通信感知一体化混合波束赋形技术

为解决无线通信与感知的性能日益强大而带来的频谱资源紧缺的问题，通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)技术逐渐开始受到重视。在目前最有发展潜力的毫米波(millimeter Wave, mmWave)多输入输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)混合波束赋形系统基础上，提出了一种通信感知一体化的波束赋形算法。使用均方误差(Mean Square Error, MSE)衡量该系统的通信和雷达的性能，通过引入权重因子将通信与雷达的性能指标综合考虑，得到通感一体化波束赋形系统的最优解。针对求解过程中的非凸优化问题，提出了基于坐标迭代的交替优化算法对问题进行求解。针对不同权重因子，对通信的频谱效率和雷达的波束方向图进行了仿真，仿真结果验证了所提方案可以实现通信感知一体化系统下通信与感知性能的折中。     

多波束赋形在非正交多址接入技术中的应用研究

为解决非正交多址接入(NOMA)技术在毫米波Massive MIMO系统中用户的分组受限于基站波束宽度的问题,提出了一种能够产生指向多个方向的波束的波束赋形方案.基于该多波束波束赋形方案,建立了多小区多用户场景下的用户资源分配的数学模型.为降低计算的复杂性,采用两阶段的资源分配算法.在第一阶段中,在给定的功率分配条件下将模型转化为联盟博弈中联盟的生成问题,并提出一种通过迭代确定用户分组和天线单元分配的算法;在第二阶段中,通过将非凸的数学优化问题转化为DC规划问题,提出用户功率分配的算法.仿真结果表明,本文所提多波束波束赋形方案能够有效产生指向多个方向的波束,且所提资源分配算法能够有效提高系统的性能.     

互耦效应对波束赋形天线的影响分析

波束赋形天线技术可以通过基带调零等手段降低干扰信号影响,提升系统抗干扰性能,通过数字信号处理还可以在空间上形成多个波束,从而形成空分多址,大幅度提升系统的容量。但是波束赋形天线技术要求天线间隔尽可能小,一般约为工作频率的半波长,而较小的天线间隔在实际工程实现时会引起严重互相耦合。由于对互耦效应进行有效的数学描述非常困难,一般通过计算量极大的专业天线仿真软件进行仿真验证,严重制约了互耦效应解决方案的提出和论证。文中针对上述问题,提出了互耦效应的数学模型,并利用MATLAB和ANSYS-HFSS工具对相关模型进行了交叉验证。不同平台的对比仿真结果显示了相关模型的正确性和有效性。     

CDMA系统中联合功率控制、波束赋形与多用户检测

应用功率控制、波束赋形和多用户检测可以有效地消除和减少CDMA系统中的干扰。本文结合波束赋形和多用户检测的特性，提出一种应用波束赋形增益和多用户相关矩阵的解相关算法。基于算法的复杂性，提出一种区分聚集用户进行多用户检测的的算法。由于波束赋形能够消减主瓣波束之外的多用户干扰，对聚集移动台采用解相关检测达到减少运算量和消除多用户干扰的目的。对算法进行了仿真分析，证明了本算法的优越性。     

赋形反射面多波束天线优化设计与分析

为了以较低的技术难度实现多个点波束对服务区的高增益、低旁瓣覆盖,提出了一种新型的赋形单口径多波束天线设计方法,通过对反射面赋形来解决传统单口径多波束天线旁瓣电平与波束宽度之间的矛盾.在对反射面优化过程中,将天线口径投影面内的相位分布作为优化变量,利用基于实数编码的遗传算法对其进行调整来获得满足要求的多波束覆盖.数值仿真结果表明:在保证增益大于40 dBi、旁瓣电平低于20 dBi的前提下,该设计能够将波束宽度拓宽为1°,可有效地提高了波束交叠增益,降低了旁瓣电平.     

TD-LTE双流波束赋形技术分析

文章介绍了3GPP Release 9中提出的双流波束赋形技术,对双流波束赋形技术的实现原理以及两种不同的应用场景进行了阐述。通过仿真,文章对单用户双流波束赋形时TM8与TM3和TM7进行了性能对比,并对单用户双流波束赋形和多用户双流波束赋形下的小区吞吐量增益进行了比较分析,分别给出了它们的信噪比适用门限。最后,文章通过外场测试评估,对仿真结果进行了验证,并给出双流波束赋形技术对系统吞吐量增益的结论。     

一种基于特征值分布的波束赋形方案

该文分析了在不同角度扩展和DOA情况下的特征值分布，研究了在不同角度扩展环境下不同波束赋形算法的性能。在此基础上，提出了一种基于特征值分布的波束赋形方案。该方案根据信道的特征值分布自适应地采用不同波束赋形算法。仿真表明，该方案与PPPW（Per-PathPer-Weight）波束赋形算法性能相近，同时大大降低计算复杂度。     

