基于高速铁路通信的多波束机会波束赋形技术

鉴于高速铁路通信中,列车位置信息可预测、列车车顶中继转发天线数有限,以及反馈信息时延大、多普勒衰落较大、频繁切换等特性,传统的波束赋形并不适用于高速铁路场景。位置信息辅助的多波束机会波束赋形能够利用列车位置信息可预测的优势,在机会波束赋形算法中有效地提高发送波束随机相位与来波相位匹配的概率,同时支持多个波束并行传输,以多波束选择实现更好的多用户分集增益,且机会波束赋形无需反馈完全信道状态信息。因此位置信息辅助的多波束机会波束赋形技术适用于高速铁路通信。     

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。     

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。     

基于功率控制CDMA容量优化的应用

为了克服CDMA系统的远近效应和边缘效应,解决CDMA网络容量受限的问题,采用了功率控制技术,对前向链路减小基站发射功率,对反向链路调整移动台发射功率,降低系统内的干扰水平,满足用户QoS要求,有效提高CDMA系统容量。理论阐述了功率控制技术与CDMA系统容量的关系,从系统载扰比分析入手验证了功率控制对CDMA系统容量的影响,得到了基于功率控制技术两种容量优化方法即远近控制和C/I控制。实际案例仿真结果表明,通过优化功率控制参数的方法能够有效地提升CDMA系统的容量,促使CDMA网络软容量达到最佳,为CDMA网络优化人员提供可以借鉴的思路和方法。     

基于波束赋形的MIMO系统混合自动重传技术

在无线通信系统优化问题的研究中,多输入多输出(MIMO)系统的混合自动重传技术能够提高无线通信传输的可靠性.根据空时编码的重传技术多次重传样本进行联合解码,能够提高解码功能;减少信道传输差错.为了进一步减小重传次数,提高重传效率,提出了一种基于波束赋形的MIMO系统混合自动重传技术.在空时编码重传的基础上,引入自适应波束赋形,使MIMO发射的空间波束更加集中地对准用户,从而提高发射功率利用率,减小干扰,进而增加了混合自动重传合并增益,提高了重传效率.计算机数值仿真验证上述方法提高了系统的增益和可靠性.     

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。     

多速率CDMA系统下行波束成形的联合多变量优化

下行波束成形能用来限制由于高速率数据用户引起的干扰,也能改善系统性能。另一方面,功率控制、数据速度分配也是改善无线多媒体通信频谱利用率的两种基本技术。在文章里,阐述了DS—CDMA系统中给定系统吞吐量和软的目标SIR门限值条件下,下行波束成形权值和数据速率的优化问题。基于上面的内容,给出了一种改进的IVPW算法,可以将其应用于未来的无线通信系统,为所有用户提供稳定的最大吞吐量。     

均匀CDMA系统容量的设计与仿真

文章设计了较实用的有19个蜂窝小区的均匀CDMA实验系统业务中心的控制软件,并提出与距离的幂次有关的功率控制算法来节省基站的发射功率,及根据一天中不同时间区段的业务量对信道进行动态分配的方法提高系统容量。针对不同情况系统容量的计算机仿真结果表明:对小区基站采用功率控制算法可大大节省基站的发射功率。     

一种新的多用户波束赋形算法

为了抑制多用户多输入多输出(Multi-user multiple input multiple output,MU-MIMO)系统中的用户间干扰,提出一种新的算法。在本用户消除对其他用户的干扰的前提下选择波束赋形矢量,如果所有用户都采取这种措施,各个用户受到其他用户的干扰将降低至最低,从而提高整个系统的性能。仿真结果表明,随着用户数增加,采用本文中的算法较传统的信漏噪比(Signal-to-leakage-and-noise ratio,SLNR)算法可以降低系统误码率(Bit error rate,BER)。     

CDMA系统中自动功率控制对系统容量的影响

CDMA系统的容量主要受限于系统内移动台的相互干扰,所以如果每个移动台的信号到达基站时都达到最小所需的信干比,系统容量将会达到最大值。在CDMA蜂窝系统中,为了解决远近效应的问题,同时避免对其他用户过大的干扰,必须采用严格的自动功率控制。功率控制的目的就是既维持高质量通信。又不对同一频率的其它用户产生不应有的多址干扰。功率控制的目的是控制每个用户的发射功率,而使得基站接收收到的每个用户的功率接近,从而克服远近效应。     

低轨卫星通信终端微带天线设计与实现

针对低轨卫星通信系统中微带天线的特性要求,首先利用高频结构仿真软件HFSS建立微带天线模型,并对该模型运用电磁理论和优化理论进行仿真优化,得到了最佳的微带天线结构和电参数.然后根据设计参数研制了符合要求的中心频率为398 MHz的微带天线,并且缩减尺寸至可以植入卫星通信中的便携式终端设备.利用矢量网络分析仪对该天线各参数实测结果表明,研制的微带天线的性能与实际要求的指标吻合,证明了设计的有效性.     

