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高速移动场景下基于贪婪算法的改进模代数预编码

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计算机科学 2019年第8期46卷 121-126页

作者：廖勇杨馨怡夏茂菡王博李守智沈轩帆重庆大学通信与测控中心重庆400044 重庆大学微电子与通信工程学院重庆400044

针对高速移动场景下信道时频域选择性衰落特性给多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统的预编码带来的技术挑战,文中提出了一种基于贪婪算法的用户调度方案,该方案以信道容量最大化为目标对用户进行调度并排序;进而为用户... 详细信息

针对高速移动场景下信道时频域选择性衰落特性给多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统的预编码带来的技术挑战,文中提出了一种基于贪婪算法的用户调度方案,该方案以信道容量最大化为目标对用户进行调度并排序;进而为用户调度提出一种基于贪婪算法的改进模代数预编码(Tomlinson-Harashima Precoding,THP)算法,根据用户调度结果,对信道矩阵进行选择重构,将重构后的信道矩阵应用到THP算法中,以对传统THP进行优化,从而提高预编码精度。仿真结果表明,相比传统预编码,所提预编码具有更优的误码率(Bit Error Ratio,BER)性能和信道容量,并且其鲁棒性能更好,验证了所提算法能有效地适应高速移动场景。

关键词：高速场景 MIMO 模代数预编码用户调度贪婪算法

基于模代数预编码的MIMO室内可见光通信系统

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计算机工程 2017年第3期34卷 84-88页

作者：张云艳王辉南京工业大学计算机科学与技术学院南京211816

针对基于模代数预编码(THP)的多用户多输入多输出(MIMO)室内可见光通信系统存在误码率高、功率利用率低的问题,提出一种基于格基规约THP的多用户MIMO(MU-MIMO)通信系统。通过改进的格基规约THP对信道矩阵进行优化使其满秩,在此基础上,... 详细信息

针对基于模代数预编码(THP)的多用户多输入多输出(MIMO)室内可见光通信系统存在误码率高、功率利用率低的问题,提出一种基于格基规约THP的多用户MIMO(MU-MIMO)通信系统。通过改进的格基规约THP对信道矩阵进行优化使其满秩,在此基础上,设计多用户接收信号均衡分配方案。仿真结果表明,在信噪比较高且信道不稳定的情况下,MU-MIMO通信系统具有较强的鲁棒性以及较低的误码率,多用户接收信号均衡分配方案有效解决了THP算法中用户接收信息的公平分配问题。

关键词：可见光通信多输入多输出模代数预编码格基规约信噪比鲁棒性

多用户MIMO系统中的模代数预编码与有限反馈技术研究

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多用户MIMO系统中的模代数预编码与有限反馈技术研究

作者：卢国仙北京邮电大学

学位级别：硕士

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统能够有效提升信道容量,尤其是其中的MIMO空分复用技术能够使系统的信道容量随着收发天线数的增加呈线性增长。不过由于MIMO空分复用技术在每根收发天线上使用相同的时频资源传... 详细信息

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统能够有效提升信道容量,尤其是其中的MIMO空分复用技术能够使系统的信道容量随着收发天线数的增加呈线性增长。不过由于MIMO空分复用技术在每根收发天线上使用相同的时频资源传输信息,不可避免地造成系统的共信道干扰。预编码能够有效消除MIMO空分复用引入的共信道干扰,而模代数预编码则是其中的一种非常有效的消除干扰的预编码方法。由于多用户MIMO相对单用户MIMO具有更好的系统性能以及灵活性,所以论文主要研究了多用户MIMO系统中的模代数预编码技术,针对目前模代数预编码研究不足的问题,重点解决了模代数预编码的有限反馈问题,具体的研究工作主要概括为如下：首先研究了多用户MIMO模代数预编码技术。重点推导了非完美信道信息下模代数预编码与线性迫零预编码的信道容量,仿真分析了非完美以及完美信道信息下模代数预编码与线性迫零预编码的性能差异,理论推导与仿真表明模代数预编码的信道容量相对线性迫零预编码具有较大提升在此基础上,研究并解决了多用户MIMO模代数预编码有限反馈问题。理论推导与仿真表明多用户MIMO模代数预编码只需反馈信道矩阵分解得到的右特征矩阵即可满足模代数预编码要求。提出了一种正交量化信道右特征矩阵的算法,该算法能够在保持低复杂度的同时保证量化后的右特征矩阵的列向量之间正交。论文从信道容量、误码性能以及算法复杂度等角度全面评估了多用户MIMO模代数预编码的性能,评估表明多用户MIMO模代数预编码具备未来成为3GPP制定的移动通信标准的潜力。最后重点阐述了室内热点场景下多用户MIMO模代数预编码的应用前景。分析了室内热点场景下的信道特点,分析表明室内热点场景是非常适合使用模代数预编码的。并在此基础上提出了室内热点场景下多用户MIMO预编码动态自适应切换方案,该方案的一大亮点是能够保证模代数预编码与线性迫零预编码的无缝切换,从而为多用户MIMO模代数预编码的标准化应用奠定了坚实的基础。

