RIS辅助的无蜂窝大规模MIMO关键技术研究

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作者 张德坤 白宝明 《移动通信》 2024年第4期18-26,40,共10页

针对密集蜂窝组网干扰受限难题,无蜂窝大规模MIMO利用大规模宏分集,构建以用户为中心的新架构,大规模灵活协作显著提升每个用户性能。同时,无蜂窝辅以智能超表面技术,以低成本和低功耗极大提升网络容量。聚焦研究了RIS辅助的无蜂窝大规... 针对密集蜂窝组网干扰受限难题,无蜂窝大规模MIMO利用大规模宏分集,构建以用户为中心的新架构,大规模灵活协作显著提升每个用户性能。同时,无蜂窝辅以智能超表面技术,以低成本和低功耗极大提升网络容量。聚焦研究了RIS辅助的无蜂窝大规模MIMO天线校准和导频分配两个关键问题。针对大规模RAU校准难题,首先在最低校准信噪比和校准相干时间约束下,提出动态分簇的可自愈校准拓扑构建方法,然后为降低校准时域开销,设计了RAU簇内和簇间校准时序,研究了可扩展的天线校准算法,能实现任意多RAU联合相位校准。针对导频分配问题,首先提出基于空间高相关性的用户动态簇的构建新方法,然后提出用户簇内基于信道相关性最低和用户簇间最小复用概率的导频分配方法。仿真结果表明,提出的校准算法具有较小的校准误差和较好的扩展性。同时,提出的导频分配算法性能可逼近最大化容量导频分配算法,且复杂度大幅降低。 展开更多

关键词 无蜂窝大规模MIMO 分簇拓扑构建 互易性校准 用户动态簇 导频分配

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基于低分辨率DAC的IRS辅助去蜂窝大规模MIMO系统联合预编码设计 被引量：1

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作者 李飞 耿晨雨 +3 位作者 李汀 季薇 梁彦 闫志伟 《信号处理》 CSCD 北大核心 2023年第6期1070-1078,共9页

本文研究了下行链路智能反射面(Intelligent Reflective Surface, IRS)辅助去蜂窝大规模MIMO(Cell-Free Massive Multiple-Input Multiple-Output)系统,其中每个接入点(Access Point, AP)都采用了低分辨率的数模转换器(Digital-to-Analo... 本文研究了下行链路智能反射面(Intelligent Reflective Surface, IRS)辅助去蜂窝大规模MIMO(Cell-Free Massive Multiple-Input Multiple-Output)系统,其中每个接入点(Access Point, AP)都采用了低分辨率的数模转换器(Digital-to-Analog Converters,DAC)。本文将IRS应用于去蜂窝系统并在AP处配备低分辨率DAC,进一步降低了硬件成本和功耗。采用加性量化噪声模型对低分辨率DAC进行数学建模,进而建立了下行链路用户和速率的表达式。由于公式具有非凸性和高复杂性,本文提出了一个交替优化框架来解决此问题,从而提高用户和速率。特别地,我们通过分数规划解耦这个问题,并采用拉格朗日乘子法和半定规划(Semi-Definite Programming,SDP)方法求得预编码矩阵和相移矩阵的表达式。最后,仿真结果表明,与传统的去蜂窝网络相比,该方案下的网络容量可以显著提高。 展开更多

关键词 去蜂窝大规模MIMO 智能反射面 低分辨率DAC 联合预编码

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基于混合精度DAC的下行去蜂窝大规模MIMO-WPT系统能量效率研究

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作者 张尧 赵海涛 +2 位作者 夏文超 杨龙祥 朱洪波 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2765-2774,共10页

