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LTE-A上行链路虚拟MIMO中基于线性接收机的用户配对算法研究

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LTE-A上行链路虚拟MIMO中基于线性接收机的用户配对算法研究

作者：鲁莎莎西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着各种新型通信业务的出现,人们对无线通信信息速率、系统容量的要求越来越高。由于频谱资源有限,如何高效地使用有限资源,提高谱频利用率是无线通信系统中研究的热点。MIMO(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术能够充分利用空... 详细信息

随着各种新型通信业务的出现,人们对无线通信信息速率、系统容量的要求越来越高。由于频谱资源有限,如何高效地使用有限资源,提高谱频利用率是无线通信系统中研究的热点。MIMO(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术能够充分利用空间资源,在不提高无线发射功率和增加信道带宽的情况下,有效地增加信道容量,提高信道利用率,其是LTE-A系统中的关键技术。然而,由于用户终端具有体积小、成本低、电池容量小等特点,导致多天线技术在LTE-A上行链路用户端的使用变地尤为困难。虚拟MIMO技术的提出解决了这个难题。它将配备单天线的多个独立用户终端进行配对,构建虚拟MIMO,以获得传统MIMO的效果。虚拟MIMO中最为关键的技术就是用户配对算法,算法的优劣直接影响系统的性能。本文主要研究的就是LTE-A上行链路虚拟MIMO中基于线性接收机的用户配对算法。本文首先对LTE-A上行链路虚拟MIMO基本原理进行了详细阐述,介绍了虚拟MIMO的技术特点,并对虚拟MIMO系统模型进行了描述,同时简要介绍了其在LTE-A系统中的发展趋势,然后对四种基本的用户配对算法进行了研究和分析。在线性检测算法下,检测后的MSE可以显式地计算出来,基于这一点,本文为配对后的MSE设定一个门限,以此保证系统的性能,在此基础上尽可能增大配对用户数使系统获得较高的传输速率。基于该思想,在线性检测下提出了基于MSE的用户配对算法以及两种次优算法,在保证MSE的情况下使得系统传输速率最大。基于MSE的用户配对算法直接使用检测后的均方误差值,两种次优算法分别运用矩阵最小特征值和最小特征值估计来近似计算均方误差。这三种算法的计算精确度依次降低,计算复杂度也依次降低。最后对这三种算法在单载波和多载波下分别进行了仿真。仿真结果表明,所提算法能在MSE和SER保证下,使系统吞吐量尽可能地大。三种算法的性能依次略有下降,两种次优算法,能在计算复杂度与系统性能间获得折中。

关键词：虚拟多输入多输出用户配对算法均方误差吞吐量增强型长期演进系统

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多协作中继系统的最优功率分配

北京邮电大学学报 2009年第3期32卷 10-13,45页

作者：啜钢温小军张路林立凡杨大成北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 泛网无线通信教育部重点实验室(北京邮电大学) 北京100876

为研究中继系统的功率分配对系统容量的影响,探讨总功率一定的情况下,为达到系统容量最大的中继系统的最优功率分配.提出了协作通信中多协作中继和多接收天线功率分配的分析模型.采用了矩阵的奇异值分解(SVD)的方法来分析系统的信道矩阵... 详细信息

为研究中继系统的功率分配对系统容量的影响,探讨总功率一定的情况下,为达到系统容量最大的中继系统的最优功率分配.提出了协作通信中多协作中继和多接收天线功率分配的分析模型.采用了矩阵的奇异值分解(SVD)的方法来分析系统的信道矩阵,得到了一种在功率一定的条件下使信道容量达到最大的最优功率分配方案(OPA),得出了最优功率分配系数的封闭表达式,并在相同假设条件下与平均功率分配(EPA)进行比较,得出在相同条件下OPA比EPA的性能好.

关键词：协作通信虚拟多输入多输出中断概率最优功率分配平均功率分配

VMIMO系统基于MMSE-SIC接收机的配对调度策略

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北京邮电大学学报 2008年第5期31卷 126-130页

作者：王晓婷王文博范斌北京邮电大学泛网无线通信教育部重点实验室北京100876 北京跟踪与通信技术研究所北京100876

提出了一种应用于虚拟多输入多输出(VMIMO)系统中基于最小均方误差串行干扰消除(MMSE-SIC)接收机的分组可调公平配对调度算法.算法通过比例公平(PF)调度选取首用户,并采用分组与所设计的可调度量准则相结合的方式选择配对用户.仿真结果... 详细信息

提出了一种应用于虚拟多输入多输出(VMIMO)系统中基于最小均方误差串行干扰消除(MMSE-SIC)接收机的分组可调公平配对调度算法.算法通过比例公平(PF)调度选取首用户,并采用分组与所设计的可调度量准则相结合的方式选择配对用户.仿真结果表明,该算法能够在开发多用户分集增益的同时,利用MMSE-SIC接收机的特点使小区边缘用户的服务质量得到提高.并且通过可调系数获得系统吞吐量与用户公平性之间的平衡.

