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“新型多天線傳輸技術(shù)”是5G移動(dòng)通信系統(tǒng)亟待研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。孕育其中的3D-MIMO技術(shù)則是亟需攻克的難點(diǎn)之一。據(jù)此，本技術(shù)成果依據(jù)3D-MIMO技術(shù)中的多用戶智能波束賦型，研究Massive MIMO陣列對(duì)5G系統(tǒng)波束賦型性能的影響。 技術(shù)成果主要功能： ？ 時(shí)間反演波束賦形（Time Reversal Beamforming, TRBF）通信系統(tǒng)可計(jì)算模型。 此部分主要是在經(jīng)典的天線系統(tǒng)排布方向圖與增益的理論研究基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步研究這些天線系統(tǒng)的排布對(duì)TR大規(guī)模MIMO通信系統(tǒng)性能的影響，建立了基于不同天線系統(tǒng)排布的不同的信道響應(yīng)模型。 ？ TRBF通信系統(tǒng)互耦效應(yīng)的可量化分析模型。 建立了互耦的信道模型，然后通過(guò)信道模型來(lái)分析TRBF通信系統(tǒng)的性能。 ？ TRBF通信系統(tǒng)極化信息的可量化分析模型。 針對(duì)天線的極化特性建立信道模型，基于極化信道模型分析TR通信系統(tǒng)的性能，建立系統(tǒng)極化信息可量化分析模型。 技術(shù)成果應(yīng)用領(lǐng)域： TR通信可以利用復(fù)雜環(huán)境中的豐富多徑來(lái)提高系統(tǒng)的信道容量，減小誤碼率等等。并且TR的空間聚焦特性能精確定位用戶終端，所以TR Massive MIMO通信系統(tǒng)可以用在受陰影衰落較大的地區(qū)，例如位于密集高大建筑樓群的低層用戶，由于巨大的建筑物遮擋陰影損耗，要想實(shí)現(xiàn)設(shè)備到設(shè)備之間的直接通訊很困難，而TR技術(shù)可以精確定位到傳輸終端，達(dá)到普通波束賦形達(dá)不到的效果。類似的環(huán)境還有山區(qū)高大山群的陰影衰落，信號(hào)衰減大的森林地區(qū)等等。 此外，TR通信能夠利用復(fù)雜環(huán)境中的豐富多徑來(lái)提高通信系統(tǒng)的性能，所以在電磁波反射路徑多的環(huán)境，自然環(huán)境比如地下車庫(kù)，隧道等，人造環(huán)境比如模擬體驗(yàn)太空艙，金屬裝飾風(fēng)格的辦公室或者住宅等（見(jiàn)下圖2）。在這些多徑異常豐富的環(huán)境下，移動(dòng)終端經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)接收不到信號(hào)等，這也是秉承隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)宗旨的5G蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)亟待解決的問(wèn)題，而這些場(chǎng)景正是完美的TR技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景。 由此可以想見(jiàn)，TR在5G蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)覆蓋范圍下的某些特殊通信場(chǎng)景極有用武之地。

本發(fā)明公開(kāi)了一種3D?MIMO多小區(qū)下行自適應(yīng)傳輸方法，各基站采用均勻平面天線陣，各用戶設(shè)置一個(gè)優(yōu)先級(jí)。初始狀態(tài)時(shí)所有用戶優(yōu)先級(jí)設(shè)為1，隨后每一調(diào)度時(shí)隙，各小區(qū)利用用戶優(yōu)先級(jí)和已知統(tǒng)計(jì)信道信息選出本小區(qū)服務(wù)用戶集合并計(jì)算各用戶波束成形向量及發(fā)送功率，接著各小區(qū)對(duì)服務(wù)用戶利用大尺度衰落因子劃分與相鄰小區(qū)的邊緣用戶，對(duì)各邊緣用戶與相鄰小區(qū)進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)。最后，將此調(diào)度時(shí)隙內(nèi)的服務(wù)用戶優(yōu)先級(jí)設(shè)為1，其余用戶優(yōu)先級(jí)加1直至達(dá)到最高優(yōu)先級(jí)，各小區(qū)僅對(duì)其服務(wù)用戶集合中的用戶進(jìn)行預(yù)編碼傳輸。本發(fā)明具有所需信息量小、計(jì)算復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，可靈活設(shè)置門(mén)限滿足不同的用戶服務(wù)質(zhì)量，有效提升邊緣用戶服務(wù)質(zhì)量和用戶公平性。

