基于天线分组的高铁大规模多输入多输出自适应波束赋形方案

针对高铁大规模多输入多输出（MIMO）系统的吞吐量未被充分提升的问题，提出一种基于天线分组的自适应波束传输方案。首先利用基站（BS）预知的列车位置信息，并将波束赋形技术引入高速场景，建立高铁大规模MIMO的三维模型；其次验证BS天线分组情况下，子波束的吞吐量与其对应的发射天线数满足非线性关系，且子波束天线数变化并未对其他波束的吞吐量产生影响。基于此，以天线分组的自适应波束赋形方案对列车运行至不同位置的波束数和子波束所需的发射天线数进行调整，保证不同位置的最优系统吞吐量。计算机仿真表明，该方案与传统的单波束、双波束、八波束相比，在列车距基站125 m范围内分别实现了系统吞吐量87.9%、62.3%、50.6%的提升，在125 m之外与单波束赋形的系统吞吐量相近。实验结果表明，所提方案无论列车距BS较近或较远时，系统吞吐量均处于最佳水平，更好地适应高速铁路环境。     

毫米波通信中混合波束赋形技术探讨

毫米波通信为5G移动通信的关键技术之一,对进一步提高移动通信质量具有巨大的推动作用;但是,其路径损耗大、穿透性能低,实际应用中必须与大规模多输入多输出技术相结合,利用波束赋形技术增强通信质量,降低路径损耗和信号衰减。为降低实际成本,混合波束赋形技术对毫米波通信的实现具有非常重要的意义,笔者主要对其进行了探讨。     

共形球面天线阵列的宽凹陷波束赋形与凹陷测量技术

针对干扰方向在某个角度区域内不能精确估计的工程实际问题,可应用宽凹陷波束赋形技术提高信噪比。根据共形球面天线阵列的阵元位置分布,提出了一种适用的宽凹陷波束赋形和凹陷宽度计算机测量技术。建立了该优化问题的适应度函数模型并应用遗传算法优化设计了赋形波束,仿真结果论证了遗传算法进行波束赋形和测量的有效性和稳健性,并拟订了波束凹陷宽度的计算机测量系统。     

基于位置信息辅助的网格化波束切换方法

随着通信技术的发展,越来越高的通信频段得以采纳。然而电磁波衍射能力随频率的增加而降低,新一代通信系统变得更加依赖视距传播。在复杂移动场景下频繁切换波束,增加了过多的系统开销和延迟。针对该问题,提出一种基于位置信息辅助的网格化波束切换方法,利用可视路径中存在时最佳波束对保持不变的特点,划分网格波束一一对应关系及覆盖分布结构,建立位置-波束映射表,基于用户位置信息和运动状态计算下一时刻切换点。仿真和分析结果表明,所提方法相比非网格切换方式系统频谱效率显著提高,且所提正六边形网格切换性能优于方格,波束切换概率降低了50%,保障了通信质量,验证了基于位置信息辅助的网格化波束切换方法的合理性。     

分布式波束成形载波同步策略

分布式波束成形是协作通信的一种形式,其中两个或多个信源节点同时传输同一个信息并控制其相位,目的端重组接收信号。载波偏移使得终端的信号重组产生偏差,严重影响通信质量。分析了载波同步对分布式波束成形的重要性,介绍了现有的分布式波束成形中的载波同步策略。频率同步的方法是主一辅结构同步,相位同步有开环相位同步和闭环相位同步两个方法。分布式载波同步后传输信号在目标节点有效地重组整合,增加了分布式波束成形技术的可行性。     

基于SRS遍历容量的下行波束赋形性能研究

波束赋形传输技术包括下行波束赋形和上行波束赋形。下行链路波束赋形是通过基于估算信道信息加权多天线的发射信号来实现的,从而增强在目标用户方向上的部分功率增益。上行链路波束赋形本质上是对来自不同天线单元信号进行加权和求和计算,以优化所需信号的质量并抵制干扰。简要描述下行链路波束赋形系统模型构建方案和最优获得空间相关矩阵值算法。在此基础上,详细阐述移动通信系统中下行链路波束赋形应用的基本原理,重点研究SRS遍历容量改进优势,分析波束赋形基准性能和多滴仿真性能的特点。结合链路层单一EBB衰落算法的结果,通过对短期和长期以及混合波束赋形技术的比较,得出了一些重要结论。     