本文研究了采用混合精度数模转换器(Digital-to-Analog Converter,DAC)架构的下行去蜂窝大规模多输入多输出无线携能(Multiple-Input Multiple-Output Wireless Power Transfer,MIMO-WPT)系统.该系统中的用户(User Equipment,UE)收集接... 本文研究了采用混合精度数模转换器(Digital-to-Analog Converter,DAC)架构的下行去蜂窝大规模多输入多输出无线携能(Multiple-Input Multiple-Output Wireless Power Transfer,MIMO-WPT)系统.该系统中的用户(User Equipment,UE)收集接入点(Access Point,AP)发射的无线射频信号能量,基于加性量化噪声模型对量化后的能量信号建模,并引入混合DAC功耗模型,推导出UE收集到的能量(Harvested Energy,HE)和系统能量效率(Energy Efficiency,EE)闭式表达式.分析关键参数,如DAC精度、高精度DAC占比、AP/UE数目和AP发射功率等对下行WPT性能的影响.设计基于加速投影梯度(Accelerated Projected Gradient,APG)的EE最大化功率控制算法.该算法是一阶优化方法,且能求解出最优功率控制系数的闭式解,因此时间复杂度低,运行耗时短.仿真结果表明,与全低精度DAC结构相比,混合精度DAC结构可以同时改善HE和EE;对于不同高精度DAC占比的混合精度DAC结构,当除高精度DAC外的其余DAC的分辨率设置为5 bit时,在保证实现高HE的同时也可获得最优的EE;在中、低信噪比场景下,可以通过增大AP发射功率来改善系统EE;在UE数目较多的去蜂窝大规模MIMO-WPT系统中,所提的基于APG的功率优化算法不仅使等功率分配方案下的EE提升了约19.5%,而且同基于内点法的功率优化算法相比,运行耗时也大幅降低. 展开更多

关键词 去蜂窝大规模多输入多输出 无线携能 混合精度数模转换器 能量效率 加速投影梯度

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无蜂窝大规模MIMO-OTFS系统的上行信道估计方法

4

作者 张咪 许魁 +3 位作者 夏晓晨 谢威 郭明喜 臧国珍 《移动通信》 2023年第9期101-109,共9页

无蜂窝MIMO系统中,利用大规模天线与大规模宏分集,构建以用户为中心的架构,用户可以选择多个合适的接入点来获取服务,实现均匀的用户覆盖性能,从而可以更好地满足不断增长的移动通信服务需求。研究了采用OTFS调制的无蜂窝大规模MIMO系... 无蜂窝MIMO系统中,利用大规模天线与大规模宏分集,构建以用户为中心的架构,用户可以选择多个合适的接入点来获取服务,实现均匀的用户覆盖性能,从而可以更好地满足不断增长的移动通信服务需求。研究了采用OTFS调制的无蜂窝大规模MIMO系统的上行信道估计方法。首先,根据用户的位置关系,对用户划分组群,在有限的资源下服务更多的用户;然后,设计了用户上行导频结构,研究了基于LS和LMMSE的无蜂窝大规模MIMO-OTFS上行信道估计方法。仿真结果表明,提出的上行信道估计方法在不同用户速度和不同信噪比下都能够得到稳健的信道估计结果,同时,在有多个用户的无蜂窝大规模MIMO系统中,并且每个用户在高速移动的情况下,估计的结果也能够保持较高的准确度。 展开更多

关键词 无蜂窝大规模多输入多输出 正交时频空调制 信道估计 最小二乘 最小均方误差

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莱斯信道下低精度ADC去蜂窝大规模MIMO系统的性能分析 被引量：7

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作者 闫秋娜 金思年 +1 位作者 岳殿武 鞠默然 《信号处理》 CSCD 北大核心 2022年第9期1903-1911,共9页

去蜂窝大规模多输入多输出(MIMO)系统被认为是未来6G通信的关键技术之一。然而,随着接入点(APs)和用户数量的激增,硬件成本问题成为了限制系统发展的重要因素。为了有效地降低硬件成本,可以考虑在AP和用户端配置低精度的模数转换器(ADCs... 去蜂窝大规模多输入多输出(MIMO)系统被认为是未来6G通信的关键技术之一。然而,随着接入点(APs)和用户数量的激增,硬件成本问题成为了限制系统发展的重要因素。为了有效地降低硬件成本,可以考虑在AP和用户端配置低精度的模数转换器(ADCs)。基于上述原因,本文针对莱斯衰落信道下低精度ADC去蜂窝大规模MIMO系统展开研究。通过利用加性量化噪声模型,推导了该系统使用共轭转置预编码时的可达速率闭合表达式,并且该闭合表达式有助于研究AP的数量、ADC的精度以及莱斯K-因子对于可达速率的影响。此外,在保证每个用户的服务质量和每个AP的功率约束前提下,提出了一种能够最大化总速率的功率控制算法。最后,仿真结果表明了,相较不使用功率控制算法的情况,所提的算法能够带来更大的性能增益。 展开更多

关键词 去蜂窝大规模MIMO 莱斯衰落信道 低精度的模数转换器 功率控制算法

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基于SWIPT的无小区大规模MIMO-NOMA系统能量效率研究

