基于遗传算法的基站天线赋形波束综合

提出了一种改进的适应度函数确定方法,通过改变适应度函数中的待定参数,有效提高了搜索效率。采用遗传算法对基站天线的方向图赋形,其结果优于同种条件下用WoodWard法得到的结果。结合工程实践,考察了本文遗传算法的解的稳定性。文中的结果对工程和理论研究都具有重要意义。     

一种全双工物理层安全通信波束成形的低功耗方法

在保证物理层安全的前提下,为解决传统迫零成形算法在全双工通信功耗过高的问题,提出了一种适用于全双工通信的信息波束和噪声波束联合成形的低功耗方法。首先,在高斯信道模型下对全双工基站的传输信号进行信息波束成形,实现基站与接收端的信息传输;然后,在全双工基站发射天线中添加人工噪声,并将噪声波束成形保证全双工基站的接收信息和发送信息不被偷听者窃听;最后,经过凸优化求解,将NP难的信息和噪声波束联合成形问题转化为可高效求解的凸优化问题,最终得到最优的信息和噪声波束成形向量。仿真结果表明,在上下行安全速率均为3b/(s·Hz)时,该方法可以有效降低全双工基站的功耗,与经典的迫零波束成形算法相比,均值功耗降低约18%。     

一种阵列天线的波束赋形设计

对俯仰面波束需要赋形的阵列天线进行了分析和设计。采用数值方法对阵列天线的方向图进行了综合,将平均偏差用于目标函数的构造之中,同时结合工程实际,给出了约束条件。通过优化目标函数,得到所需的单元馈电电流。天线的实测方向图完全符合赋形波束的要求,表明该设计方法是可行的。     

MU-MISO场景下最优化和速率的波束赋形

研究了在一个多用户的下行网络中,基于完美信道状态信息(CSI)的波束赋形设计问题.在该场景下,基站配备多天线,每一个用户为单天线.基站将采用发送波束赋形与用户进行通信.考虑在发送总功率受限的情况下,最大化所有用户的和速率.由于目标函数形式复杂并且是非凸的,导致求解困难.为此,提出了一种基于迫零准则的波束赋形方案.该方案将原问题分解为两个子问题,分别求解.仿真结果表明:相比于传统的基于SLNR的波束赋形方案,所提的方案的性能更好.     

多发单收窃听信道中人工噪声辅助的鲁棒波束成形设计

针对无线通信物理层安全中合法用户接收的信息易受到非法窃听者窃听的问题,提出了一种人工噪声辅助的鲁棒波束成形(AN-RBF)设计方案。首先,利用信道估计分别获取发射端到合法用户的瞬时非理想信道状态信息(CSI)和发射端到窃听者的统计CSI;然后,在发射端向合法用户发送的信号中添加人工噪声,通过对有用信号和人工噪声进行联合优化,在满足发射功率控制和中断概率限制的约束条件下实现安全传输速率的最大化。AN-RBF方案发射端仅需获取窃听者的统计CSI,且发射端获取的合法用户的瞬时CSI是非理想的,系统开销少,另外,人工噪声的添加可以降低窃听者接收端信干噪比,提高多发单收(MISO)窃听信道中的安全传输速率。仿真结果表明,在20dB功率且仿真环境相同的情况下,所提AN-RBF方案的安全速率比各态同向人工噪声辅助方案提高了约2bit·(s·Hz)-1。     

基于自适应猫群算法的多目标波束赋形

针对大规模阵列天线波束赋形中智能优化算法精度不高、收敛速度不快等问题,提出一种自适应猫群算法.在猫群算法的基础上,使其基本参数根据迭代次数及适应度函数值自适应改变,并在搜寻模式中加入赌轮盘和精英选择相结合的策略,以增加种群多样性.多种智能优化算法的性能仿真对比分析表明,自适应猫群算法具有快速收敛、全局寻优的能力.将该算...     

基于MIMO阵列的混合波束赋形算法

低轨(low earth orbit,LEO)卫星通信可以克服恶劣地形影响实现远距离通信,面对突发灾害能快速部署解决通信问题,但是,卫星在保持高速运动的同时采用高频段的信号,容易导致通信时产生严重的信号衰落。针对此问题,基于传统遗传算法提出一种适用于混合波束赋形架构的算法。固定模拟域对数字域进行迭代优化,然后固定数字域对模拟域进行迭代优化,通过共同的待优化矩阵进行联合求解,在固定功率的前提下不断迭代优化矩阵,采用混合波束赋形方法有效减少硬件复杂度,更加接近数字波束赋形的性能。仿真表明,在混合波束赋形架构应用上,相对于传统的正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)算法,所提算法性能提升了6.61%。     

K波段平顶波束赋形反射面天线设计

为了获得照射均匀的平顶波束,使用反射面赋形的方法,设计了一款工作在19～22 GHz的单偏置反射面天线.结合Zernike多项式展开法与遗传算法优化反射面形面,采用天线远场照射面特定区域照射电平差值作为目标函数以实现平顶波束.仿真结果表明,赋形后天线方位面方向图在±8°范围内,照射电平波动小于0.6 dB,电平幅度大于20 dBi.     

