基于大规模MIMO的共享型阵列混合波束成形算法

针对大规模MIMO系统中传统全数字波束成形算法的系统实现成本高昂和能量消耗巨大等问题,提出了一种共享型阵列的混合波束成形算法。在设计算法时为了充分利用大规模天线阵列所带来的增益,考虑分别提取全数字波束成形算法中最佳预编码矩阵和合成矩阵的相位信息作为混合波束成形算法中的模拟预编码矩阵和模拟合成矩阵,然后对它们与信道作用后的等效信道进行奇异值分解,得到相应的数字预编码矩阵和数字合成矩阵。仿真结果表明,本文所提混合波束成形算法能够在系统性能和实现成本之间达到较好的折衷,同时该算法对硬件精度的要求较低。     

单用户毫米波大规模MIMO系统的混合预编码方案设计

对MIMO通信系统的数字预编码方法进行了深入分析,指出单用户毫米波大规模MIMO系统和传统全数字预编码方案所用射频(RF)链路数量过大致使系统实现成本大和能量消耗较高,并针对这种情况,提出了一种在系统收发两端分别采用混合预编码器和混合合成器的混合预编码方案。该方案首先通过迭代算法设计模拟预编码矩阵,并且根据信道矩阵与模拟预编码矩阵作用生成的等效信道矩阵设计数字预编码矩阵,然后根据混合预编码器设计混合合成器,从而使系统频谱效率最大化。该方案与传统全数字预编码及现有混合预编码方案的仿真比较结果表明,该方案有效降低了系统实现成本和能量消耗,且性能优于现有的混合预编码方案,与传统全数字预编码方案相比,性能非常接近。     

5G通信中基于混合波束成型的多用户MIMO调度算法研究

大规模多输入多输出(MIMO)技术是5G通信的核心技术之一,信号多入多出可以有效提高通信传输中的频谱效率与用户的通信质量。本文从用户下行信道与通信向量函数2个维度阐述了信道有效传输原理,并基于此设计了一种毫米波MIMO混合波束成型模型。文章分析了毫米波混合波束成型模型设计原理、实现步骤及算法复杂度情况,并利用混合波束成型模型设计了多用户MIMO调度的具体实现方法;基于模型确定出双向交替优化MIMO系统的发射端和接收端子阵列的天线加权矢量,给出数字模拟混合波束成型的算法方案,最终实现多用户MIMO的均衡调度。仿真结果表明,所提出的调度算法具有收敛速度快、计算复杂度低、基带传输效率高等优势。     

毫米波大规模MIMO系统波束选择方案的设计

针对毫米波大规模MIMO系统采用全数字预编码时,所需射频链路数量过多而导致能量消耗高的问题,提出了一种基于透镜的波束选择方案。该方案首先通过分析用户受干扰的可能性,将所有的用户分为干扰用户组和非干扰用户组,然后对于非干扰用户,直接利用最大功率准则进行波束选取,而对于干扰用户,则通过低复杂度增量算法选择合适的波束使系统和速率最大化。仿真结果表明,在有效减少系统所需射频链路数量和降低计算复杂度的基础上,该方案的系统和速率能够达到接近全数字预编码方案的水平,并且能够获得更高的能量效率。     

RZF预编码与MMSE-SIC检测联合的大规模MIMO系统预编码设计算法

研究了大规模多输入多输出(MIMO)系统的预编码设计算法。针对大规模MIMO系统通常利用增加用户天线数来提高系统频谱效率的方法会导致用户间干扰增大,从而对系统性能产生负面影响的问题,提出了一种将正则化迫零(RZF)预编码与最小均方误差-串行干扰消除(MMSE-SIC)检测相结合的改进算法。该算法通过在基站端采用RZF预编码对信号进行预处理以平衡用户间干扰和噪声干扰的影响,继而在接收端运用检测性能优异的MMSE-SIC算法来进一步减轻信号中的干扰,从而达到提升系统容量的目的。实验结果表明,这种将RZF预编码与MMSE-SIC检测相结合的改进算法,在用户间干扰较大时具有较好的适用性,且在完全已知和未完全已知信道状态信息情况下的频谱效率均优于传统RZF算法。     

