无线紫外光MIMO通信系统信道容量估算方法

无线紫外光通信系统易受大气散射等因素的影响,导致通信信道容量估算准确率较低。为此,提出一种无线紫外光多入多出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)通信系统信道容量估算方法。根据信道特征,构建无线紫外光MIMO通信系统的信道容量估计模型,获取无线紫外光的单次散射传输特性,利用符号补码式的方法改进空时编码,设定高级检测器中符号的接收能耗,使每个符号保持在标准功率数值范围内,完成通信系统信道检测式编码。根据不同发射角和接收角计算无线紫外光通信的路径损耗比,通过泊松随机分布获得最终通信系统信道容量的估算结果。实验结果表明,所提方法的传输速率可高达8 Mbps,误码率始终低于10-3bit/s,估算准确率在90%以上,估计时间低于4 ms,估算效果好,可为通信行业发展提供理论依据。

大气相干激光通信的中断概率和信道容量研究

针对大气相干激光通信常受到信道衰减、大气湍流和指向误差等效应影响的问题,分析在这些复合效应下的大气信道的衰落分布模型,求出中断概率和信道容量的闭合解。研究得出,一方面,虽然指向误差恶化了相干激光通信系统的中断性能和信道容量,但是通过将指向精度控制在ξ=1.4量级可明显降低其影响;另一方面,虽然高阶数的自适应光学补偿能更好地抑制大气湍流引入的光相位畸变,但是较低阶数(J=3)的自适应光学补偿可明显改善中断概率和信道容量。为了实现高可靠、大容量的大气相干激光通信,在系统设计时需联合考虑低阶自适应光学补偿和高精度光束指向、跟踪。

基于MIMO通信注水功率分配算法的信道容量研究

在城市轨道交通车辆段场景下,列车的通信需求巨大。针对传统城轨车地通信网络分配资源时未考虑接收端信道状态信息的问题,设计了一种多输入多输出通信注水功率分配算法。首先,分析城轨中基于长期演进的分布式控制系统车地通信网络结构和资源分配模式;其次,基于实际通信需求建立优化模型,利用拉格朗日乘子法求解注水算法的最优分配功率;最后,建立多输入多输出通信注水功率分配算法的通信模型,并推导其信道容量以及功率分配值。仿真结果表明:相比等功率分配算法,注水算法可以明显提高城轨车地通信网络的信道容量,且具有更小的误比特率;多输入多输出通信注水功率分配算法能够进一步提升信道容量,但当信噪比达到一定值后,这种增益逐渐逼近等功率分配算法的信道容量;考虑列车的实际结构,设计可选用的最佳收、发天线组合为4发4收。

远距离磁感应透地通信信道容量分析

为优化远距离磁感应透地通信理论与技术,针对远距离磁感应透地通信场景收发线圈间耦合微弱的实际情况,提出了收发机天线采用单轴空气线圈时的信道容量分析方法.基于毕奥-萨伐尔定律与地层介质涡流效应建立了透地通信磁感应强度模型,通过对收发电路进行等效变换,在考虑涡流效应的条件下计算接收机负载电阻所获得的接收功率;引入接收负载上的热噪声,根据香农公式可确定磁感应透地通信的信道容量.仿真表明,远距离透地通信的透地信道容量随透地通信距离的增大而显著减小,但在数百米的透地通信距离下仍可以有数千到数百bit/s的信道容量.通过合理设计透地通信的调制方式,有利于充分利用有限的透地信道容量,以使透地通信系统在较大透地通信距离下满足语音与信息的传输需求.

互耦效应对超大规模MIMO天线系统信道容量的影响

超大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)天线系统是6G的关键技术,由于天线单元间距很小,多个天线单元的互耦效应是影响其性能的因素之一。建立了基于石墨烯基贴片天线阵列-子阵列架构的超大规模MIMO天线系统,推导出了互耦效应影响下的信道容量表达式。通过电磁场数值计算仿真了超大规模MIMO天线系统的信道容量,结果表明,在不考虑互耦效应时,超大规模MIMO天线系统的信道容量与子阵列天线单元数、子阵列数以及发射机功率正相关;在互耦效应的影响下,系统的信道容量降低,互耦效应的强弱与子阵列天线单元的间距有关,天线单元间间距越小,相邻天线间的互耦效应越明显,系统的信道容量越小。该仿真结果可以为6G中超大规模MIMO天线系统的设计提供参考。

等衰落轨道角动量索引调制系统的信道容量性能分析

射频轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)提供了一种可以在同一载波频率物理信道上复用一组正交模式以提高信道容量的方法。现有研究大多专注于信道容量提升,对系统复杂度的研究相对较少。在基于均匀圆形阵列(uniform circular array,UCA)的OAM通信系统中,发射机需要完成大量调制运算以生成OAM信号。于是,提出了一种等衰落轨道角动量索引调制(equal fading orbital angular momentum index modulation,EOAM-IM)方案,其中,IM有效降低了OAM调制运算复杂度,且等衰落发射机也保证了不同模式OAM子信道传输增益。此外,还详细推导了所提EOAM-IM方案的系统信道容量。仿真结果表明,所提EOAM-IM方案能以更低的调制复杂度获得比传统OAM方案更高的信道容量。

高铁环境多普勒频移对MIMO信道容量的影响

列车的空间位置和移动速度对多输入多输出(MIMO)通信系统的性能有很大影响。研究高速列车地面典型场景MIMO两径信道容量,发现受多普勒效应影响,信道元素有额外相移。在高速运动中多普勒相位累积可以部分提高MIMO系统的信道容量。仿真结果表明多普勒相位累积后MIMO的信道容量提升比较明显,从信道矩阵条件数的角度也证明了信道容量可以提升。这项研究可为高铁中的5G通信提供参考。

