无线通信的新技术MIMO

多入多出(MIMO)技术是无线通信领域的重大突破,它充分开发空间资源,利用多天线实现多发多收,在无须增加频谱资源和天线发送功率的情况下,可以使信道容量成倍提高,还可以提高信道的可靠性,降低误码率,极大提高频谱利用率。文中介绍了MIMO技术,包括MIMO的优点、国内外对MIMO系统的主要研究方向及研究重点等。     

MIMO技术在超宽带通信中的应用

多带UWB通信技术是目前超宽带通信技术中较为热的研究领域,本文引入了一种基于干扰抑制OFDM系统的UWB系统[4],在此基础至上和MIMO技术结合起来,引入一种实际可行的自适应调制算法,算法通过建立各子信道的能量增量表,来实现信息比特和功率的最优分配[1].通过仿真试验可以发现,这种MIMO系统的结合可以改善系统的BER.     

毫米波安检成像雷达设计

针对实际应用的安检技术的局限性,本文介绍一种基于FMCW的体制的安检成像雷达设计。雷达采用合成孔径成像算法对待检人员身上的隐匿目标进行探测,使用二维、三维仿真目标和Radarsat—I雷达数据对雷达系统和成像算法进行检验,计算结果证明了系统设计和成像方法的有效性。     

一种车载毫米波FMCW MIMO雷达快速成像方法

针对车载毫米波FMCW MIMO雷达现有的常规波束形成算法的旁瓣效应造成的方位向分辨率低以及高分辨算法的工程实时性低的问题,提出了一种迭代自适应算法（IAA）高分辨成像的快速实现方法。该方法首先利用快速傅里叶变换（FFT）获取目标一维距离像,然后对每一距离单元利用FFT算子和Gohberg-Semencul（GS）因子分解计算迭代自适应算法（IAA）的数据协方差矩阵和其逆矩阵,利用快速Toeplitz矩阵向量乘法计算IAA迭代值,从整体上提升了IAA估计各角度散射系数的实时性。仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性。     

毫米波雷达自适应门限点云成像方法研究

毫米波雷达作为一种重要的车载传感器,在自动驾驶领域得到了广泛地应用。近年来随着汽车智能化程度的提高,高质量雷达点云的生成受到了人们的极大关注。传统毫米波雷达点云成像由于存在杂波点太多、有效点云稀疏等缺点而限制了其在自动驾驶领域的发展。因此,如何提高毫米波雷达点云密度和质量成为了业界研究的重点问题。近年来,随着多输入多输出（MIMO）技术以及控制多片级联同步技术的成熟,使得毫米波雷达天线的角度分辨率得到了极大提升,推动了毫米波雷达在点云成像上的发展。在此基础上,本文设计了一套完整的毫米波雷达系统级点云成像算法,并使用TI公司的AWR2243级联雷达开发套件对实际场景进行数据采集,生成了较为致密可信的毫米波雷达三维点云图像,基本实现了对车载平台侧面场景的有效还原。     

APES算法在MIMO雷达参数估计中的稳健性研究

 多输入多输出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)雷达用多个发射天线同时发射多个独立信号照射目标,并使用多个接收天线接收目标回波信号.本文研究了MIMO雷达中参数估计的稳健性问题.本文应用幅度相位估计(APES,Amplitude and Phase EStimation)技术,利用目标的方位角最大似然估计值,得到了衰落向量的APES估计算法.考虑到方位角估计的不准确性,借鉴稳健的Capon波束形成器的设计思想,本文推导了衰落向量的稳健的APES估计算法.仿真实验表明,衰落向量的APES算法与稳健的APES算法性能十分接近.因此,衰落向量的APES估计算法是稳健的.     

一种基于宽带MIMO雷达时域成像的阵列布阵模型

多输入多输出(MIMO)霄达足近几年发展起来的一种新慨念雷达体制.为了进一步降低宽带MIMO雷达的阵列规模和硬件复杂度,使MIMO雷达成像技术实用化成为可能,结合改进型后向投影(BP)成像算法,提出了一种非均匀线阵成像系统阵列布阵模型.提出的阵列布阵模型通过成像系统方位向分辨率婴求和目标方位向成像场景大小确定阵元间距,使得系统的阵列规模和硬件复杂度显著降低.同时,时域成像算法的使用避免了频域算法存在的采样定理限制,有效增强了阵列设计的灵活性,并使得成像阵列规模和硬件复杂度得到进一步降低.最后仿真实验验证了该成像系统布阵模型的正确性和有效性.     

