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室内MIMO可见光通信系统信道相关性和信道间干扰研究

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室内MIMO可见光通信系统信道相关性和信道间干扰研究

作者：杭程南京邮电大学

学位级别：硕士

可见光通信使用白光发光二极管（LED）作为光源,具有能耗低、频谱资源丰富、保密性好等优点,是室内无线通信的一种有效补充。由于白光LED的调制带宽有限,限制了室内可见光通信系统传输速率的提升,使用多入多出（MIMO）技术是解决这一问... 详细信息

可见光通信使用白光发光二极管（LED）作为光源,具有能耗低、频谱资源丰富、保密性好等优点,是室内无线通信的一种有效补充。由于白光LED的调制带宽有限,限制了室内可见光通信系统传输速率的提升,使用多入多出（MIMO）技术是解决这一问题的主要技术。在实际的室内MIMO可见光通信中,信道之间的干扰和信道之间的相关性是影响其通信质量的主要因素,针对这两个问题,本文采用理论分析和实验仿真等方法,针对室内可见光通信信道相关性及信道间干扰等关键问题进行了全面深入的研究。论文首先简述了室内多入多出可见光通信系统的发展历程和研究现状,详细分析了室内可见光系统的模型和相关特性。论文全面分析和讨论了室内可见光通信系统中MIMO关键技术、室内MIMO可见光系统的相关特性和室内MIMO可见光系统通信质量的影响因素及一般解决方法。针对信道间干扰和信道间的相关性问题,论文提出了一种基于发送端选择的室内MIMO可见光系统的优化方法,通过对信道矩阵作奇异值分解确定实际有效的空分复用传输流,综合考虑系统容量和接收端误码率性能,在性能最优的传输流上分配相应的功率,理论分析和实验仿真表明,相比于传统的奇异值预编码算法,改进之后算法的系统容量最多可以提高80%;误码率在不超过15d B时便可降到系统要求。针对现有研究对接收机的优化主要集中在空分复用的情况,论文提出了一种基于空间调制的室内MIMO可见光系统接收机位置优化方法,通过对粒子群算法进行的优化,寻找使得系统容量最大的接收机位置即为最佳接收位置。通过理论分析和仿真实验,获得了空间调制情况下,使用不同MIMO方案室内接收机的最佳接收位置,同时验证了优化后的粒子群算法的收敛速度略快于未优化的算法。此外,针对不同的房间形状进行实验,使用上述方法,得到了不同房间形状下的接收机的最佳接收位置。

关键词：可见光通信多入多出技术信道间干扰信道相关性空间调制

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交叉极化天线阵列信道的相关性

北京邮电大学学报 2010年第4期33卷 97-101页

作者：聂欣张建华张平刘泽民泛网无线通信教育部重点实验室(北京邮电大学) 北京100876 北京邮电大学无线新技术研究所北京100876

针对符合多簇拉普拉斯分布的功率角度谱,推导了适用于均匀线阵和均匀圆阵信道相关性的闭式表达式.该表达式反映了信道角度功率谱以及交叉极化鉴别率对信道相关性的影响.比较了具有相同角度扩展的单簇与多簇拉普拉斯角度功率谱引入信道... 详细信息

针对符合多簇拉普拉斯分布的功率角度谱,推导了适用于均匀线阵和均匀圆阵信道相关性的闭式表达式.该表达式反映了信道角度功率谱以及交叉极化鉴别率对信道相关性的影响.比较了具有相同角度扩展的单簇与多簇拉普拉斯角度功率谱引入信道相关性的差异.分析了簇内角度扩展不同时,天线阵列信道相关性随均匀线阵天线间距或均匀圆阵半径的变化.给出了簇内平均角和簇内角度扩展分别取不同值时,信道交叉极化鉴别率对应的等效天线间距.

关键词：信道相关性天线间距交叉极化鉴别率角度功率谱

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信道相关性对多入多出系统性能的影响

北京邮电大学学报 2003年第1期26卷 23-26,31页

作者：付景兴杨大成常永宇北京邮电大学电信工程学院北京100876

通过仿真研究了信道相关性对多入多出系统性能的影响,结果表明,在使用多入多出天线的平坦衰落信道中,影响性能的关键因素是天线位置与本地散射体分布的不同引起的相关性变化.

