相干多径环境下的毫米波大规模MIMO混合波束赋形方案

针对传统全数字域的解相干算法无法直接运用于混合波束赋形场景的问题，设计了一种混合波束赋形下的解相干方案。在模拟域，基于设计的码本波束，提出一种新的模拟波束赋形方案,分别搜索与每个信号方向最为接近的波束，形成波束集合,利用所得到的波束集合，对阵列接收信号分别进行模拟波束赋形得到一级输出。在数字域，提出“阵列信号重构”的思想，对一级输出进行阵列信号重构,将重构信号作为输入，进行空间平滑处理，在相干干扰方向和非相干干扰方向均可形成较深的“零陷”。通过理论分析和仿真，对不同方案的波束方向图、信干噪比、频谱效率等性能进行了研究。结果表明，所提出的混合波束赋形方案的信干噪比和频谱效率等性能几乎逼近于纯数字波束赋形方案。     

多输入多输出单载波频分多址系统的鲁棒波束赋形算法

针对多输入多输出(MIMO)单载波频分多址(SC-FDMA)系统中现有波束赋形算法在非理想信道状态信息下性能下降以及对信道信息误差敏感的问题,提出了一种鲁棒波束赋形算法。该算法利用谱范数对信道状态信息误差进行建模,并基于均方误差和准则将波束赋形优化问题建模为一个极小极大化问题,然后利用优超理论以及奇异值不等式理论证明该优化问题的鞍点特性并得出最优的波束赋形结构,最后利用凸优化得到最优的功率分配算法。仿真结果表明:与非鲁棒波束赋形和等功率分配算法相比,该鲁棒波束赋形算法在误码率以及频谱效率方面都能获得更好的性能,信道状态信息误差增大时,该鲁棒波束赋形算法与非鲁棒波束赋形算法相比在高信噪比时误码率性能约有1dB增益,频谱效率约提升6%。     

宽带太赫兹大规模MIMO系统中的混合预编码

针对宽带太赫兹大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)通信系统中更大的带宽和更多的天线导致的波束分裂问题,构建了基于时延的宽带太赫兹大规模MIMO系统的混合预编码通信模型,并提出了一种高效且可实现的联合时延和相位的宽带太赫兹混合预编码算法。考虑到时延器值的硬件限制,通过最小化最优模拟预编码与等效模拟预编码之间的差来联合优化模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵,将联合优化问题转换成目标优化问题,通过将非凸问题转换成等价的凸问题来求全局最优解。仿真结果表明,提出的算法可以获得接近最优的可实现速率性能,且可以提高能量效率。     

毫米波大规模MIMO系统混合波束赋形技术综述

针对毫米波通信中混合波束赋形技术，描述了毫米波传输特性及信道模型，概述了大规模毫米波 MIMO混合波束赋形系统及其数学模型，并在此基础上综述了混合波束赋形传输方案，介绍了毫米波波束对齐的2种可行方案，最后展望并预测了毫米波通信与其他技术融合的几种典型应用场景及未来的研究热点.     

基于用户协作干扰的IRS辅助安全传输方案

针对协作通信网络无线信道高度开放的信息安全问题,提出一种基于智能反射面(IRS)辅助通信与用户协作干扰的下行链路物理层安全传输方案,并给出了一种基于交替迭代的保密容量最大化算法.该方案中智能反射面通过调整反射相位辅助合法用户进行通信,并且全双工用户在接收有用信号的同时发射人工噪声,从而增强系统信息安全传输.为了求解系统保密容量的非凸优化问题,利用交替迭代算法将其分解为3个子问题,分别对基站波束成形矢量、系统功率分配系数及IRS相移矩阵进行优化.在求解的过程中推导了波束成形矢量和功率分配系数的闭式解,并分别利用连续凸近似和黎曼流形优化两种算法得到了IRS的最佳相移矩阵.分析与仿真结果表明：所提出的方案能够快速收敛,且基于黎曼流形的优化算法具有更低的复杂度.与随机相位或固定功率系数的方案相比,该方案能够显著提高系统安全性能.     

