Two optimal power control （PC） schemes under the power constraint for space-time coded multiple input multiple output systems over the flat Rayleigh fading channel with the imperfect channel state information （CSI...Two optimal power control （PC） schemes under the power constraint for space-time coded multiple input multiple output systems over the flat Rayleigh fading channel with the imperfect channel state information （CSI） are presented. One is based on the minimization of a bit error rate （BER）, and the other is based on the maximization of a fuzzy signal-to-noise ratio. In these schemes, different powers are allocated to individual transmit an- tennas rather than equal power in the conventional one. For the first scheme, the optimal PC procedure is developed. It is shown that the Lagrange multiplier for the constrained optimization in the power control does exist and is unique. A practical iterative algorithm based on Newton＇s method for finding the Lagrange multiplier is proposed. In the second scheme, some existing schemes are included, and a suboptimal PC procedure is developed by means of the asymptotic performance analysis. With this suboptimal scheme, a simple PC calculation formula is provided, and thus the calculation of the PC will be straightforward. Moreover, the suboptimal scheme has the BER performance close to the optimal scheme. Simulation results show that the two PC schemes can provide BER lower than the equal PC and antenna selection scheme under the imperfect CSI.展开更多
正交时频空(orthogonal time frequency space,OTFS)调制在高多普勒环境下可实现可靠通信,适用于卫星通信等高动态场景。然而,其峰值与平均功率比(peak-to-average power ratio,PAPR)易超出功放线性范围,导致非线性失真。部分传输序列(p...正交时频空(orthogonal time frequency space,OTFS)调制在高多普勒环境下可实现可靠通信,适用于卫星通信等高动态场景。然而,其峰值与平均功率比(peak-to-average power ratio,PAPR)易超出功放线性范围,导致非线性失真。部分传输序列(partial transfer sequence,PTS)算法通过对数据符号分块再选取合适的旋转因子可以抑制PAPR。为提高PTS算法抑制PAPR的能力,提出了一种基于改进的灰狼优化(improved grey wolf optimizer,IGWO)算法的PTS算法,即IGWO-PTS算法,以适应离散组合优化问题并获得更优的子块划分方案,从而获得更好的PAPR抑制能力。推导证明了当相位旋转因子集合元素具有旋转对称性时,相位旋转因子组合空间可以收缩为原来的1 K(K为集合中元素个数),极大程度上降低了系统复杂度。仿真实验表明,IGWO-PTS算法相对于传统算法具有更好的PAPR抑制性能,并且在星地高动态场景下可以保持良好的传输可靠性。展开更多
正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术因其在多普勒频偏和时延条件下的适应能力,正逐渐应用于高动态场景中。作为一种多载波调制方式,尽管OTFS技术在高速移动通信中表现出色,但其高峰均比(Peak-to-Average Power R...正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术因其在多普勒频偏和时延条件下的适应能力,正逐渐应用于高动态场景中。作为一种多载波调制方式,尽管OTFS技术在高速移动通信中表现出色,但其高峰均比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)问题依然亟待解决。高峰均比问题容易导致OTFS信号出现非线性失真,降低信号质量,进而影响通信系统的整体性能。为了有效降低OTFS系统信号波形的峰均比并提升系统的整体传输性能,本文提出了一种基于扩频的OTFS系统峰均比抑制方案。具体而言,通过软扩频和直接序列扩频的方式在时延-多普勒域内对OTFS信息符号进行扩展,利用Zadoff-Chu(ZC)序列良好的自相关性和恒模特性以及m序列良好的自相关性,能够显著抑制系统信号的峰均比,从而减少信号非线性失真,提升系统传输能力。进一步通过理论推导,本文说明了在相移键控(Phase Shift Keying,PSK)调制条件下,当OTFS系统符号数大于扩频因子且为其2的整数次幂倍数时,发射信号波形的峰均比更高。仿真结果表明,相较于原始OTFS系统,提出的扩频OTFS系统在峰均比方面表现出显著改善,尤其基于ZC序列的软扩频OTFS系统,其发射信号呈现出恒模特性,极大降低了对功率放大器线性度的要求。同时,基于m序列的直接序列扩频方案亦在发射信号峰均比方面实现了约8.5 dB的改善。仿真结果验证了理论分析的正确性,并且表明提出的扩频OTFS系统具有更优的传输性能。展开更多
在MIMO-OFDM水声通信系统中,由于信道间的相互干扰和水声信道严重时延扩展产生的频率选择性衰落,系统的通信误码率较高。针对这一问题,研究了空频编码的MIMO-OFDM通信,提出空频迭代信道估计与均衡(Spatial Frequency Iterative Channel ...在MIMO-OFDM水声通信系统中,由于信道间的相互干扰和水声信道严重时延扩展产生的频率选择性衰落,系统的通信误码率较高。针对这一问题,研究了空频编码的MIMO-OFDM通信,提出空频迭代信道估计与均衡(Spatial Frequency Iterative Channel Estimation and Equalization,SFICEE)方法。该方法通过载波间的空频正交性进行各收发阵元对的信道估计,并通过空频均衡获得符号初始估计,迭代更新信道估计,而后通过符号后验软信息反馈进行迭代空频软均衡。仿真结果表明,当误码率为10^(-3)时,文中所提出的SFICEE方法经过二次迭代与STBC方法相比具有4.8 d B的性能增益,相对于SFBC方法有2.8 d B的性能提升。当输入信噪比相同时,文中所提出方法的星座图更加收敛,可以更好地降低水下通信系统的误码率。展开更多