关键词：多入多出系统信道相关性本地散射体天线平坦衰落信道

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基于信道相关性的下行传输方法研究

基于信道相关性的下行传输方法研究

作者：万晨华中科技大学

学位级别：硕士

随着互联网的快速发展,智能终端设备与应用软件激增,带来的是对无线网络更高速率和更高带宽的需求。为了进一步提升系统性能,业界提出了大规模天线技术。在频分双工系统中,该技术会造成较大的信道估计和反馈的开销,且在数据处理时,矩阵... 详细信息

随着互联网的快速发展,智能终端设备与应用软件激增,带来的是对无线网络更高速率和更高带宽的需求。为了进一步提升系统性能,业界提出了大规模天线技术。在频分双工系统中,该技术会造成较大的信道估计和反馈的开销,且在数据处理时,矩阵运算的计算量随着矩阵维度增加显著上升。本文考虑利用信道相关特性有效地压缩信道维度,同时消除用户组间干扰,简化整个下行传输的复杂度。在现实场景中,用户智能终端往往呈现相对稳定的地理群聚分布。地理散射条件受限的用户组信道会存在自相关性,本文研究了信道相关性的物理建模和特定模型下信道相关矩阵的特性,以及信道相关性对多天线多用户系统的影响。这些特性是能够对用户信道进行分组、干扰消除和维度压缩处理的基础。本文基于该思想研究了蜂窝网络下行传输的两步预编码方案。其中,外层预编码由分组后的用户信道相关矩阵得到,目的是先利用统计信息来消除组间干扰,降低用户有效信道维度,且使得下行传输能独立成若干子组并行处理;内层预编码再根据降维后瞬时等效信道进行子组的多用户预编码和用户选择。本文通过仿真分析不同情形下的系统和速率与导频开销,验证了该方案能有效的兼顾系统性能和复杂度开销。本文还针对外层预编码中的用户矩阵聚类问题做了进一步研究和补充,提出了一种结合多元信号追踪的聚类方法,且对用户聚类中的离群点和分组值问题做了初步分析。在具体应用上,研究和验证了半正交用户选择和迫零预编码可作为内层用户选择和预编码的方案,完善了整个下行传输过程。此外,本文还扩展到异构网络情景中,分析研究了存在信道相关性的情形下,采用两步预编码,宏、微用户组间干扰和对应组空间位置的关系特性,给出了一种基于空域的干扰管理思路。

关键词：大规模天线系统信道相关性两步预编码用户聚类

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紫外通信信道相关性与多接收技术研究

紫外通信信道相关性与多接收技术研究

作者：蒙晓北京邮电大学

学位级别：硕士

紫外光(Ultraviolet,UV)通信是一种新型的无线光通信技术,采用“日盲区”紫外波段(200～280nm)的光波,利用大气微粒的散射作用进行传输。由于其具有无须严格对准、地形适应性好、保密性强、抗干扰、组网灵活等优点,可用于多种近距离复... 详细信息

紫外光(Ultraviolet,UV)通信是一种新型的无线光通信技术,采用“日盲区”紫外波段(200～280nm)的光波,利用大气微粒的散射作用进行传输。由于其具有无须严格对准、地形适应性好、保密性强、抗干扰、组网灵活等优点,可用于多种近距离复杂通信环境,并作为传统无线通信方式的一种有效补充。近年来,紫外通信的发展受到国内外相关机构的重视,不少研究机构已取得一定的科研成果。这些研究主要集中在通信系统的搭建、信道模型的仿真、器件的改进等方面,对针对紫外系统的编码方式、抗干扰技术、接收机布局等改进通信误码率的技术研究还未深入。本论文依托国家自然科学基金项目,以提升紫外通信系统性能为目标,对信道相关性和不同的接收模式进行了理论研究和实验测试。论文的主要工作和创新如下:(1)归纳了紫外通信的技术现状和面临的问题,阐述了紫外通信的原理和特点。(2)针对国内外尚无紫外信道相关性研究报道的现状,建立了紫外视距通信和非视距通信的信道模型,对紫外信道间的相关性及其对系统性能的影响进行了理论和仿真分析。(3)针对国内外紫外通信研究的空缺,设计实验方案,对紫外多径散射信道的不同噪声进行了实验测试分析,得到了紫外通信系统热噪声和紫外信道背景噪声的分布规律。(4)设计并实现了三种紫外接收机模式的实验系统及离线信号处理流程,完成了实测分析。仿真分析和实验结果均表明,与多接收模式相比,扩大接收机面积能更有效地提升紫外通信系统性能。