基于压缩转发的协作MIMO雷达成像算法

以实现地面目标的快速、高分辨率成像为目的,本文提出了一种基于压缩感知和协作通信技术的解决方案。在分析压缩感知理论和传统协作MIMO雷达成像算法的基础上,提出了基于匹配滤波器的协作MIMO雷达回波信号的稀疏表示方法和用于恢复重构的基函数,并建立了基于压缩转发的协作MIMO雷达系统模型。该系统主要由收发雷达、转发节点和压缩感知成像处理中心组成,转发节点利用模拟/信息转换(AIC)测量框架将雷达回波数据压缩后转发,压缩感知成像处理中心接收到各转发节点转发的数据后,利用正交匹配追踪算法(OMP)进行距离向压缩和方位向压缩,从而实现快速、高分辨率成像。仿真结果表明,该方法比传统MIMO雷达对各转发节点的传输负荷要求低,成像速度快,目标旁瓣低,成像效果好。      

稀疏MIMO雷达实孔径三维成像技术

针对任意的多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)稀疏阵列提出了MIMO单快拍成像模式和相控阵多帧联合成像模式两种三维成像方法,并对两种模式下角度分辨率及信噪比(signal noise ratio, SNR) 进行了对比. MIMO单快拍成像模式角度分辨率等价于收发联合等效阵列;相控阵多帧联合成像模式的方向图等于发射方向图与接收方向图的乘积,同样也能获得收发联合等效阵列的角度分辨率;相控阵多帧联合成像模式与MIMO单快拍成像模式的SNR的比值为发射阵列数量. 讨论了稀疏阵列与均匀满阵之间的区别与联系,稀疏阵列的波束方向图等价于均匀满阵的二维加窗快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT),加窗使稀疏阵列方向图展宽. MIMO单块拍成像模式适用于对实时性要求高的应用场景,相控阵多帧联合成像模式适用于对SNR要求高的应用场景.     

基于延迟输出反馈的上行多小区MIMO蜂窝干扰网络自由度分析

针对具有反馈时延的上行多小区MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）蜂窝干扰网络,提出一种基于延迟输出反馈（OF,Output Feedback）的回溯干扰重构（RIR,Retrospective Interference Reconstruction）方案.该方案首先通过在基站构造接收波束成形矩阵,将重构的OF下传至用户.然后用户对延迟的OF预编码并传输至基站,基站利用预编码信息消除小区间干扰.分析了上行任意多小区MIMO蜂窝干扰网络的RIR方案适用条件、系统和速率和可达自由度（DoF,Degrees of Freedom）,并将RIR方案与回溯干扰对齐方案和TDMA方案进行对比仿真分析,结果表明,RIR方案能获得更多自由度.     

具有空间宽带效应的毫米波3D MIMO信道估计

在现有的大规模三维多输入多输出（3D MIMO）系统中,相邻天线间的距离可能非常大,这往往会导致电磁波穿过阵列孔径时出现物理传播延迟,被称为空间宽带效应。而大多数学者在研究信道估计时为方便通常会忽略它,仅仅有学者研究雷达系统时提到了空间宽带效应。而去年有学者将其引入到了2D MIMO毫米波系统中,本文在此基础上将其扩展到了毫米波大规模3D MIMO系统中,基于平面天线阵列的水平角和垂直角设计了一种新的信道模型,并提出了一种信道估计算法,仿真结果表明其具有良好的信道估计性能。      

基于MIMO的可见光通信中的信道均衡

针对基于多输入多输出(MIMO)的室内可见光通信(Visible-Light Communication,VLC)系统中存在的码间串扰(ISI)问题进行了分析,并提出了适用于MIMO可见光通信系统的信道均衡方案及实现方法.仿真实验结果表明,该方法可以有效降低MIMO可见光通信系统中的码间串扰的影响.     

Novel angle estimation for bistatic MIMO radar using an improved MUSIC

In this article, we study the problem of angle estimation for bistatic multiple-input multiple-output (MIMO) radar and propose an improved multiple signal classification (MUSIC) algorithm for joint direction of departure (DOD) and direction of arrival (DOA) estimation. The proposed algorithm obtains initial estimations of angles obtained from the signal subspace and uses the local one-dimensional peak searches to achieve the joint estimations of DOD and DOA. The angle estimation performance of the proposed algorithm is better than that of estimation of signal parameters via rotational invariance techniques (ESPRIT) algorithm, and is almost the same as that of two-dimensional MUSIC. Furthermore, the proposed algorithm can be suitable for irregular array geometry, obtain automatically paired DOD and DOA estimations, and avoid two-dimensional peak searching. The simulation results verify the effectiveness and improvement of the algorithm.     

非完备目标先验知识多输入多输出雷达稳健波形设计

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达通常基于目标和环境的先验知识设计波形,而由估计得到的先验知识不可避免存在误差,基于此先验知识得到的优化波形的检测和参数估计等性能下降严重.针对此问题,提出两种稳健波形设计方法,分别提高MIMO雷达的检测性能和参数估计性能.在目标位置误差和信道误差有界的条件下,分别构造以信噪比(Signal Noise Ratio,SNR)和克拉美-罗界(Cramera-Rao Bound,CRB)为代价函数的优化问题.为最大化SNR和最小化CRB,分别给出迭代算法,交替以发射波形相关矩阵和通道矩阵误差为优化变量求解,将迭代的每一步转化为凸优化问题,从而在最差情况下提高MIMO雷达系统的检测性能和参数估计性能.仿真实验结果验证了所提方法能有效改进MIMO雷达的检测和参数估计性能.     

