检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：李丹华东师范大学

学位级别：硕士

本文主要研究了下行量化太赫兹(THz)通信系统性能并分为三种情况进行讨论。在系统模型中,假设在接入点(AP)采用1比特数模转换器(DAC)而在用户端采用多比特模数转换器(ADC)。另外,我们假设AP处采用阵列天线的天线架构,其中每条射频(RF)... 详细信息

本文主要研究了下行量化太赫兹(THz)通信系统性能并分为三种情况进行讨论。在系统模型中,假设在接入点(AP)采用1比特数模转换器(DAC)而在用户端采用多比特模数转换器(ADC)。另外,我们假设AP处采用阵列天线的天线架构,其中每条射频(RF)链单独连接一个与其它天线阵列互不相交的天线子集,并且阵列天线中的每根天线均连接一个移相器。同时,我们采用了包括模拟波束成形和数字波束成形的混合波束成形技术,并考虑了数字预编码技术,主要为最大比率传输(MRT)和迫零(ZF)预编码两种方法。通过理论分析和数值仿真结果指出,当阵列天线数目趋近于无穷大时,模拟波束成形中的方向角应该由可视径(LoS)中的AoA/AoD所决定。给出了大型子阵列天线方案中量化可达速率下限的闭合表达式,发现其与发射功率无关并且在MRT和ZF两种方法下的结果相同。此外证明了,在大规模阵列天线的条件下,由相位误差引起的速率损失可以忽略不计。总的来说,文章分析了一比特DAC和多比特ADC对室内太赫兹通信系统传输速率影响的特点。

关键词：太赫兹阵列天线 1比特数模转换器低精度模数转换器相移误差

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空间相关信道下大规模MIMO系统频谱效率分析

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北京邮电大学学报 2020年第3期43卷 45-50,98页

作者：丁青锋连义翀邓玉前华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013

针对空间相关信道下存在干扰机的多用户大规模多输入多输出系统,研究了基站仅配置低精度模数转换器(ADC)的系统频谱效率性能.通过结合指数(Toeplitz)相关模型建立空间相关信道,并利用加性量化噪声模型和最大比合并算法,推导出系统频谱... 详细信息

针对空间相关信道下存在干扰机的多用户大规模多输入多输出系统,研究了基站仅配置低精度模数转换器(ADC)的系统频谱效率性能.通过结合指数(Toeplitz)相关模型建立空间相关信道,并利用加性量化噪声模型和最大比合并算法,推导出系统频谱效率的闭合表达式.基于此,进一步对理想和非理想信道状态信息下的系统频谱效率进行比较分析.仿真结果表明,随着用户发送功率和ADC精度的增加,频谱效率将出现饱和效应;当合法用户发送功率小于干扰机发送功率时,干扰机对系统的影响占主导作用;当合法用户发送功率大于干扰机发送功率时,能够有效地抑制干扰机对系统的影响.

关键词：大规模多输入多输出低精度模数转换器空间相关信道频谱效率干扰机

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低精度ADC下无小区大规模MIMO系统的频谱效率研究

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信号处理 2024年第8期40卷 1520-1530页

作者：肖海林何怡玲谢湘伟胡智群张中山湖北大学计算机与信息工程学院湖北武汉430062 北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 北京理工大学信息与电子学院北京100081

无小区大规模多输入多输出(cell-free massive multiple-input multiple-output,CF-mMIMO)系统的覆盖区域内随机部署了大量分布式接入点(access points,APs)在同一时间频率资源中服务所有的用户,可显著提升系统通信容量,是6G网络中最具... 详细信息

