衡量通信系统通信能力的重要指标之一。在建立了光多输入多输出(MIMO)的信道模型之后,结合脉冲位置调制(PPM)分析了光MIMO系统的平均容量和中断容量;在无背景辐射的条件下,分别推导出了有无衰落时光MIMO平均容量封闭形式的近似表达式。在相同发射功率和传输带宽条件下,得到了光MIMO技术能成倍提高现有系统信道容量的结论。通过Monte Carlo仿真实验进一步证明了理论的正确性。     

多天线信道空间衰落相关性近似算法及其复杂性研究

信道空间衰落相关性(SFC)主要取决于波达信号的功率方位谱(PAS)和多天线阵列收发模式.深入研究了移动通信系统中多天线阵列SFC近似计算法及其复杂性.首先导出在典型PAS为均匀分布、高斯分布以及拉普拉斯分布下的SFC函数的闭合表达式.再研究在波达信号PAS小角度扩展时的近似计算法,建立多输入多输出(MIMO)多天线接收信道模型,深入分析所选择的天线阵列和电波传播参数对MIMO系统信道容量的影响.通过理论计算和仿真实验得出近似计算法在特定条件下具有很好的拟合度,定量分析了近似计算法在对MIMO多天线系统分析时的适用性和计算效率.该算法能极大地减低理论计算复杂性,提高分析和仿真MIMO多天线系统的效率.     

单声线水声MIMO信道容量的研究

本文对水声MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output)信道容量受收发阵元数目、间距,收发阵位置、方向,平均接收信噪比以及声速剖面的斜率的影响,在收发阵元之间只存一条声线的情况下,通过WKB近似进行了初步的研究。从计算结果可以看出,当收发阵元对之间只存在一条声线时,阵元间距会对MIMO信道容量产生重要影响:当收发阵元间距足够大时, MIMO系统的信道容量将随着接收信噪比和收发阵元数线性增加,一个m×m的MIMO系统的信道容量将为相应的 SISO(Single-Input-Single-Output)系统的m倍,收发阵的方向也会对MIMO系统信道容量产生较大的影响,另外,收发阵的深度、距离也会对水声MIMO信道容量产生影响,声速剖面的斜率在一般水声信道的声速变化范围内,对信道容量的影响不大。     

无线紫外光MIMO通信线性注水功率分配方法

将无线紫外光多输入多输出(MIMO)通信与线性注水算法相结合,首先建立基于线性注水算法的无线紫外光非直视MIMO通信模型,并推导出其信道容量模型,然后在信号发射端采用等功率分配和线性注水算法两种方法进行功率分配,研究在无线紫外光非直视MIMO通信系统中采用这两种方法对通信系统中信道容量的影响,并进行仿真分析验证.仿真结果表明,在信噪比相同的情况下:当收发天线不对称时,采用线性注水算法进行功率分配相比于等功率分配算法,无线紫外光非直视MIMO通信信道容量得到显著提升;当收发天线对称,在信噪比较小时,利用注水算法可以明显提高信道容量,而在信噪比提高达到一定值后,采用注水算法进行功率分配的信道容量逼近等功率分配的信道容量.     

多输入多输出量子密钥分发信道容量研究

量子安全通信是一个量子密钥分发过程,目前采用的通信技术严重制约了量子密钥分发的比特率.将多输入多输出（MIMO）技术应用于量子密钥分发系统,可提高量子密钥分发的比特率,促进量子安全通信向高速大容量发展.文中首先构造出MIMO量子密钥分发信道中多光子纠缠态Wigner算符矩阵.并在此基础上,推导出多光子双模压缩纠缠态Wigner算符矩阵和MIMO量子密钥分发信道容量.为开发稳健的MIMO量子安全通信空时处理算法和优化设计高性能MIMO量子密钥分发系统提供理论支撑和技术基础. 关键词： 多输入多输出 双模压缩态 多光子纠缠态 信道容量     

室内可见光通信多径信道建模及MIMO-ACO-OFDM系统性能分析

当通信速率较高时,室内光信号的多径效应不可忽视,当发送端存在时间弥散性时,提出一种室内可见光通信-多输入多输出(VLC-MIMO)多径衰落信道建模方法.由于光正交频分复用(OFDM)技术能有效抵抗码间干扰,故将非对称限幅光OFDM(ACO-OFDM)和MIMO相结合,建立MIMO-ACO-OFDM系统.用迭代法计算每对LED和光电探测器(PD)之间的冲激响应,连接LED和PD阵列的几何中心作为等效视线传输(LOS)信道,建立了多径信道模型.分析表明,当PD在房间中间时多径信道路径增益大,多径干扰弱;当PD在墙角时信号衰减大,多径干扰强.采用迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)检测,理论推导了系统误码率性能,建立了蒙特卡罗仿真模型.仿真表明,低阶调制时系统有更好的性能.当调制阶数小于64时,MMSE比ZF更有优势,随着信噪比增大两中检测方法得到的系统性能趋于相同;当LED半功率角变小时光束会聚强,PD在房间中心时性能最好,越往墙边性能越差;当PD视场角变小时,虽然在房间中心时接收功率不变,但多径干扰变弱性能变好.     