关键词：紫外通信多接收信道相关性误码率测试

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基于信道相关性的干扰对齐算法

基于信道相关性的干扰对齐算法

作者：孙涛北京邮电大学

学位级别：硕士

干扰是影响通信系统性能的重要因素,尤其是在以频率复用因子为1的方式进行组网的蜂窝系统中：在这种场景下,相邻小区之间不可避免的会产生同频干扰。干扰对齐作为一种新兴的干扰管理策略,指出无线通信系统在本质上不是干扰受限的,从而... 详细信息

干扰是影响通信系统性能的重要因素,尤其是在以频率复用因子为1的方式进行组网的蜂窝系统中：在这种场景下,相邻小区之间不可避免的会产生同频干扰。干扰对齐作为一种新兴的干扰管理策略,指出无线通信系统在本质上不是干扰受限的,从而引起了业界广泛的关注。本文主要研究了非理想信道状态信息下的干扰对齐技术,重点研究了信道相关性及时延对现有干扰对齐方案的影响,并利用信道统计信息设计了一个对时延的鲁棒性较强的干扰对齐方案,这对干扰对齐技术在实际移动通信系统中的应用具有参考意义。为了更好地研究干扰对齐在实际通信系统中的性能,本文首先对MIMO无线空时信道进行了介绍,包括物理性模型、分析性模型及标准化模型,并分析了这些信道模型的特点。其次,对K用户MIMO干扰信道下的一些经典干扰对齐方案进行了详细描述,其中着重阐述了闭式干扰对齐、利用迭代方式实现对齐的分布式干扰对齐等干扰对齐方案。然后,利用分析性模型中基于信道空时相关性的信道模型,评估了信道的相关性及时延对这些经典干扰对齐算法的影响,结果表明随着信道相关性及时延间隔的增加,这些经典干扰对齐算法的性能会急剧的下降。基于以上分析研究,本文设计了一个基于信道全相关矩阵的干扰对齐方案。此外,为了减少所提算法中所需的信道信息的数量,文中还采用Kronnecker模型和Weichselberger模型对基于全相关矩阵的方案进行了改进。最后通过仿真验证了本文提出的干扰对齐方案,结果表明其不仅可以有效应对时延信道状态信息对现有比较经典的干扰对齐的影响,而且还减少了需要反馈的信道信息的数量。

关键词：干扰对齐信道相关性时延干扰信道 MIMO

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室内可见光通信MIMO信道相关性研究

半导体光电 2018年第1期39卷 124-128页

作者：郭心悦李双双上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心上海市现代光学系统重点实验室上海200093

多输入多输出(MIMO)技术是室内可见光通信发展的一个重要方向,信道相关性是影响其性能的一个重要因素。为此,研究了影响MIMO信道相关性的主要因素。首先,根据朗伯辐射模型,从理论上建立了MIMO信道模型并推导了MIMO信道相关性与空间距离... 详细信息

多输入多输出(MIMO)技术是室内可见光通信发展的一个重要方向,信道相关性是影响其性能的一个重要因素。为此,研究了影响MIMO信道相关性的主要因素。首先,根据朗伯辐射模型,从理论上建立了MIMO信道模型并推导了MIMO信道相关性与空间距离参数的关系;在此基础上,建立了实验验证平台,通过实验验证了理论结果。理论及实验结果都表明:MIMO信道相关性随着发光二极管(LED)距离的增大而增大;随着光电探测器(PD)距离的增大而增大;随着LED平面与PD平面距离的减小而减小。研究结果对于室内可见光MIMO通信中LED及PD的布局有重要的指导意义。

关键词： MIMO 信道相关性可见光通信 LED

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一种抗信道相关性的高效MIMO检测算法

上海师范大学学报（自然科学版） 2016年第2期45卷 172-179页

作者：邱梦婷赵普俞晖罗汉文上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

多输入多输出(MIMO)技术作为新一代移动宽带通信的核心技术,面临着天线数目增大带来的系统增益和高信道相关性导致的检测误码之间的矛盾.对此提出一种新的格基规约(LR)辅助的K-Best算法,由于经LR处理后K-Best算法中每一个父节点的子节... 详细信息