本發(fā)明主要包括：(1)通過(guò)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行ZF或者M(jìn)MSE檢測(cè)，再對(duì)各天線上的多用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行MPA檢測(cè)，得到初始解；(2)對(duì)MIMO?SCMA系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行線性等效變換，轉(zhuǎn)換為MIMO系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；(3)若初始解的ML代價(jià)值小于門(mén)限值，即直接輸出初始解；(4)若初始解不滿足門(mén)限值，則對(duì)初始解進(jìn)行鄰域搜索，將前m個(gè)最優(yōu)鄰域解作為m個(gè)初始解。對(duì)當(dāng)前m個(gè)解同時(shí)進(jìn)行鄰域搜索，對(duì)每個(gè)當(dāng)前解各保留n個(gè)最優(yōu)鄰域解，然后在m×n個(gè)鄰域解中保留前m個(gè)不同的最優(yōu)解作為下次迭代的當(dāng)前解，循環(huán)迭代搜索至滿足終止條件。

本發(fā)明公開(kāi)了一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)多用戶上行魯棒檢測(cè)方法，包括：第一步，在上行信道訓(xùn)練中，用戶發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，基站依據(jù)接收的導(dǎo)頻信號(hào)獲取信道估計(jì)值和相應(yīng)的信道估計(jì)誤差第二步，建立信道矩陣G的統(tǒng)計(jì)模型；第三步，考慮用戶等概率發(fā)送QAM符號(hào)x，獲取x的初始估計(jì)均值和初始估計(jì)方差第四步，利用信道矩陣的統(tǒng)計(jì)模型及采用魯棒的檢測(cè)算法獲取發(fā)送信號(hào)的均值和方差第五步，判斷是否滿足迭代終止條件：如果是，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行第六步；否則，則更新并跳轉(zhuǎn)至第四步；第六步，對(duì)進(jìn)行硬判決，得到用戶發(fā)送信號(hào)檢測(cè)值本發(fā)明能以較低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)，且在不增加計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)，顯著提高大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上行鏈路中的信號(hào)檢測(cè)的魯棒性。

方向圖可重構(gòu)天線可以根據(jù)環(huán)境的變化，調(diào)整天線的輻射波束，實(shí)現(xiàn)最佳的輻射效率，從而使一副天線用作多付，降低制造成本。大多數(shù)的方向圖可重構(gòu)天線是單極化天線，我們除了研究單極化天線之外，還研究設(shè)計(jì)了性能優(yōu)良的雙極化方向圖可重構(gòu)天線以及極化可變的方向圖可重構(gòu)天線。這些天線可以應(yīng)用于基站和移動(dòng)端。 將方向圖可重構(gòu)天線組成陣列，可以提高增益，就能夠應(yīng)用于無(wú)線通信的基站或者雷達(dá)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的大范圍波束掃描。 若將天線陣列應(yīng)用于基站，可提高基站天線的性能，且實(shí)現(xiàn)基站波束的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掃描，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)波束賦形，從而能根據(jù)環(huán)境變化，增強(qiáng)所需方向的信號(hào)強(qiáng)度，降低干擾方向的信號(hào)強(qiáng)度。降低環(huán)境中的電磁干擾，提高信號(hào)的有效性，有利于提高通信質(zhì)量，還能夠節(jié)省能源。 目前我們已經(jīng)與某公司進(jìn)行合作開(kāi)發(fā)，研制了高性能的方向圖可重構(gòu)天線，能夠滿足應(yīng)用需要。因此，部分研究成果已交付給用戶。此外，部分研究成果已申請(qǐng)專利，還有部分成果已經(jīng)獲得專利授權(quán)。 超寬帶MIMO天線，主要是應(yīng)用于無(wú)線通信，用于提高信道容量。移動(dòng)端的空間有限，安裝多個(gè)天線時(shí)，天線之間有較強(qiáng)的互耦，這會(huì)大大降低天線的性能。采用具有較高隔離度的超寬帶MIMO天線，可以實(shí)現(xiàn)不同天線之間的低相關(guān)性，從而提高通信容量。目前我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了多種具有較好隔離特性，且頻帶很寬的超寬帶MIMO天線。部分結(jié)構(gòu)已申請(qǐng)專利。

方向圖可重構(gòu)天線可以根據(jù)環(huán)境的變化，調(diào)整天線的輻射波束，實(shí)現(xiàn)最佳的輻射效率，從而使一副天線用作多付，降低制造成本。大多數(shù)的方向圖可重構(gòu)天線是單極化天線，我們除了研究單極化天線之外，還研究設(shè)計(jì)了性能優(yōu)良的雙極化方向圖可重構(gòu)天線以及極化可變的方向圖可重構(gòu)天線。這些天線可以應(yīng)用于基站和移動(dòng)端。將方向圖可重構(gòu)天線組成陣列，可以提高增益，就能夠應(yīng)用于無(wú)線通信的基站或者雷達(dá)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的大范圍波束掃描。若將天線陣列應(yīng)用于基站，可提高基站天線的性能，且實(shí)現(xiàn)基站波束的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掃描，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)波束賦形，從而能根據(jù)環(huán)境變化，增強(qiáng)所需方向的信號(hào)強(qiáng)度，降低干擾方向的信號(hào)強(qiáng)度。降低環(huán)境中的電磁干擾，提高信號(hào)的有效性，有利于提高通信質(zhì)量，還能夠節(jié)省能源。