无小区大规模多输入多输出(cell-free massive multiple-input multiple-output,CF-mMIMO)系统的覆盖区域内随机部署了大量分布式接入点(access points,APs)在同一时间频率资源中服务所有的用户,可显著提升系统通信容量,是6G网络中最具潜力的使能技术之一。然而,大量AP处配备高精度模数转换器(analog-to-digital converters,ADCs)导致的高功耗与硬件成本,限制了CF-mMIMO系统的实际部署。为了有效地降低硬件成本,本文研究了低精度ADCs下CF-mMIMO系统的上行链路频谱效率(spectral efficiency,SE)。在不完美的信道估计下,利用加性量化噪声(additive quantization noise model,AQNM)模型和最大比合并(maximal ratio combining,MRC)接收机滤波器,推导了CF-mMIMO系统中用户上行可达速率的闭式表达式,并基于该表达式分析了AP数量、用户传输功率以及ADCs精度等系统参数对SE的影响。为了最大化CF-mMIMO系统的SE,提出了一种低精度ADCs下贪婪导频分配算法抑制导频污染。将导频分配建模为最大-最小导频优化问题,通过迭代更新速率最小用户的导频序列,使其所受导频污染的影响最小,从而最大化该用户的可达速率。最后,将配备低精度ADC的CFmMIMO系统与传统完美精度ADC系统进行性能比较。数值仿真结果表明,系统配备5位低精度ADCs时的SE逼近完美精度ADCs,增加AP端天线数可以弥补低精度ADCs导致的性能退化。此外,所提算法不仅有效抑制了导频污染,还缩小了用户之间的速率差距,提升了系统的95%用户SE。

关键词：无小区大规模MIMO系统低精度模数转换器加性量化噪声模型导频分配

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低精度ADC下大规模多输入多输出系统基于三对角迭代法的软输出信号检测

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信号处理 2022年第5期38卷 1056-1064页

作者：唐容袁连海景小荣重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 成都理工大学工程技术学院电子信息与计算机工程系四川乐山614000

受硬件成本制约,大规模多输入多输出(massive Multiple Input Multiple Output,mMIMO)基站通常配置低精度模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)。低精度ADC下,如果多用户mMIMO系统采用最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)检测,将导致过高复杂度。为此,本文基于三对角迭代法(Tridiagonal Iterative Method,TDIM),结合分块矩阵求逆的初始值确定,提出一种低复杂度的MMSE软输出信号检测算法。数值仿真表明:基于TDIM的软输出信号检测算法经4次迭代即可达到收敛,同时,数值结果验证了ADC量化比特为4时,该算法可取得接近全精度ADC的性能,为低精度ADC下mMIMO系统的上行链路信号检测实现提供了切实可行的方案。

关键词：大规模多输入多输出系统低精度模数转换器三对角迭代法软输出信号检测

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大规模天线系统低成本传输技术研究

大规模天线系统低成本传输技术研究

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作者：何沐昕东南大学

学位级别：博士

大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术是新一代无线通信系统的关键技术之一。随着天线阵列规模的增大,高昂的成本成为大规模MIMO系统实际建设需要面对的问题。其中,模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC... 详细信息