6

作者 董恒 徐凯 宋荣方 《南京邮电大学学报（自然科学版）》 北大核心 2024年第2期11-18,共8页

无小区大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)与非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)都是未来6G的使能技术。无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术在进... 无小区大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)与非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)都是未来6G的使能技术。无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术在进行信息解码的同时收集能量,与无小区大规模MIMO-NOMA优势互补。文中基于SWIPT研究无小区大规模MIMO-NOMA系统中的能量效率问题,通过联合优化功率分配系数和SWIPT的时隙切换(Time Switching,TS)系数,提高系统的能量效率。为了最大化能量效率,采用布谷鸟算法设计功率分配系数。考虑一种特殊情况,将所有终端的TS系数设置相同,进而推导了最佳TS系数的封闭表达式。仿真结果表明,相较于几种已有方案,文中提出的优化方案可以显著提升系统的能量效率。 展开更多

关键词 非正交多址 无线携能通信 无小区大规模MIMO 能量效率 时隙切换

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基于GSIC的无小区大规模MIMO-NOMA系统下行可达速率分析 被引量：1

7

作者 刘成成 邰其心 +1 位作者 刘鏐 宋荣方 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2023年第6期1299-1306,共8页

探索了无小区大规模多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)系统与非正交多址接入(Non-orthogonalmultipleaccess,NOMA)的融合方案,将基于群体串行干扰删除(Group successive interference cancellation,GSIC)的NOMA技术应... 探索了无小区大规模多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)系统与非正交多址接入(Non-orthogonalmultipleaccess,NOMA)的融合方案,将基于群体串行干扰删除(Group successive interference cancellation,GSIC)的NOMA技术应用于无小区大规模MIMO系统下行链路,并提出根据用户等效路径损耗对用户进行群体划分的方法,推导得出基于GSIC的无小区大规模MIMO-NOMA系统下行链路用户可达速率表达式。仿真结果表明,相比于传统的串行干扰删除(Successive interference cancellation,SIC)-NOMA系统,基于GSIC的无小区大规模MIMO-NOMA系统在可达速率方面具有明显优势。 展开更多

关键词 无小区大规模多输入多输出 非正交多址 群体串行干扰删除 等效路径损耗 可达速率

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无小区大规模MIMO系统中结合贪婪导频分配的导频功率控制的算法 被引量：5

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作者 李梦珠 傅友华 《信号处理》 CSCD 北大核心 2021年第1期133-140,共8页

无小区大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统具有广阔的频谱,但是导频训练阶段的导频污染严重影响了系统的性能,因此减少导频污染成为必要。为了减少导频污染,文中提出了一种结合贪婪导频分配的导频功率控制的... 无小区大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统具有广阔的频谱,但是导频训练阶段的导频污染严重影响了系统的性能,因此减少导频污染成为必要。为了减少导频污染,文中提出了一种结合贪婪导频分配的导频功率控制的算法。首先进行贪婪导频分配,此阶段提高了较低性能用户的有限性能。之后在合理的导频分配的基础上,进行导频功率控制,此阶段最小化了所有用户的归一化均方误差的最大值。两个阶段联合导频优化,提高了系统的网络吞吐量。仿真结果表明,文中提出的方法性能明显优于目前的研究所提出的分开优化导频分配和导频功率的方法性能。 展开更多

关键词 无小区大规模多输入多输出系统 信道估计 导频污染 导频分配 导频功率控制

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去蜂窝大规模MIMO系统中基于树种二进制差分进化的接入点选择算法 被引量：3

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作者 姜静 成森 +2 位作者 王洁晨 冯丹 杜剑波 《信号处理》 CSCD 北大核心 2022年第3期519-526,共8页

在去蜂窝大规模多输入多输出(Cell-Free Massive MIMO)系统中,大量接入点(Access Point,AP)同时为多个用户服务的连接方式会导致较大的功率损耗和回程链路开销。为了给用户选出最佳服务AP集合,本文提出了一种基于树种二进制差分进化的A... 在去蜂窝大规模多输入多输出(Cell-Free Massive MIMO)系统中,大量接入点(Access Point,AP)同时为多个用户服务的连接方式会导致较大的功率损耗和回程链路开销。为了给用户选出最佳服务AP集合,本文提出了一种基于树种二进制差分进化的AP选择算法。首先,提出基于二进制差分进化的AP选择算法,通过多个个体的进化实现高维数据搜索的全局优化。其次,针对传统二进制差分进化算法容易陷入局部最优的问题,进一步给出基于树种优化的双机制搜索策略,利用搜索趋势(search tendency,ST)实现全局搜索和局部搜索的最佳平衡。最后,通过定义交叉率(crossover rate,CR)自适应递减准则,加快算法收敛速度。仿真结果表明,与现有算法相比,所提出的算法可显著提高系统和速率。 展开更多

