有限状态下MIMO信道容量的研究及仿真分析

研究了有限状态下MIMO衰落信道容量,建立了输入为离散调制信号的MIMO系统模型,证明了均匀分布为取得此时信道容量的最佳输入概率分布,并提出了一种基于Monte-Carlo 积分的估计方法,通过该估计方法比较了输入为PSK 和 QAM信号时的受限信道容量.仿真结果表明,该估计方法近似程度好,复杂度低.相同阶数时输入分别为PSK和QAM信号的信道容量近似相等,均匀分布的受限信道容量可认为是QAM输入下MIMO信道容量的下界.     

非理想反馈MIMO信道发射功率的信息论分析

研究了发射端只有非理想信道状态信息反馈的单用户多输入多输出(MIMO)无线通信系统的最优发送策略。当发射端具有信道协方差矩阵信息时,使得平均信道容量达到最大的发射方向和信道状态协方差反馈矩阵的特征矢量相一致,而相应的发射天线上的最优功率分配则难以解析获得。通过研究舒尔-凹函数的性质,对平均信道容量函数进行理论分析,并推导了输入协方差矩阵特征值分布达到信道容量的最优条件,以此探究发射天线上的最优功率分配方案。数值结果验证了上述结论的正确性。     

互耦效应对MIMO/SA多天线系统信道容量的影响

多输入多输出/智能天线（multiple input multiple output/smart antenna, MIMO/SA）系统是4G的关键技术之一,多天线的互耦效应是影响MIMO/SA多天线系统性能的主要问题。建立了MIMO与SA相结合的多天线系统模型,推导了互耦效应影响下空间相关系数和信道容量的表达式|通过电磁场数值计算和蒙特卡罗方法仿真MIMO/SA多天线系统的各态历经信道容量。结果表明：在典型的角度谱分布下改变天线间距,考虑互耦效应的信道容量围绕无互耦效应时的信道容量上下振荡|基站天线阵列间距增大信道容量持续增大,移动台天线阵列间距增大到0.5倍波长后信道容量基本保持不变|互耦效应增大信道的空域相关性,从而降低信道容量。     

基于空时分组编码的水声MIMO通信系统仿真研究

为了提高水声信道的信道容量,将多输入多输出（MIMO）技术用于水声信道,提出一种基于空时分组编码（STBC）的MIMO通信系统。为了抵抗水声多径传播造成的频率选择性衰落,接收机采用MIMO判决反馈均衡器,结合二阶锁相环路补偿载波相位偏移,将水声信道转换为频率非选择性信道。通过计算机仿真证明了该方法的有效性,并与单输入单输出（SISO）系统以及采用空时网格编码（STTC）的MIMO系统进行了性能对比,结果表明STBC和STTC可以获得两倍于SISO的频带利用率和较低的误码率,STBC系统的误码率性能比STTC略差,但编译码计算量远低于STTC系统,更适于实际应用。     

对射频信道非线性影响QPSK信号的分析

根据四相相移键控 (QPSK)调制信号可等效为限带高斯随机过程及射频信道中功率放大器可等效为带通非线性模型 ,及利用功率级数描述其非线性 ,分析了在码分多址 (CDMA)系统中采用QPSK载波调制时信号通过非线性射频信道后功率谱的分布 ,利用输入、输出信号的自相关函数给出了相应的表达式 ,计算了系统三阶交调指标。该结果对CDMA基站发信机的设计是非常有用的。     

利用高阶累积量的盲多输入多输出系统辨识

针对多输入多输出线性系统(FIR MIMO)的盲辨识问题,提出了一个线性的基于方程误差的高阶累积量(HOS)算法的改进算法。该算法利用一组输出信号的四阶累积量矩阵的零空间,把一个未知多输入多输出(MIMO)信道的冲激响应辨识成一个常的单项矩阵。对于信道长度一致的不同用户的MIMO系统来说,算法只需要很弱的辨识条件。和原算法相比,改进算法充分利用了输出信号的累积量矩阵固有结构,从而提高了算法的估计性能。计算机仿真验证了算法的有效性。     

基于3种典型天线阵列的3D MIMO Kronecker信道建模

在传统的二维多输入多输出(two dimensional multiple input multiple output, 2D MIMO)信道模型基础上,引入仰角因子研究三维多输入多输出(three dimensional MIMO, 3D MIMO)信道模型。推导出基于均匀线形阵列(uniform linear array, ULA)、均匀圆形阵列(uniform circular array, UCA)和均匀矩形阵列(uniform rectangle array, URA)的3D MIMO Kronecker信道模型,并进一步讨论了信号离开角和到达角分别服从高斯分布、拉普拉斯分布和VMF(Von Mises Fisher)分布时的信道模型。仿真结果表明,当信号空间角度服从VMF分布时所建信道模型容量最大,在该角度分布下基于ULA信道模型的容量优于UCA和URA。     