阵列天线通道误差对波束性能的影响分析

针对阵列天线通道间的误差影响波束性能的问题,分析了通道间误差的来源,并通过波束形成原理说明了通道间误差如何对波束性能造成影响。给出了幅度误差和相位误差多种组合场景作用下波束方向图的仿真结果,并分析了通道误差对波束宽度、旁瓣电平和增益等主要指标的影响。给出了波束形成过程中对通道误差控制范围的建议。     

5G大规模波束赋形技术综述

大规模波束赋形技术是5G新空口(NR)满足增强移动宽带(eMBB)、超高可靠低时延(URLLC)以及海量机器间通信(mMTC)三大场景性能指标的核心技术。从学术研究和产业发展两个角度回顾了大规模波束赋形技术的发展历史,探究了大规模波束赋形技术性能增益的理论源头,分析了验证和测试结果,进一步说明了理论的正确性和大规模波束赋形技术的可行性;针对大规模波束赋形的关键技术展开讨论,从信道建模、传输/接收方案、反馈方案、参考信号设计和天线阵列设计等角度分析大规模波束赋形的技术瓶颈和可能的解决方案;介绍了大规模波束赋形技术在5G NR中的标准化方案,包括传输方案、信道状态信息获取机制、参考信号设计、协作方案和波束管理等,剖析其设计机理并指出了设计上的一些缺陷。最后对大规模波束赋形技术的演进方向做了总结和展望,梳理了进一步增强的技术方向。从产学研用等多个角度解析大规模波束赋形技术的发展脉络,希望为相关研究提供有益的指导和借鉴。     

LTE系统中的双流波束赋形技术研究

通过洋细分析波束赋形算法及其在LTE系统甲的实现方式,对波束赋形性能以及发射天线数对波束赋形系统性能的影响进行了仿真,仿真结果表明,双流波束赋形适用于小区中心区域SINR高的区域：增加发射天线的数量能够改蓠波束赋形系统的SINR性能,从而提升系统的容量。最后指出了波束赋形技术进一步的研究方向。     

硬边衍射超高斯光束传输特性的自收敛束宽法研究

用自收敛束宽法,对有硬边衍射超高斯光束束宽的传输及其参数作了研究,研究表明,当自收敛束宽因子满足一定条件时,超高斯光束的自收敛束宽与基于无截断二阶矩定义的束宽遵循相同的传输规律,因此,自收敛束宽法定义的光束传输因子在传输过程中保持不变。还对自收敛束宽法和渐近近似法作了详细比较,对这两种方法的等价性作了讨论,并且对自收敛束宽法赋予了简明的物理含义。     

双曲正割光束在强非局域对数饱和型非线性介质中的传输特性

从非局域非线性薛定谔方程出发,依据对数饱和型非线性介质中非线性折射率的变化规律,求出了1+1维双曲正割光束在强非局域对数饱和型非线性介质所对应的拉格朗日密度函数的近似表达式。在此基础上,利用变分法得到了光束各参量的演化方程。从光束各参量的演化方程出发,进一步得到了光束各参量的演化规律,并由此得到了一个临界束宽。当光束初始束宽等于临界束宽时,并且从束腰处入射时可以得到稳定的1+1维双曲正割型空间光孤子;在一般情形下,光束初始束宽不等于临界束宽时,得到了束宽振荡的1+1维双曲正割型空间呼吸子。     

非柯尔莫哥诺夫湍流对部分相干双曲余弦高斯光束扩展的影响

基于非柯尔莫哥诺夫湍流模型,本文给出了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流传输的二阶矩束宽和相对束宽解析式,并研究了湍流参数(广义指数α、内尺度l0、外尺度L0)和光束参数(离心参数δ、相干参数β)对光束扩展的影响。研究表明:束宽随α的增大而先增大后减小,且在α=3.11处存在光束扩展极大值;束宽随l0的增大而减小,随L0的增大而略微增大(仅当α3.7时)。另外,束宽随δ的增大及β的减小而增大,但当δ越大和β越小时,光束扩展受湍流的影响则越小。     

On the application of adaptive antennas to microcellularenvironments: radio channel characteristics and system performance

The possible application of adaptive antennas in microcellular operational environments is studied in this paper with the help of a site-specific ray-tracing propagation model. First are examined the statistics of propagation parameters that play an important role for the performance of adaptive antennas. Particular emphasis is put on the spatial characteristics of the radio channel under line-of-sight (LOS) and non-LOS conditions. For this reason, area statistics are produced for a typical small-cell environment for parameters such as the number of multipath clusters, number of rays, angular size, and excess delay of each impulse response, as well as the number of rays, angular size and power of the multipath clusters. Results show that contrary to the common belief for such environments, the signal is not "almost" uniformly distributed in the spatial domain, instead is contained in a few narrow clusters. Then the effect of the microcellular environment on the uplink performance of some well-known techniques like conventional beamforming, maximum entropy, switched beams, maximum ratio and optimum combining, and beam-space optimum combining is examined . The results show that for typical time-division multiple-access (TDMA) scenarios with one and two users, the beam space optimum combining (strongest eigenvalue version) and the switched beams methods, offer the best performance     