关键词 去蜂窝大规模多输入多输出 接入点选择 差分进化算法 树种算法 自适应参数

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无蜂窝大规模MIMO中导频欺骗攻击检测方法 被引量：2

10

作者 王小雨 高媛媛 +4 位作者 沙楠 张先玉 郭明喜 臧国珍 李娜 《信号处理》 CSCD 北大核心 2022年第9期1922-1930,共9页

在无蜂窝大规模多输入多输出网络中,一方面,接入点(access points,APs)分布式部署导致信道硬化及利好传播现象不再显著,导频欺骗攻击(pilot spoofing attack,PSA)的恶意窃听者可以通过调整导频发送功率,得以模拟信道特性,传统依赖大尺... 在无蜂窝大规模多输入多输出网络中,一方面,接入点(access points,APs)分布式部署导致信道硬化及利好传播现象不再显著,导频欺骗攻击(pilot spoofing attack,PSA)的恶意窃听者可以通过调整导频发送功率,得以模拟信道特性,传统依赖大尺度衰落先验信息的PSA检测技术不再适用;另一方面,基于信息论准则的PSA检测技术,需要比AP数量级高的导频样本进行观测,而信道估计阶段所耗费的时长无疑影响系统的频谱效率。针对这种情况,提出了一种基于信号子空间的欺骗检测(signal subspace based spoofing detection,SSBSD)方法。首先,在合法用户的训练序列上叠加一个随机序列,利用灵活检验准则对信源数量进行估计。其次,利用统计学中的线性收缩原理,对导频样本协方差矩阵进行优化,使观测样本的噪声特征值分布更好拟合信道噪声功率。最后,通过信号的正交补空间对观测矩阵进行投影处理,从而实现PSA检测。经仿真实验与理论分析,SSBSD方法无须大尺度衰落先验信息,也无须与AP数量级相同的导频长度,对PSA的导频发送功率十分敏感,在大尺度衰落未知、大尺度衰落时间相关或频谱资源受限的通信环境中,可以精确检测低电平功率的PSA。 展开更多

关键词 无蜂窝大规模多输入多输出网络 物理层安全 导频欺骗攻击 信息论

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短期功率约束下的无小区大规模MIMO中的功率分配研究 被引量：1

11

作者 张尧 齐畅 杨龙祥 《南京邮电大学学报（自然科学版）》 北大核心 2019年第2期27-34,共8页

文中考虑了一个下行无小区大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统,其中M个单天线接入点(access point,AP)和K个单天线用户随机分布在服务区内,M> K。同一用户可以在同一时间、同一频率上被所有接入点服务。... 文中考虑了一个下行无小区大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统,其中M个单天线接入点(access point,AP)和K个单天线用户随机分布在服务区内,M> K。同一用户可以在同一时间、同一频率上被所有接入点服务。在短期功率约束(short-term power constraint,STPC)下,文中针对两种不同的优化问题分别提出了相对应的功率分配算法。第一个优化问题是在满足用户服务质量(quality-of-service,Qo S)约束的条件下最大化用户总速率,该问题可以利用连续凸逼近(successive convex approximation,SCA)的方法求解。此外,第二个优化问题是一个混合Qo S约束问题。它可以在保证高优先级用户(high propriety user,HPU)的QoS需求的基础上,为其余低优先级用户(low propriety user,LPU)提供相同速率的服务。该问题是拟凹的,因此可以通过二分法求解。仿真结果表明,文中提出的功率分配算法具有很好的性能。此外,同长期功率约束(long-term power constraint,LTPC)相比,STPC可以显著提高用户下行速率。 展开更多