基于注意力机制的混合CNN-BiLSTM低轨卫星信道预测算法

针对低轨道卫星信道质量变化迅速、信道参数“过时”的问题, 提出了一种基于注意力机制的卷积神经和双向长短时记忆神经网络(attention-convolutional neural network and bi-directional long-short term memory neural network, AT-CNN-BiLSTM)融合的信道预测方法。该方法由信号预处理、网络训练和信号预测3部分组成。首先在高斯白噪声条件下模拟室外卫星信号, 得到卫星信号的训练集和测试集; 然后将训练集输入构建的训练网络进行特征提取; 最后将测试数据输入网络进行预测分析。仿真结果表明, 在与其他4种人工智能方法的对比中, 所提出的混合神经网络能够在较快的收敛速度下达到较高的准确率(91.8%), 有效地缓解了低轨道卫星信道参数“过时”的现状, 对提升卫星通信质量和节省卫星信道资源有良好的改善作用。     

可重构智能面辅助的低精度量化大规模MIMO系统的信道估计

针对可重构智能面辅助的低精度量化的大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统中信道估计问题进行了研究。该系统的信道估计难点在于可重构智能面由近无源反射天线构成, 没有基带信号处理能力。系统观测值通过低精度的模数转换器量化使信道估计问题变得更富挑战性。本文基于基站-可重构智能面-用户的级联信道推导出等效信道, 并证明在虚拟角域上，该有效信道是结构稀疏信号。提出了基于期望最大化的近邻学习广义近似消息传递算法，从低精度量化的观测值中恢复等效信道。仿真结果表明所提出算法比传统算法具有更好的性能表现。     

MIMO系统的发射天线选择及自适应链路实现

针对多输入多输出(MIMO)系统信道低秩引起信道容量下降的问题,提出了一种依据信道状态信息进行发射天线选择的算法,并给出了以此算法为基础的VBLAST自适应链路的实现方法。发射天线的选择依据权系数的范数大小进行,该方法可以有效降低天线选择的运算量。仿真结果表明,该方法的选择效果逼近最大容量法的选择效果。自适应链路实现方法将发射天线数的确定和天线选择并行进行,保证了在所处通信环境下达到最大的空间复用系数。     

通信现场对跳频系统的中断概率和通信容量影响

通过测试典型跳频电台的发射频谱,以接收机灵敏度原则确定了发射频谱k级旁瓣干扰模型,在考虑跳频系统通信频率、可用频点数、系统用户数、信道参数和固定干扰等因素的情况下,提出了跳频系统的“通信现场”概念;通过分析接收信干噪比(signal to interference and noise ratio, SINR)的分布函数,推导得出跳频系统在通信现场中的中断概率公式;从干扰信号的信息熵角度出发,应用熵功率不等式,推导得出跳频系统在通信现场中的通信容量公式。针对某典型跳频电台,通过分析其发射频谱的各级旁瓣能量,得到了能够影响接收的3级旁瓣干扰模型,以此为仿真输入参量,评估电台在通信现场中的中断概率和通信容量,仿真结果验证了理论推导的正确性。     

Channel capacity of multiple-input multiple-output systems with transmit and receive correlation

In order to investigate the impact of channel model parameters on the channel capacity of a multipleinput multiple-output （MIMO） system, a novel method is proposed to explore the channel capacity under Rayleigh fiat fading with correlated transmit and receive antennas. The optimal transmitting direction which can achieve maximum channel capacity is derived using random matrices theory. In addition, the closed-form expression for the channel capacity of MIMO systems is given by utilizing the properties of Wishart distribution when SNR is high. Computer simulation results show that the channel capacity is maximized when the antenna spacing increases to a certain point, and furthermore, the larger the scattering angle is, the more quickly the channel capacity converges to its maximum. At high SNR （〉12 dB）, the estimation of capacity is close to its true wlue. And, when the same array configuration is adopted both at the transmitter and the receiver, the UCA yields higher channel capacity than ULA.     

