基于海面散射的莱斯MIMO信道容量研究

通过相关莱斯信道模型对海面散射水声多入多出(MIMO)信道容量进行了研究。从Helmholtz-Kirchhoff积分和Fresnel近似出发,得到海面散射信号的空间相关性,由于信道的协方差矩阵不可以表示成发射相关矩阵和接收相关矩阵的Kronecker积,通过Monte Carlo仿真研究了莱斯因子、接收信噪比和空间相关性对MIMO信道容量的影响。从对outage capacity和信道容量的CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function)的仿真计算结果可以看出,莱斯衰落的MIMO信道容量并不总是小于瑞利衰落MIMO信道容量,当信道的空间相关性较大和接收信噪比较小时,由于信道的衰落作用将起主要作用,对于较小的收发阵元数,以非衰落的直达信号为主的莱斯MIMO信道容量将大于瑞利衰落的MIMO信道容量。     

MIMO(Multiple Input-Multiple Output)信道的容量

MIMO(Multiple Input-Wultiple Output)技术通过在无线通信系统的收发端都使用多天线,充分开发空间资源,提高了信号的传输速率和频谱利用率.通过空时技术处理信号,MIMO技术能够在不增加系统带宽的条件下克服多径衰落,有效的增加信道容量.     

基于VBLAST的水声MIMO高速通信技术研究

为实现高速水下通信,提出了一种基于VBLAST（贝尔实验室垂直分层空时）编码的水声MIMO（多输入多输出）通信技术。该技术通过在发射端和接收端同时采用多个阵元进行多发多收,借助空间复用,可有效解决水下通信系统带宽资源缺乏的难题,使系统在不增加带宽的条件下成倍提高数据传输速率。在水声MIMO通信系统的接收端,提出采用带有二阶数字锁相环、基于自适应空时判决反馈均衡的相干解调技术。该技术可有效克服水声MIMO信道中的多径干扰及同频干扰,且能自适应跟踪信道变化。仿真及湖试结果证明了所提水声MIMO高速通信技术的良好性能。     

四元数Wishart矩阵分布及其在通信中的应用

利用奇异的四元数Wishart矩阵的密度函数以及特征值的联合密度函数计算出了四元数随机MIMO信道模型的信道容量.此模型包括信道系数矩阵Hnr×nt,它可分为nt≤nr和nt＞nr这两种情况.文中对这两种情形分别计算了部分数据.     

一种频分MIMO声呐的波达方向估计算法

为了使声呐阵列在有限的载体空间内获得较高的角度分辨率,设计了基于频率分集的多输入多输出（MultipleInput Multiple-Output,MIMO）声呐。该MIMO声呐采用N发M收的布阵方式,接收阵为M元均匀线阵,发射阵由N个阵元组成,且各发射阵元发射中心频率不同、包络相同的窄带信号。建立密集式频分MIMO声呐的回波模型,并以此模型为基础提出了波达方向估计算法方向-相位域多重信号分类（Direction and Phase Domain-Multiple Signal Classification,DPD-MUSIC）算法。仿真实验中以双频MIMO声呐为例,将频分MIMO声呐的DPD-MUSIC算法的估计性能与单输入多输出（Single-Input Multiple-Output,SIMO）声呐MUSIC算法的估计性能进行了对比。仿真结果表明,频分MIMO声呐利用DPD-MUSIC算法可以获得优于等接收阵元数SIMO声呐的角度分辨率和角度估计精度。     

一种低复杂度的下行MIMO多用户分组策略

在研究了多用户MIMO线性处理技术和多用户选择方法的基础上,提出了多用户分组的思想。为了降低分组过程的复杂度,提出了基于最小奇异值和信道向量的内积的分组评价准则,并且给出了一种低复杂度的快速分组算法。仿真结果显示所提出的算法可以明显提升系统性能：随着系统中激活用户数量的增加,逐渐接近单用户点对点MIMO通信系统的性能;在一个具有4个发射天线的基站的系统中,当发射信噪比达到15dB,分组数量达到10时,采用了快速分组策略后,块对角化和规格化反转方法的各态历经性信道容量分别提升4bits／Hz和3bits／Hz以上。     