基于波束训练的大规模MIMO多用户度调度算法

在毫米波多用户大规模天线阵列多输入多输出(MIMO)系统中,由于使用混合波束形成结构,使得用户调度问题面临新的挑战,调度问题转变为在同一时频资源选择调度用户子集和用户与基站之间通信波束对的问题,需要从用户和波束两个维度来进行考虑。大规模MIMO由于在基站端和用户端使用大量的天线阵列,如果使用穷举搜索算法运算量极大,在实际应用中是不现实的。本文提出了一种基于波束训练的多用户调度方案,该方案分为2步。第1步,由于波束间的干扰大多数来自于相邻波束,因此对相邻波束进行分组,同时根据用户反馈的信干燥比(SINR)最大值的基站波束索引号把相关的用户映射到对应波束组。第2步,为了减小干扰,每个波束组的最小波束索引根据一定的原则来选取调度用户,然后通过基站和用户之间的波束训练选取最接近于SINR门限值的用户波束来进行通信。仿真结果表明,该方案具有逼近最优穷举方案的性能并且具有较低的计算复杂度。     

基于阵列分解的星载相控阵天线波束成形网络设计

根据"子阵列"理论,对星载阵列相控阵多波束天线的阵元空间和波束空间进行子阵分割,分析天线阵元空间成形系数的复用情况,并结合分布式算法,在阵列分解基础上提出了一种波束成形网络的复用结构,节省了67%以上的资源。最后实现了波束成形网络的试验验证平台,并完成了算法的移植和验证。结果表明,该波束成形网络比常规方法节省了大量资源,并实现了多波束等通量覆盖的设计目标。     

Beam shaping with limited amplitude weight values for satellite active phased array antenna

针对星载DBF有源相控阵天线发射波束赋形的实际需要,提出了一种基于有限幅度加权的波束赋形方案。采用双重编码遗传算法实现了该方案。分别采用有限位长度的二进制编码和实数编码对阵列加权矢量的幅度和相位进行编码,使得阵列加权矢量的幅度仅在几个离散的台阶上变化,限制了阵列加权矢量幅度的动态范围,该方案在方向图旁瓣和功率放大器的效率之间取得了折衷,更适合于实际应用。与复数编码遗传算法相比,在保持最优解的精确度的同时,由于幅度维上搜索空间的减小,加快了算法的收敛速度。为了进一步提高算法收敛速度和避免算法“早熟” ,提出了一种基于”物种多样性“选择保留策略,并对算法采用了自适应交叉和变异概率,使算法更有把握得到全局最优或准最优解。     

大规模MIMO系统的全导频RZF预编码方法

研究了大规模多输入多输出(MIMO)系统的预编码。针对小区间干扰和导频污染会对预编码的有效性产生较大影响的问题,提出了一种改进的全导频正则化迫零(RZF)预编码方法。该方法通过将有限的正交导频信号分配给小区用户来对预编码矩阵中的信道向量进行优化,得到优化后的全导频正则化预编码矩阵,并依此推导出新的包含导频污染函数和用户干扰函数的和速率表达式。另外,综合考虑基站天线数、用户数以及导频重用因子,优化其配置关系,从而用较少的用户信息和更高的导频重用因子来抑制更多的小区间干扰,有效地提升系统性能。实验结果表明,这种改进的RZF预编码算法能够较好地提高系统容量,在完全已知信道状态信息(CSI)和未完全已知CSI两种情况下的频谱效率及和速率均优于传统的RZF方法。     

一种新型的OFDM智能天线

根据自适应天线阵列理论，结合给定的参考波束的误差，引入虚拟干扰的概念，对目标波束图形状进行调整，提出一种新的可以应用于任意类型天线阵列的波束综舍算法．应用提出的新算法，在主辩和旁瓣位置都可以对波束进行有效的调节．最终获得阵列的最优权矢量，能够最小化目标波束图与参考波束图间的差异．理论分析与仿真结果表明，与现有的同类算法相比，该算法能更有效地获得与参考波束基本相符的波束．应用于OFDM智能天线系统时，对不同子载波频率上信号进行单独处理，利用该算法进行波束综合，能够在整个有效频段，使所有子载波上获得基本一致的阵列输出．     

GEO双极化多波束卫星移动通信系统信道建模

研究了采用双极化数字多波束阵列天线的地球同步轨道(GEO)卫星移动通信(MSC)系统的统计特性,建立了多用户多波束系统统计模型,进而利用该模型给出了计算机仿真方法。通过仿真揭示了用户所处环境、用户位置分布、天线交叉极化鉴别度及莱斯因子等因素对系统平均频谱效率的影响。仿真结果显示,系统以重阴影用户为主要服务对象时,平均频谱效率明显减小,用户分布越靠近波束中心频谱效率越大,高菜斯因子信道天线交叉级化鉴别度对频谱效率影响很大。     

非一致性噪声条件下的特征空间波束形成

由于水声环境的复杂性,阵列的噪声分布可能是非一致性的。当阵元噪声功率各不相同时,阵列协方差矩阵特征分解得到的特征子空间与真实目标的特征子空间之间存在误差,导致特征子空间波束形成算法的性能衰减。文章提出了一种新的非一致性噪声条件下特征子空间的估计方法,将阵列协方差矩阵对角线置0,进行特征分解估计的特征子空间将不受阵元噪声非一致性的影响。将该方法应用到特征空间波束形成算法,提高了非一致性噪声条件下特征空间波束形成算法的方位分辨能力。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于协方差矩阵加权的任意阵列宽带恒定束宽波束形成方法

