矩阵条件数在MIMO通信系统中的应用

条件数是矩阵的最大奇异值与最小奇异值的比值,在数值分析中有着重要的作用。而在MIMO通信系统中,信道矩阵的条件数同样有着重要的应用。本文揭示了信道矩阵条件数对信道好坏及检测算法的影响,同时介绍了条件数在MIMO通信系统中的研究现状及意义。     

基于MIMO天线多载波系统的最大容量及最优信道选择算法

为了实现多输入多输出（MIMO）系统的最优传输,在加性高斯白噪声信道下分析了MIMO天线的信道容量增益,选而提出在MIMO多载波系统中,对信道进行时-频-空三维划分的理论,并给出了时-频-空三维能量密度谱的概念,从而对能量和时-频资源进行约泉．在此基础上推导并得出了MIMO多载波系统在加性噪声下的最优能量分配准则和MIMO多载波系统的容量上限在最优能量注水解的指导下,对基于MIMO天线的正交频分复用（OFDM）系统进行最优信道选择,并与未经信道选择算法的系统在相同资源约束和信道环境下进行性能比较仿真结果表明,经过信道选择的系统能更有效地保证符号可靠传输,并且系统容量逼近提出的容量上限．     

MIMO系统中基于LMS处理的自适应时变信道跟踪算法

在无线时变衰落信道环境下，提出一种用于多输入、多输出（MIMO）天线系统的自适应信道跟踪方法．在空时分组码（space-time block code，STBC）的MIMO系统中，用导频进行信道估计后，采用基于最小均方（least mean square，LMS）的改进自适应算法对时变信道进行跟踪．该方法分别跟踪信道矩阵经正交分解（QR）后的参数，定义了度量时变衰落大小的信道矩阵“对角非零因子（diagonal nonzero factor，DNF）”，并利用它来调整LMS的步长以提高对信道的跟踪能力．仿真结果表明，该方法在相同的导频开销下，与传统的用LMS算法直接跟踪信道相比，性能有所提高．     

列向量组的角条件数

将实矩阵视作列向量组,定义列向量组的角条件数,研究列向量组角条件数与矩阵谱条件数间的关系,指明运用列向量组角条件数的方便之处.     

基于最大比传输预编码天线分组技术的大规模多入多出系统能效研究

大规模多输入多输出(MIMO)系统中,大型天线阵列之间的强天线相关性会导致系统性能降低.针对下行链路场景,提出基于最大比传输预编码的联合天线分组和天线选择算法,把大规模天线阵列划分为若干组,在每组中基于信道矩阵最大列范数选择天线,构造所选天线与接收天线间的信道矩阵,并计算对应的预编码矩阵.建立能效模型,分析联合天线分组和天线选择算法对系统能效的影响.仿真结果表明,在基站天线数为200、发射功率为10 dB、天线相关因子为0.8的假设下,当分组数为24时,与最大范数天线选择算法相比,该算法使系统能效提高了约24.4%.     

给定行和与列和的(0,1,2)-矩阵

设 　（Ｒ，Ｓ）是所有具有指定行和向量Ｒ与列和向量Ｓ的（０，ｌ，２）－矩阵组成的集合．给出　（Ｒ，Ｓ）中存在不可约矩阵的２个必要条件，得到了　（Ｒ，Ｓ）的一些性质．     

基于离散微粒群优化的MIMO系统多用户盲检测

充分利用移动通信发送信号属于有限字符集的特点。把MIMO（多输入多输出）系统多用户盲检测问题转换为带二值约束的二次规划问题，从而突破信道辨识条件即MIMO信道传递函数必须不可简约且列简化的苛刻限制。采用离散微粒群优化算法求解二次规划问题，利用接收数据阵的补投影算子构成适应度函数。仿真实验表明：不管传统的信道辨识条件是否满足，该算法都具有较低的信号误码率和较好的稳健性。     

给定行和列和的（0，1，2）—矩阵

设U2(R,S)是所有具有指定行和向量R与列和向量S的（0，1，2）－矩阵组成的集合，给出U2（R，S）中存在不可约矩阵的2个必要条件，得到了U2（R，S）的一些性质。     