基于改进的统计信道模型与多天线系统性能分析

为提高电磁信号的到达角度以及多普勒效应等信道参数估计的准确性,在散射体非均匀分布下引入了散射概率和有效散射体两个物理概念,提出一种合理的改进型空间信道模型,该模型能准确地描述宏小区(macrocell)和微小区(microcell)等各种移动通信环境下的重要空时信道参数,并应用于多入多出系统(multiple input multiple output,MIMO)信道性能仿真中.数值仿真结果与早期多径衰落信道模型对比,表明本模型的信道参数估计结果符合理论和经验,拓展了空间统计信道模型的研究和应用,对评估多天线MIMO系统空时处理算法和仿真无线通信系统提供有力的工具.     

双向大气湍流光信道瞬时衰落相关特性测量

为证明双向光传输系统中大气湍流信道的互易性,提出一种测量瞬时接收信号衰落相关性的方法,并建立了分析测量数据的数学模型。在相距883 m的两栋高楼之间进行双向光传输测量实验,根据测得的光斑图像数据,对信道的瞬时衰落相关性进行验证,并分析了实际场景下归一化接收信号起伏方差对相关系数的影响。结果表明:两个相反方向的光信道瞬时衰落相关系数大部分均在0. 85以上,最高可达0. 95,证明了双向大气湍流光信道之间存在良好的互易性;且随着归一化接收信号起伏方差的增大,相关系数呈轻微下降的趋势。     

基于强度叠加编码的空间光多输入多输出通信

针对空时编码技术在空间激光通信应用中受到的限制,提出了一种基于强度叠加编码的空间光多输入多输出(MIMO)通信算法,设计了算法中使用的码元--光强码的编码和解码规则,分析了不同天线阵列组合下的系统信道容量,给出了最佳判决门限选择方法,并在此基础上计算了不同系统组成下的误码率.仿真计算表明,与单发单收系统相比,强度叠加编...     

三维空间域多普勒功率谱及其多天线系统性能

在三维(3 dimensional,3D)空间域信道建模中,针对波达信号仰角(elevation angle,EA)在不同覆盖区散射体环境中的分布,提出了指数型EA仰角概率密度函数并对其信道特征实现建模.在假设波达信号方位谱为均匀分布时,采用近似算法在对称和非对称两种情况下导出其多普勒功率谱密度(power spectral density,PSD)闭合表达式.从分析结果可发现PSD与仰角函数式及波达信号边界角度参数βmin和βmax关系密切,并与多普勒频移密切相关.对该三维空间域中的多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)多天线信号衰落相关性(spatial fading correlation,SFC)进行了推导和仿真.结果表明MIMO多天线阵元间SFC与βmin和βmax关系密切,而EA仰角概率密度函数参数n对SFC影响较小.本文引入的指数型EA仰角概率密度函数可应用于多种无线通信环境下的信道参数估计,且与传统模型对比表明本模型的信道参数估计结果符合理论和经验值,拓展了对3D空间域统计信道的建模与MIMO多天线分析计算.     

水声多输入多输出信道的分布式压缩感知估计

多输入多输出技术通过采用多个阵元进行多发多收空间复用信道可在极其有限的通信带宽下实现高速水声通信,但由于同时存在通道间干扰和多径干扰,水声MIMO信道估计变得困难。提出利用MIMO水声信道多径稀疏结构存在的相关性,在经典联合稀疏模型的基础上对MIMO观测矩阵进行重组,从而建立基于分布式压缩感知的单载波水声MIMO通信信道联合稀疏模型;同时,针对信道响应中具有相同多径位置的稀疏部分和特有稀疏部分设计区分性正交匹配追踪算法进行联合重构,进一步抑制通道间干扰的影响。最后通过仿真和海上实验进行本方法有效性的验证,实现16 kbps的MIMO水声通信。通过算法推导、仿真和实验可得到结论:利用MIMO水声信道多径相关性进行分布式压缩感知估计可提高估计性能。     

水声多输入多输出信道的分布式压缩感知估计

多输入多输出技术通过采用多个阵元进行多发多收空间复用信道可在极其有限的通信带宽下实现高速水声通信,但由于同时存在通道间干扰和多径干扰,水声MIMO信道估计变得困难。提出利用MIMO水声信道多径稀疏结构存在的相关性,在经典联合稀疏模型的基础上对MIMO观测矩阵进行重组,从而建立基于分布式压缩感知的单载波水声MIMO通信信道联合稀疏模型;同时,针对信道响应中具有相同多径位置的稀疏部分和特有稀疏部分设计区分性正交匹配追踪算法进行联合重构,进一步抑制通道间干扰的影响。最后通过仿真和海上实验进行本方法有效性的验证,实现16 kbps的MIMO水声通信。通过算法推导、仿真和实验可得到结论:利用MIMO水声信道多径相关性进行分布式压缩感知估计可提高估计性能。      