基金supported by the Open Research Fund of National Mobile Communications Research Laboratory of Southeast University(N200904)the Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA) Research Funding (NS2010113)the National Natural Science Foundation of China (61172077)
文摘Two optimal power control （PC） schemes under the power constraint for space-time coded multiple input multiple output systems over the flat Rayleigh fading channel with the imperfect channel state information （CSI） are presented. One is based on the minimization of a bit error rate （BER）, and the other is based on the maximization of a fuzzy signal-to-noise ratio. In these schemes, different powers are allocated to individual transmit an- tennas rather than equal power in the conventional one. For the first scheme, the optimal PC procedure is developed. It is shown that the Lagrange multiplier for the constrained optimization in the power control does exist and is unique. A practical iterative algorithm based on Newton＇s method for finding the Lagrange multiplier is proposed. In the second scheme, some existing schemes are included, and a suboptimal PC procedure is developed by means of the asymptotic performance analysis. With this suboptimal scheme, a simple PC calculation formula is provided, and thus the calculation of the PC will be straightforward. Moreover, the suboptimal scheme has the BER performance close to the optimal scheme. Simulation results show that the two PC schemes can provide BER lower than the equal PC and antenna selection scheme under the imperfect CSI.
文摘正交时频空(orthogonal time frequency space,OTFS)调制在高多普勒环境下可实现可靠通信,适用于卫星通信等高动态场景。然而,其峰值与平均功率比(peak-to-average power ratio,PAPR)易超出功放线性范围,导致非线性失真。部分传输序列(partial transfer sequence,PTS)算法通过对数据符号分块再选取合适的旋转因子可以抑制PAPR。为提高PTS算法抑制PAPR的能力,提出了一种基于改进的灰狼优化(improved grey wolf optimizer,IGWO)算法的PTS算法,即IGWO-PTS算法,以适应离散组合优化问题并获得更优的子块划分方案,从而获得更好的PAPR抑制能力。推导证明了当相位旋转因子集合元素具有旋转对称性时,相位旋转因子组合空间可以收缩为原来的1 K(K为集合中元素个数),极大程度上降低了系统复杂度。仿真实验表明,IGWO-PTS算法相对于传统算法具有更好的PAPR抑制性能,并且在星地高动态场景下可以保持良好的传输可靠性。
文摘正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术因其在多普勒频偏和时延条件下的适应能力,正逐渐应用于高动态场景中。作为一种多载波调制方式,尽管OTFS技术在高速移动通信中表现出色,但其高峰均比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)问题依然亟待解决。高峰均比问题容易导致OTFS信号出现非线性失真,降低信号质量,进而影响通信系统的整体性能。为了有效降低OTFS系统信号波形的峰均比并提升系统的整体传输性能,本文提出了一种基于扩频的OTFS系统峰均比抑制方案。具体而言,通过软扩频和直接序列扩频的方式在时延-多普勒域内对OTFS信息符号进行扩展,利用Zadoff-Chu(ZC)序列良好的自相关性和恒模特性以及m序列良好的自相关性,能够显著抑制系统信号的峰均比,从而减少信号非线性失真,提升系统传输能力。进一步通过理论推导,本文说明了在相移键控(Phase Shift Keying,PSK)调制条件下,当OTFS系统符号数大于扩频因子且为其2的整数次幂倍数时,发射信号波形的峰均比更高。仿真结果表明,相较于原始OTFS系统,提出的扩频OTFS系统在峰均比方面表现出显著改善,尤其基于ZC序列的软扩频OTFS系统,其发射信号呈现出恒模特性,极大降低了对功率放大器线性度的要求。同时,基于m序列的直接序列扩频方案亦在发射信号峰均比方面实现了约8.5 dB的改善。仿真结果验证了理论分析的正确性,并且表明提出的扩频OTFS系统具有更优的传输性能。
文摘在MIMO-OFDM水声通信系统中,由于信道间的相互干扰和水声信道严重时延扩展产生的频率选择性衰落,系统的通信误码率较高。针对这一问题,研究了空频编码的MIMO-OFDM通信,提出空频迭代信道估计与均衡(Spatial Frequency Iterative Channel Estimation and Equalization,SFICEE)方法。该方法通过载波间的空频正交性进行各收发阵元对的信道估计,并通过空频均衡获得符号初始估计,迭代更新信道估计,而后通过符号后验软信息反馈进行迭代空频软均衡。仿真结果表明,当误码率为10^(-3)时,文中所提出的SFICEE方法经过二次迭代与STBC方法相比具有4.8 d B的性能增益,相对于SFBC方法有2.8 d B的性能提升。当输入信噪比相同时,文中所提出方法的星座图更加收敛,可以更好地降低水下通信系统的误码率。