关键词 无小区大规模MIMO 短期功率约束 QOS约束 连续凸逼近 二分法

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基于服务覆盖的无蜂窝边缘智能网络部署方法

12

作者 姜静 乔东伟 Worakrin SUTTHIPHAN 《中兴通讯技术》 2023年第6期46-53,共8页

为实现未来网络绿色低碳发展,以精准的按需服务提高网络运营和部署效率,将服务覆盖作为网络覆盖能力的新度量。深入挖掘无蜂窝网络部署灵活的优势,可以使每个覆盖单元达到最佳服务覆盖,从而实现系统性能的差异化优化。结合无蜂窝边缘智... 为实现未来网络绿色低碳发展,以精准的按需服务提高网络运营和部署效率,将服务覆盖作为网络覆盖能力的新度量。深入挖掘无蜂窝网络部署灵活的优势,可以使每个覆盖单元达到最佳服务覆盖,从而实现系统性能的差异化优化。结合无蜂窝边缘智能网络的通信链路质量对移动边缘计算(MEC)服务器计算和下载的时延、卸载概率的影响,采用连续凸逼近算法,引入松弛变量和辅助变量将接入点(AP)和MEC联合部署混合整数非线性规划问题转化为连续的凸优化问题进行求解。仿真结果证明,基于服务覆盖的网络部署方法提升了现有网络能量效率,并显著减少用户的计算时延和系统的能耗。 展开更多

关键词 无蜂窝大规模多输入多输出(MIMO) 服务覆盖 移动边缘计算

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基于指纹匹配的无蜂窝大规模MIMO三维定位方法 被引量：1

13

作者 贾若 许魁 +3 位作者 夏晓晨 谢威 臧国珍 郭明喜 《信号处理》 CSCD 北大核心 2022年第7期1535-1546,共12页

本文研究了无蜂窝大规模多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)系统中基于指纹匹配的无线定位方法。假设服务区域内布设大量接入点(Access point,AP),每个AP配置水平均匀线性阵列天线(Uniform linear array,ULA)或垂直ULA... 本文研究了无蜂窝大规模多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)系统中基于指纹匹配的无线定位方法。假设服务区域内布设大量接入点(Access point,AP),每个AP配置水平均匀线性阵列天线(Uniform linear array,ULA)或垂直ULA。利用相互正交的线性阵列天线(Orthogonal uniform linear array,O-ULA)对不同地理位置用户的方位角和俯仰角进行辨识,提取无线信道的角度功率谱矩阵构建方位角和俯仰角指纹库。借助谱聚类算法对指纹数据库进行预处理,然后通过两阶段指纹匹配策略计算指纹相似度并排序,在指纹库中搜索与用户指纹相似度最高的参考点,并利用加权K近邻算法(Weighted K-nearest neighbor,WKNN)估计用户位置。仿真结果表明,所提方案和单天线方案、ULA方案、均匀矩形阵列(Uniform rectangular array,URA)方案相比能够获得更高的三维定位精度。 展开更多

关键词 无蜂窝大规模多输入多输出系统 三维定位 正交线性阵列 指纹匹配 谱聚类 加权K近邻算法

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基于ADC精度与AP选择的去蜂窝系统能效均衡方法

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作者 丁青锋 徐梦引 +2 位作者 石辉 李怡浩 杨倩 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期192-200,共9页

去蜂窝大规模多输入多输出(MIMO)系统通过部署大规模接入点(AP),获得宏分集增益和较低的路径损耗,但产生的大量功耗损失使得系统能效质量失衡。针对去蜂窝大规模MIMO系统与多AP联合协作的能效质量失衡问题,提出一种基于模数转换器(ADC)... 去蜂窝大规模多输入多输出(MIMO)系统通过部署大规模接入点(AP),获得宏分集增益和较低的路径损耗,但产生的大量功耗损失使得系统能效质量失衡。针对去蜂窝大规模MIMO系统与多AP联合协作的能效质量失衡问题,提出一种基于模数转换器(ADC)精度和AP选择的能效均衡方法。利用泊松过程对用户分布进行建模,推导出激活所有AP时频谱效率及能量效率的闭式解,将有效信道与干扰信道增益的占比作为排序指标,通过降序排序的方法获得相应信道方差矩阵索引,按索引对AP集进行逐层筛选,当AP联合服务用户获得频谱效率的变化差值小于阈值时,停止筛选并确定用户间干扰低的AP组合。通过ADC精度与AP选择的联合优化获取最优量化位数,实现系统频谱效率与能效的均衡。仿真结果表明,与全AP选择、基于大尺度衰落的AP选择方法相比,该方法能达到较优的能效质量均衡,尤其在用户密集区域,可提升约20%能效,同时利用最大最小功率控制可保证系统区域一致良好的用户服务质量。 展开更多

关键词 去蜂窝大规模多输入多输出 接入点选择 模数转换器精度选择 信号干扰差值 能效均衡

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