一种基于异构随机矢量的波束赋形方法

为克服迭代波束赋形方法在低信噪比下性能差的问题,针对毫米波MIMO系统提出一种基于异构随机矢量的波束赋形方法。通过在发射机和接收机之间来回发送异构随机矢量,所提出方法能在低复杂度下获得信道自相关矩阵的估计。进而基带处理器可通过奇异值分解的经典幂方法来快速获得近似最优的发送波束赋形矢量。而接收机可通过相同的过程获得对应的接收波束赋形矢量。所提出的方法采用高斯随机变量和正负随机变量所构成的异构随机矢量,能在理论上消除加性高斯白噪声的影响从而获得近似最优等效信道增益。仿真结果表明,所提出的方法有渐进最优的信道增益,在低信噪比下显著优于迭代方法。因此在保密通信等高功率波束训练不允许的场景下具有实用意义。     

TD-LTE系统中基于码本的快速波束赋形算法

为解决时分双工长期演进(TD-LTE)系统中下行单流波束赋形算法计算复杂度高的问题,在基于有效功率最大化准则和信道平均思想的基础上,提出了一种基于码本的波束赋形算法。该算法通过构建下行波束赋形权值码本,并根据信道估计信息对预设码进行搜索,从而实现快速单流波束赋形。仿真结果表明,该算法使单流波束赋形的复杂度大大降低,并且误块率性能较最优的奇异值分解算法损失不大。     

一种基于移动边缘计算与波束赋形的任务分配算法

本文主要关注通信技术中两项较为热门的研究,分别是移动边缘计算(MEC)和天线波束赋形。MEC技术将信息一部分处理从云端移动到网络的边缘节点完成,混合波束赋形技术能通过码本控制波束相位,形成高增益的定向窄波束,以此获取更小的发射功率。本文针对MEC部分建立了一个马尔科夫链模型来模拟信息决策分配的过程,然后加入波束赋形的天线模型,将MEC算法的任务分配时延和能耗,与天线模型中的时延和能耗结合起来,并通过这个模型计算数学表达式,来得到能使得时延和能耗都较低的任务分配方案。     

相位激励赋形多波束形成算法分析及仿真实现

数字波束形成是天线技术与数字信号处理技术结合的产物,是智能天线实现空分多址的关键技术.采用相位激励赋形多波束形成技术,给出了智能天线数字多波束形成的优化算法,利用该算法对均匀圆环阵天线各单元权值进行计算,仿真实现了均匀圆环阵天线多波束方向图,在不同方向上同时得到了多个波束.该算法计算复杂度低,空间隔离度好.阵元呈圆环状分布,具有全向搜索特性,克服了直线阵搜索的缺点.该方法还可用于任意单元构成的不均匀阵列天线,以及波束展宽和扇形波束的形成.     

A hybrid haptic guidance model for tank gunners in high precision and high speed motor skill training

Haptic-based paradigms for human motor skill training which include virtual fixture, record-play method, shared control scheme and haptic disturbance have been proposed and widely used for applications like surgery, assembly, rehabilitation, motor skill and so on. However, no haptic-based training scheme applies to all types of human motor skills that new ideas and new approaches should be explored for some special training tasks. For example, tank gunners have to be rigorously trained to be able to complete the most accurate manipulation in the shortest possible time. Accuracy and operating speed are both critical for them to grasp the skill; therefore, tank gunnery is defined as a type of high precision and high speed human motor skill. In this paper, a hybrid spring-damper model which fuses haptic fixture and record-play is presented to simultaneously train accuracy and operating speed. The training approach is suitable for novices at all levels since force feedback is decomposed into two components: one for training accuracy, the other for training speed. The virtual envelope depicting is chosen as the training task for novices to validate the effectiveness of the proposed haptic-based scheme in high precision and high speed skill training. Experimental results indicate that force feedback generated based on the hybrid model can benefit novices in fast improving performances on tank gunnery.     

基于最小二乘法的高速列车位置估计

随着高铁列车运营速度的不断提高,列车运行控制系统对列车的定位精度要求也越来越高。每经过一个定位应答器,列车将进行一次位置校核,使定位误差变为0 m。但列车在相邻两应答器间的定位误差会随着列车不断的运行而逐渐增大。针对这一问题,建立了列车位置计算的数学模型,以及高速铁路列车位置估计的速度平均法模型和最小二乘法模型;利用武汉-广州高铁实测数据对模型进行验证。结果表明,与速度平均法模型相比,最小二乘法模型能减少一半的定位误差,能更好地估计列车的位置。     

Cooperative beamforming design for physical-layer security of multi-hop MIMO communications在多跳MIMO通信系统下的基于物理层安全的协作波束赋形设计

The security issue is critically important for wireless communications, especially for multi-hop communications. In this paper, we propose a cooperative secrecy beamforming scheme for a multi-hop MIMO communication network, in which there is a single-antenna source, multiple multi-antenna relays and a singleantenna destination. Moreover, two types of eavesdroppers exist in the network, one of which has known channel state information (CSI), while the other not. To achieve security communications, in our work null-space beamforming and artificial noise beamforming are jointly optimized to improve the secrecy rate of the multi-hop network. In nature, the joint optimization is nonconvex and challenging. Exploiting its structure, the considered optimization problem is decoupled into a series of subproblems that can be efficiently solved based on convex optimization theory. Finally, some numerical experiment results are provided to assess the performance of the proposed secrecy beamforming design.     