大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术是新一代无线通信系统的关键技术之一。随着天线阵列规模的增大,高昂的成本成为大规模MIMO系统实际建设需要面对的问题。其中,模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)数量的大幅增加是造成高功耗、高成本的原因之一。为了满足日益增长的无线通信需求,大规模MIMO系统向毫米波频段发展,以利用高频段丰富的频谱资源。然而,宽带系统的高采样率进一步抬高了ADC的功耗与硬件成本。于是,使用低精度ADC进行粗糙量化有利于缓解宽带大规模MIMO系统的功耗与硬件成本问题。另外,毫米波信道易受衰落、遮挡的影响,导致无线通信服务质量不稳定。智能反射面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)是一种新兴的低成本辅助技术,它可以重建无线信道以保证大规模MIMO系统的通信性能。为了低成本实现大规模MIMO系统,本文围绕低精度ADC和智能反射面两项技术展开研究。本文的主要工作概括如下:第一章阐述了论文的研究背景,总结了低精度ADC和智能反射面技术的研究现状。第二章分析了多径衰落信道下采用低精度ADC的多用户大规模MIMO-正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统的上行频谱效率。首先,本章分析了信道时延功率谱对低精度ADC量化噪声方差的影响,并提出一种适用于不同信道时延功率谱的导频方案。使用该导频序列可以得到恒定的平均量化噪声功率,并最小化了信道估计的均方误差。根据理想、非理想的信道状态信息,本章推导了系统上行可达速率的解析近似表达式,并分析了多径信道对系统性能的影响。在多径衰落信道中,增加基站天线数可以补偿低精度ADC量化造成的速率损失。理想信道状态信息条件下,功率均匀分散的多径信道对系统可达速率有积极作用。对于OFDM系统,均匀功率分布的多径信道会产生严重的频率选择性衰落,但是在低精度量化OFDM系统中,信道功率均匀分布对速率有积极作用。数值仿真验证了这些分析结果。第三章针对毫米波多天线OFDM系统提出了一种多智能反射面协作的低复杂度传输方案。首先,本章提出了基于时延匹配方法的传输方案,以同时估计各智能反射面对应的多径信道和传输时延。该方案通过匹配最强信道抽头的相位,推导了低复杂度的智能反射面相移闭式解,并只需有限的训练序列开销和反馈开销。另外,本章推导了系统下行可达速率的解析表达式,并且证明:尽管智能反射面不能对各子载波提供独立的相移控制,但基于时延匹配法,系统速率仍随智能反射面单元数的平方呈对数规律增加。本章还介绍了大规模天线OFDM系统中两种基于所有信道抽头的迭代优化方法:连续凸近似和黎曼流形优化方法。数值仿真表明,和基于所有信道抽头的优化方法相比,基于最强信道抽头的时延匹配法的速率损失较小,且复杂度更低。计入训练序列开销后,本章提出的时延匹配方法在信道时变速度较快、相干时间较短的场景下具有一定优势。第四章为智能反射面辅助的毫米波大规模MIMO-OFDM系统设计了准静态宽覆盖方案,基于统计信道状态信息降低了系统开销。为了综合智能反射面的反射功率方向图,本章提出了通用的设计算法,该算法利用了多径信道模型,并可根据各种自定义的宽覆盖需求进行设计。对于广播信道的通信,本章利用通用的多径信道模型得到高秩的信道矩阵,从而将单信号流的宽覆盖方法推广到了多信号流场景。分析证明,宽覆盖范围内的用户接收到的平均信号功率保持恒定。另外,本章还将准静态宽覆盖方法应用到正交频分多址系统中,并推导了系统下行可达速率的解析表达式。分析发现,系统速率随智能反射面的反射方向图增益呈对数规律增加。计入训练序列开销后,相比使用瞬时信道状态信息优化智能反射面相移的设计方法,本章提出的准静态宽覆盖方案性能更优。数值仿真验证了这些结论。第五章总结了论文的主要内容,并展望了大规模MIMO系统中低成本技术的进一步研究方向。

关键词：低成本低精度模数转换器大规模多输入多输出正交频分复用智能反射面

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基于低精度ADC和GSIC检测的无蜂窝大规模MIMO系统性能分析

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光电子·激光 2024年

作者：李倩李正权江南大学物联网工程学院北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室

针对无蜂窝大规模MIMO系统中接入点(access points，APs)的激增，其硬件成本成为了一个重要问题。为了有效降低硬件成本，可以考虑在APs处配置低精度ADC，所以本文研究了在空间相关的瑞利衰落信道上使用低精度模数转换器(analog to digi... 详细信息

针对无蜂窝大规模MIMO系统中接入点(access points，APs)的激增，其硬件成本成为了一个重要问题。为了有效降低硬件成本，可以考虑在APs处配置低精度ADC，所以本文研究了在空间相关的瑞利衰落信道上使用低精度模数转换器(analog to digital converter， ADC)的无蜂窝大规模多输入多输出(multiple input multiple output， MIMO)系统的性能。提出分组串行干扰消除(group successive interference cancellation，GSIC)检测，并将线性最大比值合并(maximum ratio combining，MRC)检测、迫零(zero forcing，ZF)检测和非线性MRC-SIC、ZF-SIC检测作为其特殊情况。利用加性量化噪声模型，推导了非理想信道状态信息(channel state information，CSI)下的频谱效率的闭式表达式。为了进一步研究低精度ADC架构的潜力，还研究了该系统的能量效率。仿真结果表明，与线性检测相比，SIC检测系统具有较高的频谱效率和能量效率，并且ZF-GSIC检测下的系统性能高于MRC-GSIC检测。此外，使用低精度ADC，在较少的组数下，本文所提GSIC检测下的系统的频谱效率和能量效率非常接近传统SIC检测。