大规模MIMO网络中基于时间反演的预编码技术

针对大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)网络中随基站天线数目与用户终端数目增多而引发的用户间干扰(inter user interference,IUI)问题,提出一种面向大规模MIMO的时间反演(time reversal,TR)预编码抗干扰技术。该方法在MIMO系统中先后历经信道探测、多径信道建模、干扰信道分析以及信道预编码矩阵设计,实现时间反演预编码信号在多径信道中IUI抑制传输,一方面在时间反演技术基础上进行信道优化,利用时间反演技术的时空聚焦性实现能量聚焦;另一方面利用迫零预编码技术降低大规模MIMO系统中用户间干扰与共道干扰。MATLAB仿真结果验证了基站天线数目、用户端终端数目对于大规模MIMO系统性能的影响,结果证明,时间反演预编码抗干扰技术可以使平均误比特率减小,并显著提高信干噪比和大规模MIMO系统的可达速率。     

具有等增益子信道的MIMO多用户分集系统性能分析

针对收发两端已知信道状态信息的多用户多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统,研究基于几何均值分解(GMD)的MIMO多用户分集性能.该算法将基站和用户之间的MIMO信道分解为等增益的并行子信道,其自适应编码调制的复杂度低.借助Wishart随机矩阵理论导出多用户平均容量表达式,所得的表达式简洁、易于计算.研究表明,当参与调度的用户数足够多时,系统随着天线数的增加而获得的容量增益随用户数的增长而趋于饱和.     

Material Equivalent Test Based on Dimensional Analysis for Fragment Penetrating Antenna Target

Phased array radar is the main sensor in a battlefield.Phased array antenna is the main execution unit of the phased array radar,and it greatly affects the reliability of the phased array radar. As a result,the fragment damaged antenna test is important.As the materials of phased array antenna are not easy to get,the fragment damaged antenna test is difficult to carry out. Then we present a study on this problem and introduce the principles of dimensional analysis to solve it. Firstly, the fragments damage antenna target dimensionless model is constructed. Secondly,the finite element analysis software ANSYS / LS-DYNA are used to carry out a large number of different materials simulation test for dimensional analysis. Finally,based on dimensional test analysis,the materials equivalent empirical model between different antennas target is presented in the same damage. The results of this study provide a feasible and valuable solution for different materials' target damaged test.     

三轴稳定静止卫星赋形天线指向误差分析

对于静止轨道三轴稳定卫星,天线的指向精度是用户要求的重要指标.在卫星定点后处于工作姿态时,要求天线波束覆盖用户规定的地面区域,并满足规定的电性能指标.卫星的姿态、轨道、天线性能和总装等误差对赋形天线的指向精度均具有一定的影响.本文对影响赋形天线指向精度的各类误差的形成原因、误差数据的计算方法进行了逐项分析.研究了各类误差对赋形天线指向精度的影响,其中重点分析了姿态和轨道误差的影响,给出了相应的算法公式,并基于实际工程数据进行了算例仿真,得到卫星在正常和位保两种模式下赋形天线的指向误差数据.通过对比,仿真计算结果与卫星在轨天线方向图的实测结果具有一致性,证明了该分析思路和计算方法的有效性和正确性.     

基于流形分离的DOA估计方法

流形分离方法(MST)针对任意形状的天线阵列,将导向矢量分解为采样矩阵(取决于几何形状)和范德蒙结构矢量(取决于信号场)的乘积,进而把适用于线性阵列的快速DOA估计算法推广到任意阵列,例如求根MUSIC算法。在实际应用中,噪声使基于MST的算法性能下降。分析了噪声对子空间类DOA估计算法的影响,给出了最优模式数目的选取方法。仿真结果表明,基于MST的DOA估计方法性能取决于信噪比和模式数。     

分布式天线系统中的天线位置优化

分布式天线系统(DAS)的天线位置直接决定着系统无线覆盖的可靠性和高效性性能.讨论如何在满足用户通信质量需求的前提下,通过优化天线位置来提高天线效率,使系统更加绿色.首先推导了DAS基于无线覆盖可靠性和高效性的天线效率公式,并提出基于这两种天线效率的相应天线位置优化方法.分析和仿真结果表明,通过优化天线位置,可以减少小区内的天线数目或最小化其平均最小接入距离,以提高天线效率、最小化系统总发射功率和降低布网成本.     