关键词：虚拟多输入多输出串行干扰消除配对调度

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多跳协作V-MIMO信道遗传优化估计

中国科学：信息科学 2016年第7期46卷 913-924页

作者：张祖凡张宇唐彦楠重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

针对多跳协作虚拟多输入多输出(virtual multiple input multiple output,V-MIMO)系统信道估计问题,研究分析了多跳级联信道和能量泄露对信道稀疏性的破坏性,考虑到采用译码转发协作能够避免级联信道估计产生的估计误差积累,遗传算法优... 详细信息

针对多跳协作虚拟多输入多输出(virtual multiple input multiple output,V-MIMO)系统信道估计问题,研究分析了多跳级联信道和能量泄露对信道稀疏性的破坏性,考虑到采用译码转发协作能够避免级联信道估计产生的估计误差积累,遗传算法优化正交基可以提高信道稀疏度,提出基于译码转发协作的多跳协作V-MIMO系统的遗传算法优化正交基信道估计算法.仿真结果表明,相比放大转发,所提出的算法提高了信道估计精确度、降低了多跳协作V-MIMO系统的误符号率.

关键词：虚拟多输入多输出稀疏信道信道估计遗传优化多跳协作

一种基于SNR门限的上行虚拟MIMO配对算法

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通信技术 2010年第10期43卷 103-105页

作者：陈清方旭明黄博西南交通大学信息编码与传输省重点实验室四川成都610031

虚拟多输入多输出(VMIMO)系统由多个单天线的移动终端配成一组,占用相同的时频资源传输信息,关键技术之一是用户配对算法。基于传统的配对算法无法兼顾到配对用户间远近效应与系统吞吐量问题,提出了一种基于信噪比(SNR)门限融合调度的上... 详细信息

虚拟多输入多输出(VMIMO)系统由多个单天线的移动终端配成一组,占用相同的时频资源传输信息,关键技术之一是用户配对算法。基于传统的配对算法无法兼顾到配对用户间远近效应与系统吞吐量问题,提出了一种基于信噪比(SNR)门限融合调度的上行VMIMO配对算法。仿真结果表明,所提算法在保证低信噪比用户服务质量的基础上提高了系统吞吐量,同时可以降低对相邻小区的干扰,减小系统丢包率,更适合实际系统的应用。

关键词：虚拟多输入多输出用户配对调度信噪比门限

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平坦瑞利衰落信道中虚拟MIMO信号盲识别

通信技术 2007年第12期40卷 60-62页

作者：陈庆华谢显中郑轶通信系统信息控制技术国防重点实验室浙江嘉兴314033 重庆邮电大学移动通信信息产业部重点实验室重庆400065

文中首先讨论了无线通信中的单用户单天线信号、虚拟MIMO信号和MIMO信号三种信号的模型,然后讨论了非混合信号情况下,通过用MUSIC算法对这三种信号的DOA进行盲估计,盲识别出平坦瑞利衰落信道中虚拟MIMO信号的方法。仿真结果表明,该方法... 详细信息

文中首先讨论了无线通信中的单用户单天线信号、虚拟MIMO信号和MIMO信号三种信号的模型,然后讨论了非混合信号情况下,通过用MUSIC算法对这三种信号的DOA进行盲估计,盲识别出平坦瑞利衰落信道中虚拟MIMO信号的方法。仿真结果表明,该方法是可行的。

关键词：虚拟多输入多输出盲识别多重信号分类算法波达方向盲估计

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面向实时监测无线传感网络应用的通信协议

测绘科学 2016年第9期41卷 181-185页

作者：周桃云梁平元成运张怡湖南人文科技学院湖南娄底417000 西北工业大学西安710072

针对WSN中虚拟MIMO传输的能量节省与均衡问题,该文提出了一种新的自适应MAC信道接入协议,该协议在每个数据包的基础上,同时调节传输方式、传输功率和调制阶数,使包括传输功耗和电路功耗的总能耗最小;分析了MAC协议中的平均误码率及信噪... 详细信息

针对WSN中虚拟MIMO传输的能量节省与均衡问题,该文提出了一种新的自适应MAC信道接入协议,该协议在每个数据包的基础上,同时调节传输方式、传输功率和调制阶数,使包括传输功耗和电路功耗的总能耗最小;分析了MAC协议中的平均误码率及信噪比与调制阶数的关系及2-天线协作MIMO传输与SISO传输的平均能耗;讨论了STC与LTC距离的取值范围,确定了相对于传统SISO节省能量的下边界距离。最后,仿真验证了A-MAC协议能有效降低网络能耗,同时吞吐量性能也得到了一定的改善,在数据采集及环境测量等方面具有一定的应用价值。