On the optimum number of beams for fixed beam smart antennas in UMTS FDD

Fixed-beam smart antennas are a simple but effective method to boost the downlink capacity of UMTS FDD. In this paper we compare the two possible strategies. Using a four element uniform linear antenna array, we find the optimum number of fixed beams per 120/spl deg/ sector dependent on the direction of departure (DoD) spread at the base station. For the first method we find the optimum number of beams to be four for low DoD spreads and two or three for large DoD spreads. For the second method the optimum number of beams per sector is seven for small DoD spreads and goes down to four or five beams per sector for large DoD spreads depending on base station spacing. By extensive system level simulations, we show, for 1 km inter base station distance, a capacity gain of more than 160% over a conventional 3-sectored reference system by both fixed beam methods.     

带异形孔的双稳态压电能量采集器研究

针对传统线性压电悬臂梁能量采集器共振频率高、偏离共振频率时输出电压快速下降的问题,该文设计了一种悬臂梁基板上带异形孔的新型双稳态能量采集器。建立该能量采集器的理论模型,并制作了实验样机,研究了该能量采集器在外界不同正弦激振频率下,磁间距对其输出电压和工作频带的影响。结果表明,随着磁极对间距减小,带异形孔结构的双稳态能量采集器的双稳态效应先增强再减弱,由此确定最佳磁极对间距为12 mm,谐振频率为18 Hz,最大输出均方根电压达到12.01 V,采集器有效工作频率为15.5～22.5 Hz,工作带宽达到7 Hz,带异形孔的双稳态能量采集器具有更宽的采集频带,在低频振动环境下具有更高的输出电压响应。     

基站智能天线多波束合成技术

采用数字波束形成的技术，给出了基站智能天线多波束合成的有效算法。对圆环阵分布的基站天线多波束方向图进行了综合，得到了空间隔离度很好的多个波束，并将副瓣控制在30dB以下，结果令人满意。该方法可用于任意单元构成的不均匀阵列天线，还可用于波束展宽及扇形波束的合成。     

A new leaky wave antenna for millimeter waves using an asymmetric strip in groove guide, Part II: Design considerations

part I of this pair of companion papers describes a new type of leaky wave antenna for millimeter wavelengths and presents derivations of the parameters of the transverse equivalent network that accurately characterizes its leaky wave behavior. From a resonance of this transverse equivalent network, one obtains a dispersion relation in closed form from which numerical values of the leaky wave behavior have been obtained. Part II begins with this dispersion relation and a brief discussion of the numerical procedure employed. The relations between these leaky wave properties and the design of leaky wave antennas form the main concern of Part II. In this context, design aspects are discussed, including optimization considerations and the fact that they are frequency independent, and then a variety of numerical results are presented, together with their relevance to leaky wave antenna performance. It is seen that this antenna is capable of systematic design and is versatile with respect to the scan angle and beamwidth of the radiation.     

高铁毫米波最优自适应波束成形与联合传输

高铁车地移动通信系统的吞吐量不仅受到频谱的限制,而且受到高移动性的限制,已成为制约智能高铁发展的重要瓶颈。一种提高系统吞吐量的有效方法是使用拥有较宽连续频谱的毫米波频段以及使用大规模多输入多输出(MIMO)和多波束成形技术。然而,使用固定波束宽度的多波束流在列车高速行驶过程中会产生严重的波束间干扰,因此,论文提出了基于最优波束宽度的自适应波束成形和联合传输方案。当列车距离基站较近时,激活全部波束,实现波束的空间复用,提高系统容量和传输可靠性。当列车距离基站较远时,为了避免波束间的严重干扰,用更多的天线阵元形成较少的波束,获得更大的波束增益,并与相邻基站进行波束联合传输,提升系统的吞吐量。仿真结果表明,与现有波束成形及传统自适应选择方案相比,所提方案吞吐量在小区边缘附近可以提升超过150%。     

光线分布对基于TDLAS温度场二维重建的影响

基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术采用代数迭代算法实现燃烧场温度二维重建。在有限入射光线数目下为获得最佳重建结果,研究了扇形光束和平行光束分布下光线数目、网格数目对温度场重建结果的影响规律。提出虚拟光线方法,通过在相邻光线间增加虚拟光线,减小网格间距以增加网格数目,满足在光线数目较少情况下,实现了较为细致的二维温度场重建。计算结果表明当光线间距与网格间距比在0.6~1范围内时,重建温度场相对均方误差最小。在相同入射光线数目情况下,虚拟光线法可以有效降低重建温度场相对均方误差,提高重建二维温度场精确度。