位置功率联合判决的高铁通信越区切换算法

随着我国铁路运输现代化进程的加快,高铁列车对通信信息技术的需求日益提升。越区切换是高铁无线通信移动性管理的重要部分,对提高通信质量和运营效率、确保运营安全具有重要意义。针对高铁列车切换性能差、乒乓切换率高的问题,提出一种位置功率联合判决的越区切换算法。以切换阈值作为约束条件并借助信道模型和测量信息计算得到最佳切换带,利用高铁列车的单向移动特点简化位置信息并优化切换流程,以有效避免乒乓切换现象。考虑到车载多中继节点对切换触发位置的判决误差之间存在相关性,构建代价函数筛选最优的预测参数,采用加权统计线性回归方法预测判决误差并加以纠正,使得切换位置收敛于最佳切换点。仿真结果表明,相对A3算法、距离触发算法,该越区切换优化算法能有效降低乒乓切换率,在列车速度为350 km/h时越区切换成功率达到99.5%以上,其能够提高通信系统的可靠性,推动列车提速并保障行驶安全。     

基于模糊逻辑技术的切换策略

下一代宽带无线通信网在为用户提供高速率语音服务以及图像、视频信息的传输和高速接入Internet服务等丰富的业务类型的同时,也给系统的切换策略带来新的挑战。以往仅考虑单一因素对系统影响的切换策略已不适用于具有丰富业务类型的下一代宽带无线通信网络。该文利用模糊逻辑技术进行切换过程中的目标小区选取。相比传统方案,模糊逻辑技术可以兼顾多种因素,使得选取结果更加合理,并且可以均衡系统负载、减少切换的拒绝率。     

基于UHF频段RFID技术的实名制火车票研究

针对现行的基于二维码技术的实名制火车票容易造成信息泄露存在安全隐患的问题,介绍了采用内嵌UHF RFID芯片的电子火车票技术,设计了符合实际应用的UHF频段RFID电子火车票系统并对系统的关键技术进行了研究。RFID电子火车票不仅能存储更多的个人信息,具有更高的防伪级别,而且可以实现对旅客运输的有效管理,便于各项客运数据的统计工作,与铁路售票系统联网还可以实现自动售检票,提高工作效率和自动化水平,满足当前铁路高速、高密度的运营需要。     

宽带电力线MIMO通信中基于能效的波束成形算法

宽带电力线MIMO通信中,由于存在多用户干扰和共信道干扰,需要应用波束成形算法消除,由于信道状态信息不能准确获得,需要对信道进行量化反馈,故反馈误差会导致系统性能下降;针对此问题,本文提出了一种考虑量化误差影响的波束成形算法,此算法在保证用户服务质量的前提下,以最大化系统能源利用效率为优化目标,仿真验证了此波束成形算法的有效性和鲁棒性.     

无相位反馈的分布式发射波束成形技术研究

分布式发射波束成形技术是实现协作通信的一种有效方式,而分布式发射波束成形面临的主要技术挑战有发射信息共享、载波同步、发射时间同步等。本文针对这些技术挑战利用时分双工系统前后向信道的一致性,提出了一种不需要在节点之间反馈相位控制信息的分布式发射波束成形技术。在此基础上,发射节点和目标节点之间数据传输采用OFDM技术,提出了对每个子载波信号分别进行发射波束成形的实现方法。     

软件定义空基骨干网中的编码感知机会路由方案

为保障空基通信任务的高效实施,针对软件定义空基骨干网中路由信息交互时存在的时延、开销以及可靠性方面的不足,提出一种改进的兼具软件定义与网络编码优势的CAOR-SD方案。该方案在沿用编码感知机会路由基本思想的前提下,将节点距离与编码收益综合考虑构造转发消耗函数进行候选转发节点优先级的分配,从而提高网络传输效率;同时对控制报文的反馈机制和节点的流表结构进行设计,控制开销有效降低。仿真结果表明,该路由方案可较好地适应空基通信场景,能够降低传输时延和路由开销,提高网络吞吐量和数据成功传输率。