基于空间光调制器的MIMO大气传输特性研究

大气湍流对无线光通信系统的影响不可忽视,为了更准确地反映实验室模拟多输入、多输出(MIMO)大气湍流信道的实际特征,提出了一种利用相位屏来模拟MIMO大气湍流信道的方法,并针对基于液晶空间光调制器（LC-SLM）的液晶调制法展开研究,通过实验验证该方法的可行性。实验结果表明：通过相位屏模拟MIMO大气湍流信道的激光光斑发生不同程度的畸变,湍流环境下两路激光发射系统比单路发射激光系统功率稳定性好,在前向纠错误差极限（3.8×10-3）下,单个发射单个接收系统的链路代价为10.5 dB,2个发射2个接收的MIMO系统的链路代价为9.3 dB。该项研究对于实验室模拟MIMO大气湍流信道实验方法提供一种新思路。     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

自适应功率分配可见光MIMO信道容量研究

可见光通信（VLC）系统通常采用多阵列光源布局方式来兼顾照明与通信双重功能,因此需要使用多输入多输出（MIMO）技术进行多天线协同传输来实现高速率通信。然而传统MIMO系统中采用平均功率分配来实现空间复用,无法充分体现MIMO多天线协调传输的优势。根据每组收发天线信道状态的差异,设计了一种低计算复杂度的快速迭代注水算法,可实现依据信道特征自适应的分配信息,从而提高系统的信道容量。仿真结果表明:在相同信噪比情况下注水算法自适应功率分配系统比等功率分配系统的信道容量提高了1.25 bit/Hz左右。     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

采用mQAM和孔径平均的水下弱湍流MIMO系统性能分析

采用Log-normal分布模拟海洋弱湍流信道,接收机采用等增益合并方式,在考虑雪崩光电二极管(APD)散粒噪声、信道衰减、几何损耗、Log-normal湍流和孔径平均因子等链路条件下,从理论上推导了水下无线光通信多输入多输出系统平均误码率和信道平均容量的上界表达式,并定量分析讨论了不同链路参数对系统平均误码率和信道平均容量的影响.数值结果表明,采用调制指数合适的正交幅度调制方式以及较大的天线数、接收孔径、发射光功率,均有助于提升系统性能.     

混合分集多天线系统基于相关性的分析信道建模

在考虑正交极化子信道之间相关性的前提下,指出传统分析模型无法体现极化方向对相关性的影响,并提出一种新的建模理论对传统模型进行修改补充;然后指出传统模型中使用天线在距离分集和极化分集情况下的相关系数来计算混合分集情况下的相关系数是一种不够准确的近似方法,提出直接利用天线处于混合分集情况下的统计数据进行建模,这种新的模型可以准确复现子信道间的相关系数,满足高精度的需求. 关键词： 多输入多输出系统(MIMO) 信道模型 分析模型 相关系数     

基于法向量倾斜的可见光通信多输入多输出信道解相关技术

随着可见光通信多输入多输出(VLC-MIMO)系统收发端阵元数目增多、阵元间距减小以及传输距离增大,系统接收端信号间严重干扰、信道矩阵缺秩等问题逐渐凸显,导致系统的复用率降低、信道相关性增大。针对这些问题,提出以最小化最大干信比为优化目标;通过建立VLC-MIMO信道模型,分析收发端阵元法向量倾斜角度对信道相关性的影响;通过优化发光二极管(LED)法向量倾斜角度来减小信道相关性,并得到各个LED法向量的最佳倾斜角度。通过比较系统接收平面的光照度分布,发现所提出的优化方案能有效减小信号间干扰,与链路阻塞方式相比,该方案的误码率降低了42dB。     

基于压缩感知理论的大规模MIMO系统下行信道估计中的导频优化理论分析与算法设计

针对大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统信道估计中的导频设计问题,在压缩感知理论框架下,提出了一种基于信道重构错误率最小化的自适应自相关矩阵缩减参数导频优化算法.首先以信道重构错误率最小化为目标,推导了正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit, OMP)算法下信道重构错误率与导频矩阵列相关性之间的关系,并得出优化导频矩阵的两点准则,即导频矩阵列相关性期望和方差最小化;然后研究了优化导频矩阵的方法,并提出相应的自适应自相关矩阵缩减参数导频矩阵优化算法,即在每次迭代过程中,以待优化矩阵平均列相关程度是否减小作为判断条件,调整自相关矩阵缩减参数值,使参数不断趋近于理论最优.仿真结果表明,与采用Gaussian矩阵、Elad方法、低幂平均列相关方法得到的导频矩阵相比,本文所提方法具有更好的列相关性,且具有更低的信道重构错误率.