基于几何光学的赋形全向波束单反射面天线设计

为了实现具有任意偏轴角指向及任意功率分布的全向波束方向图,该文提出一种旋转对称的赋形单反射面天线设计方法。首先,由能量守恒得出馈源方向图与赋形方向图间的角度映射关系;然后,基于几何光学,给出赋形反射面母线所需满足的微分方程,并通过龙格-库塔法解出所需的完整赋形曲线。基于所述方法,该文给出了大偏轴角余割平方功率分布及小偏轴角笔状波束2种方向图的反射面设计实例,并对后一种天线进行了加工测试。结果和仿真设计吻合良好,表明了该文方法的有效性与通用性。     

基于Kerdock预编码波束赋形技术的高速铁路LTE通信系统性能研究

为了提高高速铁路通信系统的可靠性和有效性,结合长期演进(LTE)通信系统的互易性,将信号处理复杂度低的Kerdock码作为预编码码本,利用Kerdock预编码波束赋形技术(KBF)对高速铁路LTE通信系统进行复杂度分析与仿真实验性能研究.结果表明:与位置辅助伺机波束赋形(L-OBF)系统相比,KBF系统在线处理信号时所需的存储容量小,发信、收信处理信号的复杂度低,大信噪比时误码性能和可达速率均有所提高.     

一种阵列天线赋形波束综合优化方法

基于前后向矩阵束研究了阵列天线的方向图赋形问题,提出了一种阵列天线赋形波束综合优化方法.在该方法中,首先确定适当的阵元数目,然后再优化设计激励幅度和阵元位置,最后设计出需要的赋形方向图.在此过程中,先由期望方向图的均匀采样数据构造Hankel-Toeplitz矩阵;然后再对它进行奇异值分解,舍弃不重要的奇异值,得到此矩阵的低秩逼近矩阵;最后基于广义特征值分解求得重构阵列的阵元位置和激励.同时,采用特殊的前后向矩阵来约束极点分布,以保证重构赋形波束方向图的精度可控.仿真实例验证了该方法的快速性和有效性.     

一种改进的RVSSLMS波束赋形算法

作为智能天线的关键技术之一,波束赋形算法引起了众多学者的广泛关注。为克服目前RVSSLMS算法比较简便,易于实现,但收敛速度较慢;RLS算法收敛速度较快,但其运算量大的问题,根据移动通信系统中波束赋形算法必须具有较快的响应速度和收敛速度的要求,对RVSSLMS算法进行了改进;结合RLS算法和RVSSLMS算法的优点,在开始迭代前的25次用RLS算法求加权系数W(k),再使RVSSLMS算法用RLS算法求出的加权系数W(k)作为初始值进行迭代求解,使其在保持原有运算量小的特点的同时,具有更快的收敛速度。用Matlab仿真对改进方法的有效性进行了验证,仿真结果表明:RLS-RVSSLMS算法既具有RLS算法收敛速度快的特点,同时保持了RVSSLMS算法计算量小的特点。     

一种下行波束赋形与功率控制联合优化的新算法

在无线蜂窝系统中 ,当采用下行波束赋形技术时 ,所有用户所接收到的信号必须满足给定的信噪干扰比。由于信噪干扰比的大小与天线的辐射方向图有关 ,故平常所用的技术 (如空间相关矩阵特征值分解技术 )都必须再加以额外的功率控制。提出了一种新的下行波束赋形与功率控制的联合优化算法 ,这种算法不但能够调整权系数以使所有用户具有相同的信噪干扰比 ,而且可以使用户的功率辐射最小     

一种下行波束赋形与功率控制联合优化的新算法

在无线蜂窝系统中，当采用下行波束赋形技术时，所有用户所接收到的信号必须满足给定的信噪干扰比。由于信噪干扰比的大小与天线的辐射方向图有关，故平常所用的技术（如空间相关矩阵特征值分解技术）都必须再加以额外的功率控制。提出了一种新的下行波束赋形与功率控制的联合优化算法，这种算法不但能够调整权系数以使所有用户具有相同的信噪干扰比，而且可以使用户的功率辐射最小。     

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。     

异构网中大规模MIMO场景下波束赋形设计

近年来,人们对于无线通信系统的数据传输速率的需求越来越大.大规模多输入多输出技术(MIMO)与小小区技术是能够满足人们高速增长的无线通信需求的关键技术.研究在一个异构网中的波束赋形问题,其中宏小区基站的配置为Massive MIMO,同时宏小区中包含小小区.在这样的场景下,宏基站配置大量天线,小小区基站配置少数天线,用户配置单天线.研究在这样的场景下,通过波束赋形设计,最大化所有用户的传输速率.该问题的目标函数是一个非凸的问题.通过运用半正定松弛(SDR)方法以及基于泰勒展开的一阶近似方法,将原问题转化为一个凸的近似问题,然后运用迭代方法求解.仿真结果证明,方案可以有效地提高包含Massive MIMO的异构网场景下的系统吞吐率以及能量效率.     

发射波束赋形消除感知用户对主用户干扰算法

针对如何完全消除感知用户对主用户的干扰问题,探讨了如何利用发射端的波束赋形消除感知用户对主用户的干扰.给出了感知网络和主用户网络共存的系统模型和一种最佳波束赋形算法.并对这种最佳波束赋形算法进行了性能仿真,仿真结果表明,该算法较迫零波束赋形算法在性能上更有优势.与经典的迫零波束赋形方法比较,该算法既能消除对主用户的干扰...     

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.     

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。     

基于前后向矩阵束方法的赋形波束方向图综合

针对阵列天线的方向图赋形问题,研究了一种基于前后向矩阵束方法(FBMPM)。先确定适当的阵元数目,再优化设计激励幅度和阵元位置,最终设计出需要的赋形方向图。由期望方向图的均匀采样数据构造Hankel-Toeplitz矩阵;然后对它进行奇异值分解,舍弃不重要的奇异值,得到此矩阵的低秩逼近矩阵;最后基于广义特征值分解求得重构阵列的阵元位置和激励。FBMPM采用特殊的前后向矩阵来约束极点分布,保证了重构赋形波束方向图的精度可控。仿真实例证明了方法的快速性和有效性。