关键词：多输入多输出(MIMO) 模代数预编码非完美信道有限反馈右特征矩阵正交量化

基于模代数预编码的室内可见光通信系统性能研究

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基于模代数预编码的室内可见光通信系统性能研究

作者：马宁宁南京邮电大学

学位级别：硕士

可见光通信(VLC)是一项基于白光LED,能够在满足照明的同时实现高速数据传输的新型通信技术。该技术被认为具有广泛的发展前景,但仍然存在一些局限性,其中最主要的挑战来自于LED有限的带宽,它限制了数据的传输速率。多用户MIMO(MU-MIMO)... 详细信息

可见光通信(VLC)是一项基于白光LED,能够在满足照明的同时实现高速数据传输的新型通信技术。该技术被认为具有广泛的发展前景,但仍然存在一些局限性,其中最主要的挑战来自于LED有限的带宽,它限制了数据的传输速率。多用户MIMO(MU-MIMO)室内VLC系统的提出可以有效解决这个问题,但多用户干扰(MUI)又成了一个新的挑战。预编码技术可以在发送端完全消除MUI,目前应用于MU-MIMO室内VLC系统的预编码算法为块对角化(BD)预编码。尽管BD预编码算法可以消除MUI,但其简单的线性操作和矩阵的奇异值分解,会使得属于同一用户终端的光接收机之间性能差异较大。模代数预编码(THP)是一种典型的非线性预编码,它被广泛认为更适合应用于MIMO系统。本文提出了一种基于THP的MU-MIMO室内VLC系统,并且采用了一种改进型模代数预编码(OTHP)来改善系统性能。本文首先介绍了室内VLC系统的基本原理,并且分析了白光LED光源的调制特性及光学特性。其次,分别介绍了BD、THP和OTHP三种预编码算法的基本原理,并且分析了预编码技术应用于VLC系统的局限性,即信道矩阵的相关性。针对信道矩阵的相关性,本文给出了解决方案:同一用户终端的两个光接收机分别采用不同的视场角(FOV)。本文着重仿真分析了基于BD、THP和OTHP三种预编码算法的MU-MIMO室内VLC系统的误码性能,结果表明:采用OTHP算法的通信系统误码性能最优。最后,为了进一步降低信道矩阵的相关性,并且使光接收机模型更符合实际应用,本文采用了两种倾斜式光接收机,一种是单边倾斜式光接收机,另一种是双边倾斜且具有不同FOV的光接收机。本文在分别采用上述两种光接收机模型的前提下,仿真分析了基于OTHP算法的MU-MIMO室内VLC系统的误码性能,并且研究了用户终端的移动性对该系统误码性能的影响。

关键词：白光LED 可见光通信多用户多入多出模代数预编码

MIMO无线通信系统中的模代数非线性预编码技术研究

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MIMO无线通信系统中的模代数非线性预编码技术研究

作者：吴琪电子科技大学

学位级别：硕士

多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)系统是下一代无线通信系统的重要备选方案。预编码技术是MIMO无线通信系统中的关键技术之一。预编码能利用发射端信道信息对发射信号进行预处理,从而显著的增加系统容量、提高通信可靠性;... 详细信息

多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)系统是下一代无线通信系统的重要备选方案。预编码技术是MIMO无线通信系统中的关键技术之一。预编码能利用发射端信道信息对发射信号进行预处理,从而显著的增加系统容量、提高通信可靠性;是当前无线通信技术的研究热点。模代数预编码又称为Tomlinson-Harashima预编码,是非线性预编码的典型代表。模代数预编码最先应用于单天线系统后来被扩展到MIMO系统,在消除码间干扰、子载波间干扰、多用户干扰以及多天线系统信道均衡方面有着广泛的应用。本论文以模代数预编码为研究重点,分单用户和多用户两种应用场景进行讨论;对影响系统性能的关键因素作了理论分析,并以此为出发点对模代数预编码进行了深入地研究。本论文的主要研究内容与贡献包括:多调制方式、天线扩展方式、天线选择方式和改进结构模代数预编码。多调制方式模代数预编码能够充分利用多输入多输出系统的空分复用能力,满足不同用户的服务质量需求。天线扩展方式和天线选择方式能够在各种不同的系统天线配置情况下使用模代数预编码,增加了模代数预编码在实际应用中的灵活性同时以增加天线配置为代价获得显著的性能增益。改进结构是模代数预编码的一种优化方案,通过附加有限码本构造等效信道,能够在不增加天线配置的前提下获得可观的性能增益。本论文以纵向研究为主线,分为五个章节。第一章为绪论,对全文的主要内容和背景知识做了概括性的介绍,主要介绍了MIMO和预编码方面的基础知识。第二章详细介绍了模代数预编码基本理论,分单用户和多用户两种场景介绍了系统模型、矩阵构造和系统性能,是本论文后续的研究出发点和比较基础。第三章深入讨论了多调制方式、天线扩展方式和天线选择方式,是对模代数预编码的深入研究。第四章根据第三章的研究结论,借鉴有限反馈思想提出了单用户模代数预编码的一种改进结构,是第三章研究结果的进一步深入。第三章和第四章是本论文的核心部分,是主要工作量和创新点的体现。第五章总结全文,并对下一步研究提出了建议。

