摘要：为了适应未来无线通信系统中的设备多样性、高速率、低时延和低功率消耗的需要,新型波形研究成为第5代无线通信系统的关键技术之一。通用滤波多载波(Universal?filtered multicarrier,UFMC)是一种广泛研究的5G侯选波形。然而现有的UFMC研究只涉及UFMC?SISO的场景,UFMC?MIMO的可行性和性能分析仍然空缺,而MIMO波束成形必然是5G通信系统的重要场景,因此对UFMC?MIMO进行评估和研究具有重要价值。本文提出了一个UFMC?MIMO系统可行方案,包括发射机、接收机和波束成形实现算法。通过数学推导证明该方案能正确恢复发送端数据并通过仿真验证其性能。仿真结果表明,不论在加性高斯白噪声(Additive white Gaussian noise,AWGN)信道还是在多径信道下,UFMC?MIMO都具有比OFDM?MIMO更优越的性能,尤其在抗频偏鲁棒性上表现出很大的优越性,进而验证了UFMC?MIMO传输方案具备应用5G通信的能力。

摘要：针对双向中继主动窃听模型,提出了一种基于波束成形的安全传输方案,在保证信息安全传输的同时,最小化系统的发射总功率。此外,在源节点发射功率一定的情形下,结合波束成形设计,提出了最大化系统安全传输容量的功率分配策略,并通过仿真实验验证了所用方案的有效性和优越性。

摘要：为了有效延长全双工双向无线供电中继系统的工作时间,提出了一种基于"储能-发送"模式下和速率最大化的波束成形设计方案。该方案在满足中继收集能量与消耗能量,以及中继发射功率与最大门限等关系约束下,通过联合优化中继波束成形向量以及时间切换系数,实现系统的和速率最大化。由于该问题是非凸的,首先分别优化中继波束成形向量和时间切换系数,然后利用变量等效代换和半定松弛技术将其转化为可解的凸优化问题,最后通过收敛迭代算法求得原问题的最终解。仿真结果表明,与两时隙半双工和传统的全双工算法相比,所提的联合优化算法能有效提升系统性能2~3倍。

摘要：协同认知无线电技术由于其高效的频谱利用效率已经吸引越来越多的关注。在协同认知网络中,当第一用户(Primary User,PU)之间的信道状况恶劣时,特定的第二用户(Secondary User,SU)被选为中继协同PU完成信息传递,作为回报,PU分配一定的信道资源给SU,使其用于传输自己的信息。当SU系统中一个节点拥有多天线时,假设其可以很好的获悉其与PU之间的信道状态信息,通过波束成形设计可以使其在中继PU信息的同时完成自身信息的发送,而且使两者之间的信号互不干扰。这种频谱共享式的接入方式可以节约信道资源,提高频谱利用率。本文对采用放大转发(Amplify and Forward,AF)中继协议的SU发射端分别采用最小化加权均方误差和准则(Minimizing Sum of Weighted Mean Square Errors,MSWMSE)和迫零准则(Zero Forcing,ZF)对波束成形参数进行设计。仿真结果表明,两种设计方式都可以满足消除用户间干扰的要求;另外,由于基于MSWMSE准则的波束成形参数能够更好的平衡噪声和用户间干扰项对信号的损耗,因而获得更优的性能表现,而且通过调整加权系数可以满足PU用户不同的性能要求。

摘要：全双工系统相比半双工系统对通信容量有很大的提升,但中继处的自干扰问题严重影响全双工系统的性能,而且多个用户间存在的信号泄漏也对系统性能造成影响。文中针对基于译码转发(Decode-and-forward,DF)的全双工多用户对双向中继系统,将用于消除中继自干扰的零空间投影算法(Null-space projection,NSP)与消除多用户对间干扰的迫零(Zero forcing,ZF)和块对角化(Block diagonalization,BD)算法结合,重新设计波束成形矩阵,实现同时消除自干扰和多用户间干扰的目的。仿真结果表明,构造的全双工多用户对双向中继系统可以达到同时消除自干扰与多用户间干扰的目的。

摘要：研究了在认知无线电(CR)网络中发送端波束成形的算法设计.为了保证服务质量,建立了以CR用户的中断概率和主用户的中断概率为约束条件,最小化CR网络发送端功率的数学优化问题.仿真结果表明,在发送端已知信道协方差误差分布的情况下,所提算法可有效控制各CR用户的发射功率,提高CR网络性能和降低对授权用户的干扰.

摘要：在多小区干扰信道中,基于分布式竞争设计,提出一种优化基站发射波束成形矩阵的设计,使每个小区的最差信干噪比最大。在竞争设计中加入干扰控制,利用差异化的干扰系数,抑制小区间的干扰,提高系统性能。这种设计,既能保持算法的分布式特性,又能有效地提高用户信干噪比。仿真分析表明,基于干扰控制的设计性能更接近协同设计的性能。

摘要：针对大规模MIMO系统中传统全数字波束成形算法的系统实现成本高昂和能量消耗巨大等问题,提出了一种共享型阵列的混合波束成形算法。在设计算法时为了充分利用大规模天线阵列所带来的增益,考虑分别提取全数字波束成形算法中最佳预编码矩阵和合成矩阵的相位信息作为混合波束成形算法中的模拟预编码矩阵和模拟合成矩阵,然后对它们与信道作用后的等效信道进行奇异值分解,得到相应的数字预编码矩阵和数字合成矩阵。仿真结果表明,本文所提混合波束成形算法能够在系统性能和实现成本之间达到较好的折衷,同时该算法对硬件精度的要求较低。

摘要：设计了多天线全双工(full-duplex,FD)中继信道下联合优化功率分裂因子和波束成形矩阵的能量与信息同传(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)算法。不同于现有的FD-SWIPT方案,考虑较为复杂的多天线中继系统,并用功率分裂(power splitting,PS)代替传统的时间切换(time switching,TS),使得信息传输和能量采集过程可以同时进行。给出了基于迫零算法(zero-forcing algorithm,ZF)的波束成形方案,研究了系统低复杂度的次优解,其中波束成形的使用增强了能量采集和回路自干扰抑制的能力,从而达到更大的吞吐量。还优化了PS,并利用二次插值法求出最优的PS因子,最终得到整个系统的次优解。仿真结果表明,联合优化方案可以提升系统的最大吞吐量,另外,PS因子的选择对系统吞吐量起着至关重要的作用,同时这2个优化因子都与发射功率的大小有关。

摘要：针对工作在TDD模式下的认知双向中继系统,文中研究了认知中继端鲁棒性波束成形技术。考虑到中继端无法准确估计与主用户接收端之间信道状态信息以及中继节点额定功率有限,文中提出了认知双向中继系统鲁棒波束成形算法,在满足认知用户接收端信干噪比和中继端总的发射功率限制以及每个中继节点发射功率限制的条件下,最小化对主用户的干扰。新算法通过引入半正定松弛方法将原问题转化为凸优化问题进行求解,可以在最差的情况下最小化对主用户的干扰。仿真表明,新算法可有效降低主用户接收端的干扰,并且与最优功率分配方法相比,单中继功率约束下的功率分配方法能够以很小的性能损失为代价保证了系统的正常工作。当信道估计信息存在一定误差时,算法依然有效。