本發(fā)明公開(kāi)了一種多用戶大規(guī)模 MIMO 混合預(yù)編碼能效優(yōu)化方法，首先松弛約束條件，迭代求得基站能效的理論上限。然后以逼近理論上限為目標(biāo)設(shè)計(jì)基帶預(yù)編碼矩陣和射頻預(yù)編碼矩陣。具體做法是，在基帶，將基帶預(yù)編碼的求解轉(zhuǎn)化為可以用內(nèi)點(diǎn)法求解的標(biāo)準(zhǔn)的半正定松弛問(wèn)題，在射頻，將射頻預(yù)編碼的求解轉(zhuǎn)化為可以用相位旋轉(zhuǎn)求解的向量逼近問(wèn)題。使用交替最小化的方法，迭代逼近理論上限。

本發(fā)明公開(kāi)了一種多用戶 MIMO 廣播信道在混合 CSI 下的自 由度優(yōu)化方法，包括：(1)根據(jù)靜態(tài)接收器組的信道參數(shù) Hs 設(shè)計(jì)預(yù)編 碼矩陣 W，<img file=""DDA0000731125240000011.GIF"" wi=""380"" he=""87""/>(2)通過(guò)靜態(tài)接收器的目標(biāo)信號(hào) d和預(yù)編碼矩陣W 獲得靜態(tài) 接收器組的編碼信號(hào) Xs，<img file=""DDA0000731125240000013.GIF"" wi=""534"" he=""88""/> 其 中 xi ＝ Wdi ∈ CK × 1 ， <img file=""DDA0000731125240000014.GIF"" wi=""501"" he=""85""/>(3) 對(duì) 動(dòng)態(tài)用戶的目標(biāo)信號(hào) Xd 和靜態(tài)接收器組的編碼信號(hào) Xs 進(jìn)行格拉斯曼 -歐氏疊乘，得到疊乘信號(hào)<img file=""DDA0000731125240000012.GIF"" wi=""364"" he=""142""/>基站發(fā)送此疊乘信號(hào)；(4)各用戶對(duì)接收信號(hào)進(jìn) 行解碼。本發(fā)明方法對(duì)于動(dòng)態(tài)用戶來(lái)說(shuō)，疊乘并不改變它與基站間的通信，就好像沒(méi)有靜態(tài)用戶存在一樣，其自由度是沒(méi)有變化的；對(duì)于 靜態(tài)用戶來(lái)說(shuō)，基站發(fā)送疊乘信號(hào)時(shí)，可以讓它獲得額外的自由度增 益。

本發(fā)明公開(kāi)了一種大規(guī)模 MIMO-FDD 系統(tǒng)中基于信漏噪比 (SLNR)的兩階段預(yù)編碼方法。對(duì)每組用戶的第一階段預(yù)編碼設(shè)計(jì)的運(yùn) 算復(fù)雜度低，且本發(fā)明的 SLNR 兩階段預(yù)編碼方法的總速率性能優(yōu)于 Junyoung-Nam 等人提出的 JSDM 預(yù)編碼方法。此外，本發(fā)明的方法基 于每組用戶的 SLNR 進(jìn)行預(yù)編碼設(shè)計(jì)，不會(huì)造成信道狀態(tài)信息損失， 即使相鄰兩組用戶的發(fā)送信號(hào)與基站的到達(dá)角有重疊時(shí)，也不會(huì)影響 SLNR 兩階段預(yù)編碼的性能。 

大規(guī)模MIMO是一類搭載大量天線陣列，支持對(duì)天線單元幅值與相位的精準(zhǔn)控制，可以將無(wú)線信號(hào)能量匯集到特定方向上的5G/B5G關(guān)鍵通信技術(shù)。在大規(guī)模MIMO場(chǎng)景中，通信節(jié)點(diǎn)本來(lái)不容易受到非法竊聽(tīng)者的攻擊。然而，一種新型的視距攻擊能夠利用視距通信系統(tǒng)中的信道相關(guān)性，在用戶的通信鏈路上對(duì)信息進(jìn)行竊取。王銳課題組設(shè)計(jì)了一種基于用戶協(xié)作的通信安全方案，通過(guò)對(duì)竊聽(tīng)區(qū)域的預(yù)測(cè)，優(yōu)先選擇安全系數(shù)高的用戶作為信息中轉(zhuǎn)點(diǎn)，禁止竊聽(tīng)區(qū)域附近的用戶進(jìn)行傳輸，從而有效地對(duì)抗視距攻擊。 相比現(xiàn)有的大規(guī)模MIMO場(chǎng)