MIMO声纳:概念与技术特点探讨

对多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）声纳的概念和技术特点进行了分析。根据所采用的分集技术的不同,将MIMO声纳分为密集式MIMO声纳（采用波形分集）和分布式MIMO声纳（采用空间分集）。对密集式MIMO声纳的优点如自由度的增加、灵活的发射信号设计、自适应技术的直接使用和虚拟阵列等进行了介绍,并指出其发射阵增益损失对探测距离的限制。将分布式MIMO声纳分为发射／接收全分集的MIMO声纳和仅发射分集的MIMf）声纳讲行介绍,并认为这两种声纳可以并入多基地声纳的范畴。     

一种波束域主模式抑制算法

针对阵元域主模式抑制（Dominant Mode Rejection，DMR）算法在阵元数增加时运算量急剧增大和阵元间隔失配时其稳健性降低这两个问题，提出了一种波束域DMR（Beam-space Dominant Mode Rejection，BDMR）算法。该算法把DMR算法从阵元域空间转换到波束域空间，实现降维运算，在保留原算法性能的同时，具有更快的运算速度和更好的稳健性。通过仿真试验，验证了该算法的有效性。     

MIMO水声通信中的空时分组扩展编码方案探讨

采用多输入多输出（MIMO）结构和空时编码可以使水声通信系统获得分集增益,改善系统性能。针对水声信道中的频率选择性衰落,研究了一种用于MIMO水声通信系统的空时分组扩展编码方案（STBSC）,利用正交扩频编码克服了水声信道中多径干扰对空时分组编码（STBC）信号正交性的破坏。给出了方案的系统模型和实现框图,采用MIMO水声模型对方案的性能进行了仿真。仿真结果表明,STBSC方案在多径水声信道中可以得到完全发射分集。最后介绍了方案的水库试验,试验结果表明了方案的有效性。     

多线阵波束域相关处理方法研究

研究了基阵接收信号的相关性与阵增益和定向精度的关系。在存在干扰条件下,分析了阵增益与信噪比、干噪比以及信号与干扰的到达角间隔的关系。指出只有当信噪比足够大时,阵增益才趋于理想的10log10（M）阵增益（M为阵元数）,并推导了估计定向精度的分析表达式。在特定浅海声传播条件下,分析了多线阵的水平和垂直相关性,并利用信号的相关性提出一种不依赖于多线阵阵形监测的相关波束检测方法。     

一款宽带圆柱阵研究

圆柱阵换能器具有水平全向的优势,已广泛应用在水声探测领域。文章研究了一款宽带圆柱阵,利用匹配层技术拓宽圆柱阵阵元的带宽,通过有限元仿真优化单个换能器阵元带宽、发送电压响应和阻抗等参数。同时通过仿真以阵元错位密集方式形成圆柱阵,对阵元的个数及排列方式进行仿真优化,制作了一款宽带圆柱阵并进行了测量,圆柱阵直径为400 mm,高度为435 mm,圆柱阵的工作频段为20~30 kHz,频带内起伏3 dB,最大发送电压响应为160.5 dB,圆柱阵-3 dB水平波束宽度为360°。     

Channel capacity evaluation for a multiple-inputmultiple-output terminal in the presence of user?s hand

The impact of the user's hand holding a multiple-input-multiple-output (MIMO) terminal on system performance and specifically on channel capacity is investigated. A 4 times 4 MIMO system is considered with a personal digital assistant terminal equipped with a compact array of 4 patch elements. The proposed methodology is based on the use of radiation patterns of the antenna elements in the presence of the other elements and in the presence of a user's hand. Radiation patterns are obtained by means of simulations as well as of measurements conducted in an anechoic chamber. Two MIMO channel models are considered, namely a correlation-based model and a geometry-based model, where the antenna patterns are incorporated. The evaluation of MIMO channel capacity demonstrates the impact of the specific terminal antenna array. Moreover, significant degradation of channel capacity is proved because of the presence of the user's hand.     