关键词：无蜂窝大规模多输入多输出低精度模数转换器加性量化噪声模型串行干扰消除频谱效率能量效率

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基于近似消息传递的宽带无线通信系统迭代接收算法研究

基于近似消息传递的宽带无线通信系统迭代接收算法研究

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作者：孙鹏郑州大学

学位级别：博士

提高无线通信的带宽是满足人们对无线通信日益增长的多样化需求的有效途径,然而,随着通信带宽的大幅增加,无线通信中的一些已有问题将会变得更加严重,同时还将会面临新的挑战。首先,通信带宽的增加导致符号周期远远小于信道的时延扩展,... 详细信息

提高无线通信的带宽是满足人们对无线通信日益增长的多样化需求的有效途径,然而,随着通信带宽的大幅增加,无线通信中的一些已有问题将会变得更加严重,同时还将会面临新的挑战。首先,通信带宽的增加导致符号周期远远小于信道的时延扩展,从而产生更加严重的符号间干扰(inter-symbolinterference,ISI);其次,随着通信带宽增加,无线信道会具有稀疏特性,这给信道估计又带来了难题;再有,为实现绿色通信,低精度模数转换器(analog to digital converter,ADC)和低复杂度接收算法可有效缓解高通信带宽下接收端的功率损耗,但低精度量化引起了接收信号的非线性畸变。有效解决上述三个问题,是保证无线移动传输质量的关键。本文针对上述三个问题开展研究工作,利用消息传递及其近似算法设计低复杂度的迭代接收算法,实现联合符号检测、稀疏信道估计与译码。本文的主要研究内容包括:1.针对ISI问题,有机结合了部分高斯近似(partial Gaussian approximation,PGA)思想和联合置信传播(belief propagation,BP)-期望传播(expectation propagation,EP)消息传递框架,设计了一种新型迭代接收算法。通过分析符号干扰的强弱,使用PGA保留强干扰符号的离散形式,降低了高斯近似的范围;使用BP-EP对弱干扰符号进行高斯投影,提高了高斯近似的精度。该接收算法具有较强的灵活性,通过调节PGA的作用范围,可获得以下两种变形:1)若对所有干扰符号进行高斯近似,得到联合BP-EP迭代接收算法,不同于启发式的高斯近似,所提算法通过联合BP-EP对符号的置信进行高斯投影,可有效提高近似精度。实验结果表明,该算法复杂度与高斯直接近似算法同阶,且性能提升明显。2)若只对一定范围的干扰符号进行高斯投影,即可得到BP-EP-PGA接收算法,该算法与PGA复杂度相同,在误码性能和收敛速度上显著提高,且进一步逼近了最优迭代接收算法下限,实现了复杂度和性能的较好折中。2.针对信道稀疏的单载波频域均衡(single carrier frequency domain equal-ization,SC-FDE)系统,设计了基于参数化双线性广义近似消息传递(parametric bilinear generalized approximate message passing,PBiGAMP)的接收新算法。该算法有机结合了高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)和隐马尔科夫模型(hidden Markov model,HMM),能够准确模拟信道的稀疏聚集特性,同时有效抑制ISI。此外,提出的接收算法的复杂度仅为对数级别。仿真结果表明,与现有的判决反馈均衡(decision feedback equalization,DFE)和最新提出的盲解卷积算法相比,本文设计的接收算法在信道估计准确性、误码性能、收敛速度和频谱效率等方面具有较大优势。3.针对低精度ADC量化下的毫米波通信系统,结合GMM模型提出了一种基于PBiGAMP的迭代接收算法,该算法能对60 GHz毫米波稀疏信道进行有效估计,并抑制ISI。同时,通过计算后验概率分布归一化函数的一阶和二阶偏导数,获得了系统中无量化无噪声变量近似后验的均值和方差,较好地降低了低精度ADC引起的非线性畸变。此外,提出的算法复杂度低,随信道抽头个数只呈现对数级别增长。仿真结果表明,所设计的接收算法在误码性能和信道估计精度方面明显优于基于线性近似模型的接收算法,在1-2比特量化下优势更加明显。

关键词：宽带无线通信因子图近似消息传递算法符号间干扰稀疏信道估计低精度模数转换器

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基于混合预编码架构的毫米波无线传输关键技术研究

基于混合预编码架构的毫米波无线传输关键技术研究

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作者：杨杰东南大学

学位级别：硕士

毫米波通信系统在未来5G(5G,5th Generation)移动通信中起着至关重要的作用。毫米波为移动通信提供更大的带宽和更高的数据速率,但是由于毫米波具有强路径损耗、大气和雨水吸收等特点,并且其绕过障碍物能力和穿透能力比常用低频段波差... 详细信息