采用幅度响应约束的鲁棒自适应波束形成算法

针对大导向矢量失配误差造成传统自适应波束形成算法鲁棒性下降的问题,提出采用幅度响应约束的鲁棒自适应波束形成算法。该算法首先对接收数据协方差矩阵失配进行建模优化,然后根据已知的多径相干信号大致来波方向信息对波束主瓣进行幅度响应约束,并利用所提引理将优化问题转化为迭代二阶锥规划问题,最后对权矢量直接进行求解获得最佳值。仿真结果表明:该算法能够针对多径相干信号形成多波束主瓣,自由控制波束主瓣宽度和纹波水平。当期望信号的方向偏差达到3.5°、输入信干噪比在-5~10dB范围内变化时,该算法的阵列输出信干噪比优于不确定集类算法0~6dB,对大导向矢量失配误差鲁棒性更高。     

一种基于GSC框架波束域快速稳健自适应波束形成算法

GSC框架是自适应波束形成降秩算法的统一模型,一般通过构造降秩矩阵来降低算法的运算量,但是降秩矩阵大多通过特征分解来获得,给算法带来了大量额外的运算量。针对此问题,提出了一种波束域的快速稳健自适应波束形成算法,通过转换矩阵将输入信号从高维度的阵元域转换到低维度的波束域,然后在波束域运用子空间类算法,用信号子空间来构造阻塞矩阵、降秩矩阵和映射矩阵,既降低了计算量,又解决了基于GSC框架的自适应算法在信噪比较高时由于期望信号相消导致性能严重下降的问题。仿真结果证明了提出的算法有很好的波束形成性能,验证了算法的有效性。     

一种基于对角载入的鲁棒MVDR波束形成算法

当信号方向向量精确已知时,传统最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成算法具有较好的分辨率和抗干扰能力.在实际通信环境中,由于外部环境、天线阵列以及采样协方差矩阵的估计误差等因素的影响,导致传统MVDR波束形成算法的性能急剧下降.针对这一问题,本文提出了一种新的基于对角载入的鲁棒MVDR波束形成算法.该算法考虑信号方向向量的偏差对MVDR算法性能的影响,并在最大允许偏差范围内导出最优的权重向量,有效地抑制了偏差对输出性能的影响,具有很强的鲁棒性,从而能够适应复杂的通信环境;同时该算法采用递推算法避免矩阵求逆,降低了计算复杂度,便于工程实现.仿真实验表明,与传统MVDR算法相比,所提算法具有更好的输出性能。     

毫米波MIMO系统基于块对角化的混合预编码算法

在毫米波大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)系统中,传统的数字预编码器需要给每一个天线配置一条独立的射频(radio frequency, RF)链路,这将会大大增加系统的成本和功耗,通过混合预编码可以有效地解决射频链路受限的问题。目前,混合预编码的研究大多都是针对多用户单天线场景,没有考虑到用户端配置多根天线的情况,为了消除多用户间干扰,增加系统的频谱效率,提出一种针对多用户多天线场景的混合预编码算法。在模拟端,通过基于矩阵迭代算法和模拟矩阵集合设计方法进行求解。在基带端,采用块对角化技术(block diagonalization,BD)消除多用户之间的干扰。仿真结果表明,所提出的多用户混合预编码算法相较于传统的块对角化混合预编码算法具有更好的性能表现,且更接近于纯数字预编码算法。     

通信侦察中通信复信号的盲源分离算法

针对目前大多盲源分离算法只适用于实信号,而在通信对抗中处理的一般都是通信复信号这一问题,推导了一种适用于通信复信号的盲源分离算法.该算法以Kullback-Leibler发散度作为信号之间独立性的测度准则.另外由于自然梯度比随机梯度性能更优,因此利用代价函数的自然梯度进行优化,根据白化后信号混合矩阵为正交矩阵的结论,对分离矩阵做正交性约束,推导出了算法的迭代公式.仿真结果表明,即使在有嗓环境下,该算法也能够有效地分离出源信号.     

基于GS算法的天线方向图零陷加宽方法

为了自适应数字波束形成(ADBF)中应用Gram-Schmidt(GS)算法使天线方向图自适应零陷加宽,通过构造附加离散个干扰源的数学模型重构干扰信号子空间,并修正阵列快拍数据的协方差矩阵,进而对协方差矩阵GS正交化.在干扰噪声较大时,适当调整附加干扰源的位置和个数,得到期望的零陷宽度.算法简单易行,在传统GS算法基础上所增加的运算量很小.仿真证明了该方法的有效性.     