提出了基于协方差矩阵加权方法的恒定束宽波束形成方法,它适用于任意几何形状和阵元方向性的传感器阵列。设计方法为：首先将设计频带分成若干子带,采用优化方法,通过对各子带波束施加约束,设计出具有设定波束形状的各子带波束。然后,对各子带波束进行能量综合,完成宽带信号处理。该方法解决了协方差矩阵加权波束形成方法在宽带系统中会出现的频谱畸变问题．提高了其宽带信号处理性能,为此类的宽带系统设计提供了理论支持。通过计算机仿真和湖试实验数据验证了方法的正确性。     

有限反馈SDMA系统中信道矩阵的逐列量化算法

针对多天线广播信道(MIMO BC)块对角化(BD)预编码空分多址接入(SDMA)系统对角化预编码时,直接量化信道矩阵的有限反馈方法复杂度过高的问题,利用系统中用户配置多个天线的特点,提出了基于天线合并逐列量化(PCQ)信道矩阵的有限反馈方法.该方法对接收信号做多次天线合并,将传统算法中直接量化信道矩阵转变为多次量化等效信道矢量,仿真结果表明,在总的反馈比特数相同的情况下,该方法以较少的和容量损失换来了复杂度的大幅降低.     

基于多点协作的预编码算法研究

在LTE-A系统中引入了多点协作(Co MP)技术,它能够有效降低小区间干扰,提升系统吞吐量,它可以看作是一个协作的多用户MIMO系统,但是每个用户会同时接收到有用信息和来自其他用户的干扰。而采用预编码方案可以有效消除MIMO用户之间的干扰。本文重点研究了基于Co MP技术所使用的经典预编码算法,并在此基础上,提出了结合BD-QR和MMSE两种算法优势的改进算法,该算法可以同时消除用户间以及用户内的自身多天线干扰,并且克服了噪声的影响,进一步提升了系统容量。     

用于MIMO空分复用系统上行链路接收机的球形检测算法

本文涉及的MIMO空分复用系统上行链路的子信号流在空间维和时间维上未进行编码,直接将高速数据流分解为若干低速数据流,进行分层调制后用多个天线发送,实现MIMO空分复用发射,可使移动台的发射机设计简化。但是这要求MIMO空分复用系统上行链路接收机有较高的信号检测能力。本文提出改进初始半径的球形检测算法进行信号复原,该算法能在较低的计算复杂度逼近最大似然的误码性能。仿真试验的结果验证所提出的球形检测算法在误码性能上优于现有其它检测算法。     

一种高增益宽波束阵元天线

提出一种利用梯形斜面反射结构得到的宽波束阵列单元，该结构形式的天线单元具有较宽的天线波束以及相对较高的天线增益，同时天线极化形式限制较小，且天线波束形状可以根据设计调整。     

ADF在相控阵天线阵设计中的应用

针对商用仿真软件ADF在天线阵列中的应用,对矩形多波束平面相控阵天线建立了天线单元模型和25×25模型的仿真,仿真了该阵列的内部天线单元的增益、轴比等性能,仿真结果表明该软件在阵列天线仿真具有很高的使用价值,对相控阵天线的设计应用具有重要的工程指导意义。     

采用Tomlinson-Harashima预编码的多天线多用户系统的低复杂度用户选择算法

针对采用Tomlinson-Harashima预编码(THP)的下行多天线多用户系统,提出了一种基于启发式Gram-Schmidt(G-S)正交化的低复杂度的贪婪用户选择算法.仿真结果表明,该算法的系统吞吐量性能非常接近最优遍历搜索的性能,优于迫零波束成型准正交用户选择(ZFBF-SUS)方案的性能,并且在容量域上具有渐进最优性.     

MIMO信道树形矢量量化编码反馈方法

为了进一步降低有限反馈系统的反馈量,提出了一种多输入多输出(MIMO)信道树形矢量量化编码反馈方法.对于具有时间相关性的信道,首先统计出在已知当前码字的条件下下一个码字出现的条件概率,然后根据条件概率进行条件熵编码,编码结果反馈到输入端进行波束成形.该方法利用树形码本提高最优码字的搜索效率,减少计算量;利用信道的时间相关性提高编码效率,降低反馈量.仿真结果表明,在具有时间相关性的信道中,采用所提方法能以较少的计算量和较低的反馈量获取与传统方案相近的系统性能.