关键词：模代数预编码多调制天线扩展天线选择改进结构

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一种新的非线性预编码算法

北京理工大学学报 2012年第1期32卷 72-76页

作者：郑凤陈润芊卢国仙武穆清北京邮电大学网络体系架构与融合北京市重点实验室北京100876 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

为解决传统模代数预编码算法在信道条件不好时误码率高的问题,提出了将格点减少技术与模代数算法相结合的新的非线性预编码算法.该算法利用格点减少技术对实际信道矩阵进行正交处理,以提升系统的整体误码性能及保证用户间的公平性.仿真... 详细信息

为解决传统模代数预编码算法在信道条件不好时误码率高的问题,提出了将格点减少技术与模代数算法相结合的新的非线性预编码算法.该算法利用格点减少技术对实际信道矩阵进行正交处理,以提升系统的整体误码性能及保证用户间的公平性.仿真结果表明,该算法能够明显地改善系统的误码性能,且随着信噪比的提高,该算法的性能也逐渐提升.

关键词：多用户多输入多输出(MU-MIMO) 模代数预编码迫零算法格点减少

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MIMO系统有限反馈预编码技术研究

MIMO系统有限反馈预编码技术研究

作者：陈润芊北京邮电大学

学位级别：硕士

多入多出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术凭借在提高频谱利用率方面的极大优势成为未来无线通信系统的一项关键技术。在多用户多入多出(Multi-user MIMO, MU-MIMO)系统中,基站在相同的时频资源块和多个用户传递信息,在成倍... 详细信息

多入多出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术凭借在提高频谱利用率方面的极大优势成为未来无线通信系统的一项关键技术。在多用户多入多出(Multi-user MIMO, MU-MIMO)系统中,基站在相同的时频资源块和多个用户传递信息,在成倍地提高系统频谱资源利用率的同时不可避免地引入了用户及子数据流间的干扰。预编码正是通过发射端的预处理消除空间信号干扰的一种有效措施。下行链路预编码技术的应用一方面大大简化了用户终端信号处理难度,另一方面极大地提高了系统的可靠性。本文针对多入多出系统中的有限反馈预编码技术做了如下研究：1.研究了无线信道特点、多入多出系统传输模型及系统容量的推导,总结了现有系统的反馈方案,针对典型预编码算法的基本原理、实现流程及优缺点进行了深入分析。2.针对目前主流的模代数预编码,提出了只反馈信道方向信息的改进方案,该方案无需反馈幅度信息,大大节省了反馈量。研究了该方案下基于矢量量化反馈及标量量化反馈的模代数预编码具体实现流程,并对基于量化反馈的模代数预编码系统容量进行了推导,通过理论及仿真对该方案的有效性进行了验证。3.研究了时分复用系统利用上下行信道间的互易性进行模代数预编码的方案,分析了信道时变性、信道估计误差、射频器件不对称、上行探测信号带宽受限等四种影响信道互易性的因素并研究了对应的补偿方案,最后通过仿真评估了信道时变性及射频器件不对称两个因素对信道互易性及模代数预编码算法性能的影响。

关键词：多入多出模代数预编码有限反馈信道方向信息互易性

多用户MIMO通信系统下行链路预编码技术研究

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多用户MIMO通信系统下行链路预编码技术研究

作者：马国栋北京邮电大学

学位级别：硕士

多输入多输出（MIMO）系统在不增加信道带宽的情况下,有效提高了系统的容量,它是下一代无线通信系统的关键技术之一。预编码技术是利用发射端已知的信道状态信息对发射信号进行处理以消除不同用户不同信道之间的干扰的一种技术。预编码... 详细信息