可快速精确重建的毫米波MIMO近距离成像机制研究

毫米波成像在人体安检领域发挥了重要作用,引起了人们的广泛关注。现有的毫米波近场人体安检成像机制主要分为SISO和MIMO两种。SISO机制可实现快速精确成像,然而随着工作频率的升高,其所需天线数目迅速增长、天线间隔下降,不仅造成了系统成本提升,还使得天线耦合难以被抑制。MIMO机制虽然降低了成像所需的天线数目、增大了天线间隔,但目前无法实现类似SISO机制的快速精确重建。提出了一种可快速精确重建的MIMO近距离成像机制,定量给出了该机制的适用条件。与传统MIMO近距离成像机制不同,该MIMO近距离成像机制通过巧妙地设计MIMO子阵列,使其在近场成像中满足等效相位中心原理。因此它能够直接使用诸如距离迁徙算法（range migration algorithm,RMA）等各种基于SISO机制开发的精确且快速的成像算法去重建图像,兼顾了SISO机制和MIMO机制的优势。E波段的示例表明,在近场毫米波成像中,该MIMO机制与SISO机制具有同等水平的成像质量和成像速度,但相较于SISO机制,该MIMO机制的天线利用率、天线间隔可提升4倍以上。与传统MIMO成像机制相比,该MIMO成像机制不但有更好的成像质量,而且其重建速度大幅提升,在一个成像区域为1 m×1 m×0.2 m,体素尺寸为1.85 mm3的典型成像场景中,比传统MIMO成像机制快近200,000倍。仿真和实验结果验证了该成像机制的有效性。     

基于几乎差集的多输入多输出雷达阵列稀疏优化方法

针对基于循环差集(Cyclic Difference Sets,CDS)的多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)雷达阵列稀疏方法由于现有CDS构造条件苛刻、集合数量有限而造成阵列配置数量较少的不足,提出了基于几乎差集(Almost Difference Sets,ADS)的MIMO雷达阵列稀疏优化方法.该方法可解析地确定发射、接收阵元位置,并先验预估虚拟阵列的方向图旁瓣上界.基于ADS的MIMO阵列在旁瓣性能上与基于CDS的阵列相近且优于随机阵列;ADS具有构造简单、阵列配置丰富的优势,有利于该方法的工程应用.仿真验证了所提方法的有效性.     

一种基于MIMO技术的ISAR成像方法

传统的ISAR成像模型要求目标在积累期间近似做平稳运动,但由于其积累时间较长,目标飞行速度和姿态的变化将对成像效果造成很大的影响.本文将MIMO技术与ISAR成像相结合,提出了一种MIMO-ISAR成像方法,它采用一种特殊设计的M发N收线性阵列,发射一组M个同频带时域正交PCM信号,在接收端通过匹配滤波完成信号分选也即实现了距离压缩,然后基于PCA原理,以最小熵准则对目标水平速度分量进行估计后将整个积累期间的回波数据进行重新排列和插值,最后进行方位多普勒分辨成像并做MTRC校正.从理论推导及仿真实验结果来看,该方法在达到同样方位分辨率的前提下其积累时间最少时只有传统ISAR的 1 MN ,这极大的缩短了积累时间,从而使大部分飞行目标均能满足在积累期间近似做匀速直线运动的条件,扩展了ISAR成像的适用范围,提高了成像效果.     

Unitary space vector quantization codebook design for spatial correlated limited feedback MIMO system

In the transmitting, beamforming, and receiving combing （TBRC） MIMO system, a codebook based feedback strategy is usually used to provide the transmitter with the beamforming vector. The adopted codebook affects the system performance considerably. Therefore, the codebook design is a key technology in the TBRC MIMO system. In this article, the unitary space vector quantization （USVQ） codebook design criterion is proposed to design optimal codebooks for various spatial correlated MIMO channels. And the unitary space K-mean （USK） codebook generating algorithm is provided to generate the USVQ codebooks. Simulations show that the capacities of the feedback based TBRC systems using USVQ codebooks are very close to those of the ideal cases.     

基于子阵划分的二维穿墙MIMO阵列设计

穿墙三维成像中,不同的阵列构架会直接影响阵列性能及其适用环境。利用等效阵列原理设计二维多输入多输出(MIMO)阵列,在具体分析一维STVA阵列具有最短物理尺寸的原理上,提出了利用子阵划分的方法解决等效阵列到MIMO阵列的去卷积问题。针对去卷积后得到多种MIMO阵列构型的择优问题,提出了综合尺寸的概念,利用子阵划分后的部分信息衡量去卷积后MIMO阵列的物理尺寸,最后将这种方法推广至二维MIMO阵列,设计出适用于穿墙成像的二维UWB-MIMO阵列,利用仿真实验验证了其在穿墙三维成像中的优异性能。