LEO卫星网中自适应的TCP方法

针对LEO卫星网中不同连接时延差别大、TCP性能降低、公平性较差等问题,提出基于路径中卫星数调节TCP初始窗口和窗口增大速度以改善较长时延连接性能的方法。推导出新的拥塞控制窗口增长公式,区别对待不同时延的连接,具有自适应能力。仿真结果表明,该方法能有效提高长时延条件下TCP的性能,在不同时延的连接间公平性指数接近于1,适用于多种版本TCP在LEO卫星网中的改进。     

E-TDMA和CDMA容量的分析和比较

本文从技术角度详细介绍了E-TDMA和CDMA两种多址技术提高容量的方法,并对其进行了分析和比较。     

LEO卫星网络的路由技术

低地球轨道LEO(Low Earth Orhit)卫星系统因能够提供多媒体通信服务而成为卫星通信研究的热点．由于LEO卫星相对地面高速运行和其网络拓扑结构的快速动态变化,路由问题一直是LEO卫星网络重点解决的难题之一．该文介绍了LEO卫星网络中路由及其相关技术方面的一些工作,分析了LEO卫星网络的拓扑结构特点,然后着重对LEO卫星网络的路由机制进行分类和描述,特别说明LEO卫星网络的切换对路由的影响,最后提出设计LEO卫星网络路由机制应考虑的主要方面．     

低轨卫星空间操控中的一种载荷休眠方法

针对某低轨卫星应用中应答机老化下的载荷延寿问题,在关联应答机AGC、载波锁定、温度等遥测参数基础上,详细讨论空间环境效应下的应答机温度变化规律及其对载波锁定的影响,提出一种应答机高温时期的应急操控方法,即通过发送单指令对电源下位机进行复位,使其进入最小模式工作,从而使载荷进入休眠状态,同时实现星内器件快速降温,可拓宽上行遥控信道的时间窗口,便于卫星操控。在轨检验结果表明,电源下位机复位后,应答机可在24h内降温超过5.3°C;72h后,应答机温度可稳定在21.0°C以下;电源最小模式下的载波锁定时长优于400s,满足操控需求。在冬季应答机最低温度超过26.2°C时,可利用应急操控启动载荷进入冬眠模式,在度过高温期后再恢复载荷工作,实现卫星在轨延寿。     

一种基于扩散机制的LEO卫星网络多径路由协议

提出一种适用于LEO卫星网络的动态多径路由协议——DMRP（Diffusion—based Multi—path Routing Protocol）。协议按需运行,且具有在源、目的之间建立多条路由的能力。按需协议仅当节点发送数据时才启动路由过程,寻找到达目的节点的路由,不要求节点实时维护网络拓扑信息,从而降低了协议运行时间与拓扑存储开销;多径路由则提高了网络的可靠性及协议的健壮性。仿真结果表明,DMRP在协议收敛时间、丢包率等方面都有良好的性能。     

改进的LEO卫星网络密钥管理协议

卫星网络密钥管理协议是实现网络节点间安全通信的前提。在分析卫星网络密钥管理协议特性的基础上,提出了分布式与集中式相结合的LEO卫星网络密钥建立方案,改进了密钥管理协议的分簇方式和密钥更新方法,并进行了分析和验证。该方法进一步增强了安全性,同时提高了密钥更新速度。     

低轨卫星信道隐马尔可夫仿真模型研究

相对于一般的通信系统而言,低轨卫星通信系统具有信号动态范围大,多普勒频移大且变化速度快,信道起伏剧烈等特点.首先分析了低轨卫星信道时变特征,提出了基于自由空间衰减与Corraza模型的全阶段静态信道模型,并采用Clarke仿真模型及莱斯正弦和法对其误码率性能进行了仿真分析.在此基础上研究了基于隐马尔可夫模型的低轨卫星动态信道模型,仿真结果表明采用隐马尔可夫仿真模型比传统的波形级仿真运算量大大减小,且在性能方面接近.同时具有非常好的灵活性与扩展性.     

面向LEO卫星网的轻量级按需QoS源路由算法

接入卫星切换、流量分布不均匀和星上处理能力受限等因素使LEO卫星网的QoS路由面临巨大挑战。提出了一种引入移动代理技术的轻量级按需QoS源路由算法。首先结合星际链路队列占用情况设计了星际链路可用指数;接着基于卫星网承载流量分布特点提出了卫星可用指数;综合星际链路和卫星可用指数给出了移动代理迁移策略、星际QoS路由及其重建算法。仿真结果表明,提出的路由算法信令开销低,时延抖动、新呼叫阻塞率和切换呼叫阻塞率等QoS性能明显优于传统路由算法。     

基于分时的LEO卫星网络非对称路由算法

提出了一种基于分时的LEO卫星网络非对称路由算法A-DTRA（asymmetric discrete time based routing algorithm）。针对网络节点在各时间片内的链路连接状态,该算法通过中心节点两次广播来获取一跳邻节点信
　　息及其邻节点的邻居节点信息,从而完成了链路检测,得到每个时间片内的有向虚拟拓扑图。通过使用备份路由和路由表压缩机制实现了非对称链路上分组转发的可靠性,失效节点处理的及时性以及星上节点开销的低耗性。通过仿真分析可知,该算法具有较好的数据包转发率和端到端时延性能。此外,利用非对称链路可提高网络的连通性能,该算法适用于存在非对称链路的LEO卫星网络。