敷设某种吸声材料的声诱饵简化模型隔离度仿真计算

随着水声电子对抗技术的不断发展,对于声诱饵系统边收边发技术的需求日益增强。实现边收边发技术的难点之一在于如何增大声诱饵系统发射端与接收端的隔离度。由于高分子吸声材料对声能的吸收作用,可以考虑采用在声诱饵接收端敷设吸声材料的方式,对声诱饵系统的隔离度进行改善。利用有限元计算软件对简化的声诱饵模型的隔离度进行数值仿真计算,分析声诱饵模型接收端敷设不同厚度的吸声材料时,对声诱饵系统隔离度的影响。计算结果表明,在声诱饵接收端敷设吸声材料时,可以增大声诱饵系统发射端与接收端的隔离度;当吸声材料达到一定厚度以后,对声诱饵系统隔离度的影响几乎不变。     

水下无人航行器声学系统实收实发声隔离度分析研究

对某水下无人航行器声学系统在特定间距及频段条件下实收实发声隔离度进行了分析研究。在分析某水下无人航行器载体基本结构特征的基础上,通过ANSYS有限元建模仿真软件,对航行器声学系统实现实收实发的指向性和隔离度进行了仿真计算,并在消声水池对航行器声学系统实收实发隔离度进行了实验测试。研究结果表明,收发间距为3 m时具有一定的收发隔离度,若对隔离度有更高要求,则需采取调整收发换能器间距或对接收水听器加装吸声障板等技术措施,可为水下无人航行器声学系统设计及实现实收实发提供技术支持。     

一种二分迭代实时声线修正算法

为提高对水下目标的定位精度,提出并实现了一种二分迭代实时声线修正算法。首先通过二分迭代法快速搜索出水下声源所发出的定位声信号传播声线的初始掠射角,然后以该初始掠射角对应的唯一声线为基础,根据斯涅耳(Snell)声线折射定理计算得到声源与水下接收阵元的距离值,最终利用与声线相符的三路测距值进行交汇解算,完成实时声线修正定位。湖上试验结果表明,该算法简单易行、运算速度快,能够满足实时修正处理的要求,在复杂水文条件下提高了水声定位系统的定位精度。该算法具有良好的工程实用性和通用性,可推广应用于同类水声跟踪定位系统。     

基于伪随机序列的多波束水声探测系统的信道估计技术

多波束水声探测系统不同方向回波信号的同时检测,可以理解为通信中的信道估计问题。在水下多径传播环境中,多径信道的时延参数和幅度衰减参数的估计是多波束探测系统实现目标探测、定位和识别的基础,而抑制来自其它波束的多址干扰(MAI)是信道估计算法的重要目标。将直接序列码分多址(Direct Sequence Code-Division Multiple Access,简称DS-CDMA)通信系统模型应用于水声多波束探测系统。建立了基于伪随机序列的水下多波束探测系统的信号模型,研究了基于子空间方法的超分辨率信道估计算法。并给出了数值仿真实现,分析了信噪比、多址干扰及发射波束数等对信道估计算法性能的影响。仿真结果表明,该算法具有抑制多址干扰的性能,信道参数的估计方差逼近Cramer-Rao下界。这种信道估计技术尤其适合应用于多波束参量阵探测系统。     

Semi-deterministic channel model for MIMO systems Part-II: results

This article presents the results of applying `single interaction scattering reflecting' (SISTER) model to different multiple-input multiple-output (MIMO) channels. The SISTER model is a semi-deterministic channel model which is described in details in Part-I of this article. MIMO performance is investigated for outdoor and indoor environments considering both line of sight (LOS) and non-line of sight (NLOS) cases. Different results are obtained by changing antenna array parameters such as spacing and number of elements and antenna half power beam width (HPBW), as well as environment parameters such as ground`s and walls` conductivity, and number and distribution of scatterers. In addition, space and angle diversity methods are compared for most of the studied cases. As the results show for most scenarios, the MIMO performance may be further improved by using multi-beams (angle diversity) rather than multi-antenna elements (space diversity).