关键词：无线传感网络 MAC协议平均能耗虚拟多输入多输出

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井下无线传感器网络能量空洞问题研究

工矿自动化 2013年第7期39卷 26-29页

作者：张申常飞乔欣中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心江苏徐州221008 中国矿业大学信息与电气工程学院江苏徐州221008

提出利用虚拟多输入多输出的思想来解决煤矿无线传感器网络的能量空洞问题,并提出了一种基于能量均衡的多跳非均匀分层分簇协议MUHC;阐述了MUHC传输模型,并分析了基于MUHC的虚拟多输入多输出系统能耗。Matlab仿真结果表明,与经典的LEAC... 详细信息

提出利用虚拟多输入多输出的思想来解决煤矿无线传感器网络的能量空洞问题,并提出了一种基于能量均衡的多跳非均匀分层分簇协议MUHC;阐述了MUHC传输模型,并分析了基于MUHC的虚拟多输入多输出系统能耗。Matlab仿真结果表明,与经典的LEACH协议及EEUC协议相比,MUHC协议能够平衡整个网络的能量,延长网络生存时间,缓解能量空洞问题。

关键词：无线传感器网络能量空洞虚拟多输入多输出 MUHC协议

无线传感器网络中vMIMO路由的能量有效性研究

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无线传感器网络中vMIMO路由的能量有效性研究

作者：孙文君中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着信息技术和移动互联网的发展,人与人、人与物、物与物的联系正在逐渐加深。无线传感器网络(WSNs)作为椎动物联网藩勃发展的关键性技术,吸引了学术界和工业界的广泛关注。作为一种新的网络形态,无线传感器网络架起了人与物信息交流... 详细信息

随着信息技术和移动互联网的发展,人与人、人与物、物与物的联系正在逐渐加深。无线传感器网络(WSNs)作为椎动物联网藩勃发展的关键性技术,吸引了学术界和工业界的广泛关注。作为一种新的网络形态,无线传感器网络架起了人与物信息交流的桥梁,在医疗护理、环境监测、军事安全等领域获得丰硕的应用成果。然而,在大规模应用部署之前传感器网络仍然受到一些关键性问题的困扰,特别是能效问题,严重影响网络的部署规模,制约网络使用寿命。传感器结点往往体积小、结构简单,携带的能量有限。在能源补充、替换手段受到环境因素制约时,降低节点能耗,提高能量有效性成为延长网络寿命的主要途径。在众多节能方案中,基于虚拟多输入多输出(vMIMO)技术的能效路由逐渐成为研究热点。本文基于大量vMIMO路由的研究成果,针对当前研究中普遍存在的不足,构建了一个简洁有效的vMIMO传输模型并开展能量有效的路由研究。本文的传输模型摆脱了固定结构如分簇的约束,放开了合作传输模式的自由选择,从而保证相关算法能够充分发掘空间分集带来的能效优势。在此之上,本文针对能效的能量、生命期优化问题分别展开路由方案与算法设计：(1)基于vMIMO的能量最小路由问题。该问题关注路由过程中各节点的整体能耗水平,要求路由方案寻找一条从源节点到目的节点的最节能转发路径。针对此问题,本文基于Bellman-Ford算法,提出了一个分布式的能量最小的vMIMO路由算法(DEMVA)。它通过构造虚拟合作图来转化vMIMO传输中节点间的合作关系,形成统一的路由计算,最后分布式求解得到能耗最少的路由。从虚拟合作图中的节点、链路组成入手,本文给出了该算法时间复杂度和消息复杂度的详细分析。实验结果表明,本算法能够充分挖掘节点间的vMIMO合作传输关系,实现最优的算法性能。例如,该算法比传统的路由方案平均可以节省30%左右的能量消耗。(2)基于vMIMO的生命期最优路由问题。当vMIMO路由仅关注总体的能量消耗,而忽略路径中节点的剩余能量水平时,随着时间的推移网络中将会出现路由中断、拓扑变动等问题,从而影响节能的实际效果。因此,本文从路由生命期优化的角度进一步探究能量有效性,提出了一个分布式的面向生命期优化的vMIMO路由算法(DLOVA)。该算法首先借鉴最短路径算法思想,计算非合作条件下的生命期最优路由,在此之上构建节点间的vMIMO合作传输,通过多次迭代不断延长路由的生命期。经过理论分析,该算法能够实现近似比为4的性能保证。实验结果表明,本算法展现出明显的性能优势,例如在密集拓扑下,相对于协作通信中的路由算法平均可以延长20.2%的生命期。

关键词：虚拟多输入多输出路由能量有效性生命期无线传感器网络