毫米波通信系统在未来5G(5G,5th Generation)移动通信中起着至关重要的作用。毫米波为移动通信提供更大的带宽和更高的数据速率,但是由于毫米波具有强路径损耗、大气和雨水吸收等特点,并且其绕过障碍物能力和穿透能力比常用低频段波差。因此,需要在毫米波通信中使用高定向性的大规模天线阵列,以弥补高路径损耗。但是在毫米波中采用大规模天线阵列导致了高硬件复杂度和高能量消耗等问题,为毫米波通信增加了挑战。为了解决以上问题,本文需要对毫米波通信系统架构和无线传输关键技术展开研究,其中毫米波通信系统架构包括基于移相器网络或透镜天线的混合预编码架构和低精度模数转换架构等,此外,本文研究的无线传输关键技术主要包括波束训练、信道估计等。首先,本文研究基于混合预编码架构的毫米波技术。分析了毫米波传输特性,以及毫米波常用的信道模型。探究了毫米波MIMO(MIMO,Multiple Input Multiple Output)的系统架构,调研了模拟波束成型架构、模数混合预编码架构、低精度模数转换器架构的优缺点。进一步探索了毫米波波束训练的经典方法,包括毫米波多级码书设计、毫米波包内波束训练方法及波束编码训练方法。研究了基于压缩感知的毫米波信道估计算法,理解了OMP(OMP,Orthogonal Matching Pursuit)算法、SD(SD,Support Detection)算法、AMP(AMP,Approximate Message Passing)算法的基本原理和算法步骤,并比较了不同算法的NMSE(NMSE,Normalized Mean-squared Error)性能曲线,分析了各算法的优缺点,实现了各算法的相关技术指标。接着,本文提出了低精度模数转换器辅助的模数混合预编码毫米波新架构。描述了该新架构下的系统模型和参数设置等问题。详细介绍了新架构的每一个模块,包括天线阵列模块、低精度模数转换器模块、模数混合预编码模块等,并且设计了适合新架构的帧结构。又提出了两种适用于新架构的波束训练方法,分别是基于低精度模数转换器辅助的模数混合预编码架构的无反馈波束训练算法和基于低精度模数转换器辅助的模数混合预编码架构的反馈型波束训练算法。本文还比较了提出的波束训练算法与经典波束训练算法的时间消耗情况,通过比较发现提出的波束训练算法只需L+1个时隙即可完成波束训练,其中L为毫米波信道有限径数,其值通常很小,因此时间比经典算法大大缩短了。此外,通过仿真分析本文提出的波束训练算法的成功率,仿真结果表明本文提出的低精度模数转换器辅助的模数混合预编码毫米波新架构具有可行性。最后,本文研究基于压缩图像恢复技术的毫米波信道估计方法。推导了3D(3D,Three Dimension)透镜天线的舵矢量,描述了基于3D透镜天线架构的毫米波通信系统模型,包括单天线用户和多天线用户的系统模型。本文将基于压缩图像恢复的SCAMPI(SCAMPI,Sparse noninformative parameter estimator based Cosparse analysis AMP for Imaging)算法改进并应用于信道估计问题中,根据信道的统计特性,将EM(EM,Expectation Maximization)算法植入SCAMPI算法中,进一步提高算法性能。本文还分析了SCAMPI算法的计算复杂度,仿真分析了在信道服从均匀分布、稀疏高斯分布下的SCAMPI信道估计算法性能,还分析了移相器数量减少的选择网络架构下的SCAMPI信道估计算法性能,以及SCAMPI信道估计算法的可达速率。仿真结果表明,在信道服从均匀分布下的SCAMPI信道估计算法性能优于SD算法,在信道服从稀疏高斯分布下的SCAMPI信道估计算法性能优于在信道服从均匀分布下的SCAMPI信道估计算法性能,并且当移相器数量减少10%时,信道估计性能降低不明显。

关键词：毫米波无线传输混合预编码透镜天线低精度模数转换器压缩感知

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