能耗感知的MIMO天线配置模式选择算法

多入多出MIMO (multiple input multiple output)利用多天线技术可以在同一信道内并发传输多路数据,实现空间复用增益和空间分集增益,从而提升系统吞吐量、传输范围和可靠性,但MIMO所采用的多天线技术会大幅增加通信终端的能耗成本。能耗是智能终端的关键性能指标,也是制约MIMO技术能否在智能终端上推广使用的重要因素。针对这一问题,研究了IEEE 802.11n 的MIMO发送端能耗问题,提出了一种能耗感知的MIMO天线配置模式选择算法。该算法以单位比特能耗为优化目标,根据缓冲区待发送数据帧的数量,动态调整MIMO天线配置模式。缓冲区待发送数据帧的数量超过上限阈值时,发送端调整天线配置模式,并根据待发送帧大小和历史统计信息预测和激活能耗最优的天线数量;低于下限阈值时,发送端关闭多天线,采用单天线进行数据传输。基于真实实验数据的数值分析结果表明,该算法能够充分利用睡眠状态优化MIMO发送能耗,有效提升单位比特能耗。     

基于卡尔曼自回归的LTE天线端口数检测算法

在长期演进(long term evolution, LTE)系统中,传统天线端口数检测使用盲检测的方式分别对1,2和4端口数进行解码,直至物理广播信道系统消息成功通过循环冗余码校验,该方法会产生大量的计算冗余和时延。针对这一问题,提出一种改进的卡尔曼自回归天线端口数检测算法,该算法通过提取不同天线端口对应的小区参考信号得到信道状态信息,并将信道状态的相位信息进行卡尔曼自回归拟合,将自回归拟合后的相位与接收信号相位作差得到的平均值与预设判决门限进行比较,以得到天线端口数判决结果。理论分析与仿真结果表明,改进算法相较于传统盲检测算法节省的时间开销可达49%。在相同信噪比下,相较于其他优化后的门限判决算法,改进算法最多提高约10%的检测成功率且具有更优的抗频偏性能。     

多用户大规模 MIMO 系统中能效的研究

针对多用户下行大规模多输入多输出（multiple input multiple output ,MIMO）无线通信系统,提出一种基于能效的联合优化方案。该方案在采用同时考虑发射功耗和电路功耗的功耗模型以及迫零（zero forcing ,ZF）预编码的情况下,推导出天线数、天线子集以及发射功率与系统能效之间的关系式,从而建立联合优化天线数,天线子集和发射功率的能效优化模型,并提出一种新的迭代搜索算法来求解此模型。该迭代算法首先对天线数进行遍历,当天线数确定后,采用基于信道矩阵范数的天线选择算法进行天线子集的选取,随后利用凸优化理论来调整发射功率,不仅提高了系统能效而且降低了算法复杂度。仿真结果表明,与使用全部天线和只考虑天线数的方案相比,所提联合优化方案的能效有明显的提高。     

基于空时分组编码的OFDM系统频率分集方案

增加发送或接收天线的个数可以提高无线通信系统分集增益和性能,但通过增加天线个数往往会大大增加系统的尺寸和成本,尤其是对于接收端显然是不现实的.针对空时分组编码正交频分复用(STBCOFDM:Space-Time Block Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统提出频率分集方案,在相同符号错误率(SER:Symbol Error Rate)条件下,利用频率分集无须增加发送天线的个数.分析了该方案成对错误概率(PEP:Pairwise Error Probability)的上限值,给出了系统的编码增益和分集增益.结果表明,该方案可同时获得频率分集和空间分集增益.仿真实验证实了该方案在10-3符号错误概率条件下,与2发1收的STBC-OFDM系统相比,信噪比增益提高3 dB,与4发1收的STBC-OFDM系统具有几乎相同的误码性能.     

宽带圆极化球面螺旋天线研究

研究了一种具有宽带、小尺寸、圆极化特点的新型球面螺旋天线,采用螺旋线段对天线进行划分,曲线三角基函数和脉冲检验的矩量法分析了该天线的驻波、圆极化及方向图等特性。分析结果表明,计算天线上的电流分布时未知系数大量减少,提高了计算速度;与传统球面螺旋天线、半球面螺旋天线相比,该天线具有更加良好的辐射特性,在卫星通信领域有着巨大的应用前景。