无线CDMA通信中的2-D RAKE接收机

利用天线阵提供空间维数的空时信号接收,能够明显降低多址干扰和抗多径衰落,提高系统的性能.研究了天线阵的RAKE接收结构,推导了MMSE波束形成与1-DRAKE接收机相结合,扩展为2-DRAKE接收机的性能.此外,还给出了一种估计系统期望信号的信道参数的方法.     

一种新的循环平稳盲自适应波束形成方法

循环平稳在阵列信号处理中的应用可以改善传统阵列信号处理方法仅仅利用空域先验信息对阵列误差敏感的缺点。但目前大部分的应用都是基于信号的循环频率已知的前提下进行处理 ,而在盲信号处理中 ,这一前提常常是不满足的。因此有必要研究在感兴趣信号的循环频率未知情况下的循环平稳盲信号处理问题。在现有的循环频率已知的循环平稳盲自适应波束形成方法的基础上提出一种新的盲信号处理方法 ,新方法不需要预先知道信号的循环频率。仿真结果证明了这种方法的有效性     

智能天线中的波束形成算法

首先介绍了智能天线的发展和研究现状，智能天线能够自适应地跟踪用户信号，抑制干扰，增加通信容量，提高频谱复用率，在第三代移动通信系统中占有重要地位.作为智能天线的核心技术之一，波束形成算法引起了众多学者的广泛关注。着重讨论了智能天线中波束形成的各种算法，根据算法对信号处理方式的不同，把它分为三大类,并对其中比较典型的算法进行了讨论。最后，对波束形成算法中的一类比较重要的盲波束形成算法进行了分类介绍。     

基于协方差矩阵重构和导向矢量优化的波束形成算法

针对传统波束形成算法在导向矢量失配和协方差矩阵误差情况下输出信干噪比下降严重的问题,提出了一种基于协方差矩阵重构和导向矢量优化的稳健自适应波束形成算法。该算法通过估计信号和干扰的功率及方向,重构干扰加噪声协方差矩阵,同时结合投影和空域积分思想,对假定的导向矢量进行优化计算,使其接近真实的导向矢量。进而通过相关运算求得复数加权值实现波束形成。所提算法可以有效抑制干扰,提高输出信干噪比。在多种失配存在的情况下,所提算法也具有较好的性能。研究共进行了6个仿真实验,所提算法性能均优于所对比算法。所提算法在快拍数固定且存在导向矢量失配的情况下,相比于最差情况性能最优算法有约5 dB的输出信干噪比提升。在信噪比固定且存在导向矢量失配的情况下,相比于对比算法均有4 dB以上的性能提升。实验结果验证了所提算法的有效性。     

卫星导航增强系统中一种天线阵抑制多径方法研究

本文对卫星导航增强终端的天线阵多径抑制方法展开研究,设计多相关器数字接收机结构.天线阵各阵元接收信号数字化后,在导航接收机的每个通道内,相关处理出各阵元接收该通道跟踪卫星的载波相位,进行相干信号二维来波方向估计、数字波束形成,跟踪相应卫星信号,抑制其多径.本文研究分析了立体阵来波方向估计方法,及立体阵估计相干来波方向的去相干方法.电偶极子组成立体天线阵——球体阵,接收相干来波,体积小,结构紧凑.X,Y,Z轴三个线阵分别采用前后向平滑技术去相干,组成去相干后的接收数据相关矩阵,用MUSIC方法估计出相干来波的二维方向,不需要对估计出的来波方向进行匹配.结合卫星直达信号来波方向的导航电文处理结果,确认多径的来波方向.本文仿真中用估计出的卫星直达信号来波方向和多径信号来波方向形成权值,使天线阵波束形成指向卫星直达信号方向,零陷指向多径入射方向,抑制多径干扰.     

波束赋形技术在矿井通信中的应用研究

本文分析了矿井的特殊环境,以及无线通信系统在矿井下的困难,介绍了天线幅度加权波束赋形原理,设计了基于智能天线(SA)波束赋形技术的矿井无线通信系统。仿真结果表明,采用天线波束赋形技术能够增大天线增益,减少多径衰弱,提高频谱利用率和通信系统的可靠性。