多输入多输出(MIMO)技术作为新一代移动宽带通信的核心技术,面临着天线数目增大带来的系统增益和高信道相关性导致的检测误码之间的矛盾.对此提出一种新的格基规约(LR)辅助的K-Best算法,由于经LR处理后K-Best算法中每一个父节点的子节点不确定,本文采用基于需求的扩展方案扩展子节点,并基于候选最小堆的排序算法降低排序复杂度,平均时间复杂度从O(KN log2(KN))降低至O(K log2K),空间复杂度从O(KN)降低至O(K).并且针对经LR处理后,星座图不再是有限的所带来的检测误码,提出了一种越界控制方案提高检测的准确率.仿真结果表明,越界控制方案使得算法在高信道相关性下其误码率(BER)性能得到了3 d B的增益.并且本算法与最大自然ML算法仅有1 d B的差距,算法复杂度远小于ML算法,仅仅随着天线数呈线性增长,是一种适用于大规模天线系统的高效的MIMO检测算法.

关键词： MIMO 信道相关性格基规约 K-Best

MIMO-OFDM系统信道及其相关性的联合估计

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MIMO-OFDM系统信道及其相关性的联合估计

作者：谢凌华中师范大学

学位级别：硕士

MIMO(Multi Input Multi Output)技术能在不增加带宽的情况下显著增加信道容量，提高频谱效率;OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术以其抗信道选择性衰落和实现的简单性等技术优势受到广泛地关注。MIMO与OFDM技术的... 详细信息

MIMO(Multi Input Multi Output)技术能在不增加带宽的情况下显著增加信道容量，提高频谱效率;OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术以其抗信道选择性衰落和实现的简单性等技术优势受到广泛地关注。MIMO与OFDM技术的结合，作为B3G(Beyond 3 Generation)物理层传输技术之一，能够对抗无线信道衰落、提供高信道容量、高信息速率，满足宽带多媒体应用的需求。为提高MIMO-OFDM系统的性能，科研工作者正从多个研究方向，如同步、均衡、信源信道编码、多用户干扰抵消、空时信道编码等，进行深入地研究。其中，对多天线无线信道本身的研究，是移动通信中相当重要且非常复杂的课题。接收端信号的恢复、收发策略的确定、以及无线资源的分配均需要信道信息作为支持。但是，在现有大部分研究中，均是在假定信道为独立等分布的条件下，采用最小平方(LS，LeastSquare)准则或最小均方误差(MMSE，Minimum Mean Square Error)的方法，对MIMO-OFDM系统进行信道估计。但是，实际的MIMO信道常常存在空间相关性。此时，利用最小均方误差估计方法估计具有相关性的MIMO信道，需要已知信道相关矩阵的先验信息。如果相关矩阵可以被精确的估计，采用MMSE估计器将会取得比LS估计器更加优越的性能。由于在实际环境中，信道相关矩阵不能直接获得，目前大部分研究论文都是假设信道相关矩阵是已知的。在天线选择、自适应调制、自适应功率分配等领域都需要知道信道的空间相关性。因此，本文从系统设计的角度，对MIMO-OFDM系统信道及其相关性的联合估计进行了研究。论文在对无线衰落信道的信道特性、统计模型以及MIMO-OFDM系统进行深入研究的基础上，提出了两种不同的方法对信道及其相关性进行估计：一、基于高阶累积量的MIMO信道及其相关性的联合估计方法。此方法无需导频，不占用多余的带宽，简单利用多个四阶累积量的构造来对信道进行估计，不足之处在于具有较高的运算复杂度。二、基于小波分解方法对MIMO-OFDM信道及其相关矩阵进行联合估计的算法。此算法首先将接收信号进行采样得出接收信号的相关矩阵，而后利用小波分解去除接收相关矩阵中的噪声项，结合导频信息获得对信道相关性的估计，最后利用所估计出的信道相关性结合最小均方误差(MMSE)准则得到信道的估计值。理论分析和仿真结果表明，该方法不仅实现简单而且能够较准确的估计出信道及其相关矩阵。

关键词：信道估计 MIMO-OFDM 信道相关性四阶累积量小波分解