宽带雷达通信一体化波形设计与雷达成像方法研究

雷达与通信系统一体化可以实现电子资源的共享。提出并设计了一种宽带雷达通信一体化波形--随机调制线性调频步进信号,在实现雷达成像的同时实现数据通信。该信号充分利用现有的随机步进线性调频信号波形设计上的高度灵活性特点,以其子脉冲的载波频率调制通信数据,以子脉冲调频斜率的方向表示地址信息,实现了点到多点通信;分析计算了一体化信号下的信道容量、多址信号的正交性和接收机错误概率等通信性能指标;提出了随机化预处理方法来解决一体化信号在雷达成像中的问题,利用统计相关法实现宽带雷达的一维距离成像,提出并推导了部分参数对成像效果的影响。最后,从通信和雷达成像两方面仿真验证了该一体化信号的可用性和有效性。     

一种有效的STBC-OFDM联合信道估计解码算法

提出一种针对空时块码正交频分复用(STBC-OFDM)系统在信道不确知或时变情况下的低复杂度联合信道估计与解码算法.该算法推导的出发点是观察到STBC-OFDM系统中关于信道参数的最小二乘代价函数与只有线性处理的STBC解码最小二乘代价函数是等价的,从而可利用循环最小化迭代方法求解.在这两个代价函数求解各自参数过程中,可以充分利用OFDM的信号特征和STBC的正交结构特征,使计算量大为减少.在迭代过程中,信号先不考虑有限字符性质,而是取值任意的随机变量.估计出信号值后利用有限字符性质进行量化修正,避免了此类迭代算法中的穷举运算,从而降低了计算量,加速了算法收敛速度.仿真结果表明了该算法的有效性.     

一种步进MFSK调制的雷达通信共享信号设计方法

雷达波形通常采用低占空比的脉冲发射,而通信波形为了提高信息传输速率采用连续波发射。针对利用雷达波形实现通信功能所存在的通信速率低的问题,提出了基于步进频信号的雷达通信共享信号。首先结合多进制频移键控(multi frequency shift keying,MFSK)的调制方式,建立了步进频〖CD*2〗MFSK的一体化信号模型;然后推导出该信号的模糊函数和自相关特性,并分析了携带通信信息对雷达探测性能的影响;最后给出了通信信息的解调方法。仿真结果验证了该信号能够兼顾雷达探测威力和信息传输的效率及可靠性。     

基于响应估计频域拟合的通道均衡方法

阵列各个天线、射频组件等在大信号带宽下引起的响应不同,造成了通道的不一致性,使得阵列的谱估计性能严重恶化.针对内定标无法校准天线馈线、已有外校准方法的性能受噪声影响严重和盲自适应过程依赖参考信号的问题,提出基于单一外部线性调频连续三角波信号源响应估计频域拟合的通道均衡方法.首先通过滑动协方差矩阵特征值分解和已知信源的理...     

非合作双基地雷达发射天线扫描调制影响分析

在分析基于非合作脉冲雷达的机会探测系统特殊性的基础上,重点研究了发射天线在方位上机械扫描时,其天线波瓣图调制效应对系统相参处理输出信噪比的影响。为描述天线周期扫描对系统接收信号的调制规律,引入天线归一化场波瓣图的一般表达式,建立了直达波和目标回波信号的数学模型。然后,以理想条件下匹配滤波输出的最大信噪比为参考,推导了系统互相关处理后峰值输出的信噪比损失。最后,仿真分析了直达波和目标回波的信噪比变化对系统相参处理输出的影响,并给出了关于距离单元选择和接收机中频带宽设计的建议。     

外辐射源雷达参考信号提纯方法

在外辐射源雷达中,用于接收直达波信号的参考天线不仅会接收基站的直达信号,同时还会不可避免地接收到经地面建筑等反射的强多路径信号,直接利用参考天线接收的参考信号与目标回波匹配积累会产生额外的检测峰值。针对这个问题,提出了一种该场景下的外辐射雷达参考信号提纯方法。首先,将回波信号投影至参考信号的子空间中提取回波信号中的直达波信号。然后,利用此直达波信号对消参考信号中的干扰获取纯净的参考信号。最后,利用纯净的参考信号与杂波抑制后的目标回波匹配得到检测结果。计算机仿真和理论分析表明,该方法具有较好的参考信号提纯性能。     

空时信道建模与智能天线系统性能仿真

性能仿真对于作为第三代移动通信关键技术之一的智能天线技术的研究具有十分重要的意义。本文以Matlab／Simulink为平台，介绍了智能天线性能仿真的基本方法。首先建立了智能天线性能仿真所需的空-时信道模型，说明了该模型在仿真中的实现方法，然后讨论了空-时二维信号处理系统结构和智能天线算法，给出了智能天线性能仿真的软件构架和流程，最后结合对一些智能天线新技术的具体研究，说明了多种仿真中常用的智能天线性能评估方法。