多输入多输出（MIMO）系统在不增加信道带宽的情况下,有效提高了系统的容量,它是下一代无线通信系统的关键技术之一。预编码技术是利用发射端已知的信道状态信息对发射信号进行处理以消除不同用户不同信道之间的干扰的一种技术。预编码技术已成为无线通信系统研究的热点之一。预编码技术分为线性预编码和非线性预编码两大类,这在本文的第三章有详细的介绍。本文重点对模代数预编码（THP）进行介绍分析,它是非线性预编码的典型代表。这是一种基于污纸编码思想的预编码技术,它大大简化了污纸编码的复杂度,在性能上取得了一个折中。为了进一步提高现有的模代数预编码性能,本文结合格点减少思想,提出了基于格点减少的模代数预编码技术。该技术在保证原模代数预编码技术特点的基础上,有效提高了模代数预编码的性能。首先,本文对多入多出（MIMO）信道的容量进行了介绍分析,分别给出了不同信道状况下的信道容量计算方法,包括恒参信道容量和随参信道容量;同时,为了更好地理解预编码技术,本文对信号检测技术进行了研究,分别研究了线性、非线性和最优信号检测方法,并对不同信号检测方法的性能进行了仿真分析。其次,本文研究了几种典型的线性和非线性预编码技术。线性预编码主要包括迫零、最小均方误差、信漏噪声比和快对角化的预编码技术;非线性预编码主要包括污纸编码,基于迫零和最小均方误差的模代数预编码以及排序的模代数预编码。针对模代数预编码,本文分别基于格点减少技术提出了两种改进方法,这两种改进方法是对发射信道的信道矩阵的改进。分别将改进的方法与传统的模代数预编码和排序的模代数预编码对比,其性能都有了很大的提高。论文中的格点减少算法是利用LLL算法来实现的,通过对LLL算法的分析,使得我们对基于格点减少的模代数预编码原理有了更清晰的认识。将格点减少技术用于不同准则（迫零和最小均方误差）下的模代数预编码,仿真结果表明其性能都有了明显的提升。最后,结合现有的新技术标准,对3GPP R10版本的基于码本的预编码技术进行了研究分析。通过本文的介绍,使我们对LTE-A中基于码本的预编码技术有了更清楚的认识。文中对LTE中的参考信号和天线端口的概念进行了介绍。本文分别介绍了基于不同天线端口的预编码方式,包括基于空间复用的预编码和基于发射分集的预编码技术。最后,总结论文的研究结果,并明确提出下一步的研究方向。

关键词：多输入多输出系统信道容量信号检测模代数预编码格点减少码本预编码

LTE及下一代通信系统中MU-MIMO预编码技术研究

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LTE及下一代通信系统中MU-MIMO预编码技术研究

作者：刘翠杰北京邮电大学

学位级别：硕士

多输入多输出(Multi-Input Multi-Output, MIMO)技术是LTE及下一代无线通信系统的物理层核心技术,可以显著提高系统容量。预编码技术利用信道信息,在发送端对信号进行预操作,可以有效抑制多用户MIMO系统用户间干扰,增加对信道的适应性,... 详细信息

多输入多输出(Multi-Input Multi-Output, MIMO)技术是LTE及下一代无线通信系统的物理层核心技术,可以显著提高系统容量。预编码技术利用信道信息,在发送端对信号进行预操作,可以有效抑制多用户MIMO系统用户间干扰,增加对信道的适应性,提高通信可靠性。由于大尺度衰落、信道时变性、信道估计误差等因素的影响,实际系统中发射机往往无法得到准确的信道状态信息,需要接收端利用低数据率的反馈信道反馈该信息。基于有限反馈的预编码系统设计符合实际应用,可以为蜂窝移动通信系统提供符合需求的实现方案。本论文的主要内容和核心贡献包括：对有限反馈技术、线性预编码技术、模代数预编码技术进行综述和分析,并分别仿真性能。本论文以模代数预编码技术为研究重点,分别针对集中式模代数预编码、分布式模代数预编码两种情况进行讨论,研究并推导了有限反馈的情况下模代数预编码系统的信道容量。针对实际系统中带宽和开销的限制,提出了反馈量低的模代数预编码改进算法,在保证系统性能的基础上有效降低反馈开销。本文针对下一代通信系统,研究模代数预编码的系统性能和技术特点,并提出合理化的应用建议。本文以纵向研究为主线,共分为七章。第一章为绪论,对论文研究内容和背景知识做了概括性的介绍。第二章详细介绍LTE系统下行预编码技术,MU-MIMO预编码理论和链路级仿真流程。第三章着重研究基于有限反馈的预编码技术,包括反馈方式及内容、码本设计和选择算法,这是论文后续研究的理论基础。第四章是本论文的重点和创新部分,深入研究分布式、集中式模代数预编码的系统模型和信道容量,并提出接收端优化的改进算法。本章还针对实际应用场景,对预编码量化处理进行研究,这是对模代数预编码的深入研究。第五章在第三、四章的理论基础上,进行仿真验证,并详细分析仿真结果。第六章则针对下一代通信系统中室内热点环境,分析模代数预编码的应用前景。最后,第七章总结全文,并对下一步研究提出了建议。

关键词：有限反馈码本矢量量化模代数预编码