关于单位成本信道容量的注记

针对单位成本信道容量的计算问题,首先将一个联系单位成本信道容量与容量成本函数的基本定理推广到一般凸函数的情况,并证明了推广的单位成本容量函数具有单峰性,然后给出了一个利用单峰函数的性质计算单位成本信道容量的算法。同时,针对信道容量成本函数的计算问题,证明了这类带约束的信道容量的计算问题可以化为一个目标函数具有自协调性的凸优化问题,并给出了具体的算法和算法的计算量。

基于QoS策略的低压电力线信道容量研究

为了在有限的传输带宽内使低压电力线信道容量最大化,提出了基于特定QoS策略的约束注水算法。该算法以低压电力线信道多径传输模型为研究基础,从信号功率受限的角度出发,导出了信道容量最大化的闭式解,分析并得出信道分支支路数和终端负载阻抗是影响信道容量的主要因素。利用正交频分复用(OFDM)技术对输入信号进行离散化调制,得到了不同信道状况下的最大传输比特数。仿真结果表明,所提算法的信道容量优于已有注水法,在信噪比为40dB时,所提算法的最大容量为经典注水法的1.37倍,完全满足低压电力线高速载波通信的要求。

MIMO信道容量公式及其渐近界

研究了当发射机未知而接收机已知信道状态信息时,独立同分布的多入多出(MIMO)平坦瑞利衰落信道的各态历经信道容量.首先,利用Wishart矩阵的特征值分布,导出了一个简单闭合的MIMO信道容量公式;然后基于此公式得到了MIMO信道容量在高信噪比时的渐近界,解析地反映了随着信噪比的逐渐增加,MIMO信道容量与信噪比(以dB为单位)和收发天线数目的最小值呈渐近的线性关系;最后,计算机仿真验证了所提出的MIMO信道容量公式及其渐近界的正确性.

基于遍历微小单元法非直视非共面紫外光通信信道容量分析

信道容量反映了系统无差错传输信息的能力。基于遍历微小单元法求出系统的路径损耗和脉冲响应,然后对脉冲响应采样序列进行离散傅里叶变换,得到系统的频率响应,计算出系统的3dB带宽。考虑信号光引起的散粒噪声,根据量子极限法求出系统的信噪比,进而用香农公式仿真分析非直视非共面紫外光通信系统信道容量和收发端几何参数之间的关系。结果表明,信道容量随着接收端偏轴角和通信距离的增大而减小,当收发仰角小于40°时,随着收发仰角增大,信道容量快速减小,并且发射端仰角对信道容量的影响更显著;当发散角增大时,系统信道容量几乎不变;而当视场角增大时,系统信道容量增大。

接近非相干水声通信信道容量的信号处理算法

恶劣情况下的非相干水声通信信道模型为随机相位Rayleigh衰落，推导了该模型的信道容量曲线。为实现接近非相干信道容量的可靠通信，提出多进制低密度校验码（LDPC）和恒重码级联码的多进制非相干概率域迭代处理算法。在信道幅度和相位完全未知的情况下，根据矩估计得到信号和噪声频点幅度的统计参量，进而得到恒重码的码字后验概率，再对多进制LDPC码进行因子图迭代译码。仿真证明本算法与现有的最大能量检测非迭代译码算法相比，与信道容量曲线的差距从4．5dB缩小至1．5dB。给出了实际海试湖试通信效果，频段为6—10kHz，数据速率为357bps，海试时近似垂直通信距离为5km，湖试时水平通信距离近3km、多径超过50mS，两种情况下无差错通信的信噪比门限为2dB，验证了本算法的优势。

复合衰落信道下分布式MIMO系统中断概率及信道容量分析

针对分布式MIMO系统中断概率和信道容量这2大性能指标,在复合衰落信道模型下,当上行链路采用最大比发送—选择合并,下行链路采用选择发送—最大比合并时,利用Lognormal分布对复杂Gamma-Lognormal分布的近似,推导得到当移动台位置给定时,系统中断概率和信道容量的闭合表达式,证明了系统性能指标与移动台分布之间存在密切的联系;随后依照实际通信环境,提出一种考虑存在小区热点的移动台非均匀分布模型,然后推导得到考虑该分布模型后的系统平均中断概率和平均信道容量闭合表达式;最后通过计算机仿真,证明了所提近似处理的精确性以及各项理论分析的合理性。

分布式天线系统MIMO信道容量分析

结合了分布式天线系统和MIMO信道特点的分布式MIMO系统可以改善覆盖特性,提高系统容量。提出了包含路径损耗、快衰落和阴影衰落的两层分集分布式MIMO系统。对MIMO信道容量的分析表明,分布式MIMO系统具有良好的信道容量均匀覆盖特性。与传统集中式天线系统相比,分布式MIMO系统可以获得更好的小区平均信道容量。对下行信道容量的数值分析表明,由于“充水”方式功率分配可以充分利用MIMO信道信息,此时的分布式MIMO系统可以比等功率分配条件下的分布式天线系统多获得0.25bit/(s·Hz)每发送天线的信道容量增量。

频率选择性衰落MIMO信道容量分析

随着传输速率越来越高,信号所占用的带宽越来越宽,实际信道呈现出频率选择性衰落特性。根据频率选择性衰落信道特性,建立了频率选择性衰落MIMO信道模型,采用频域和时域的方法研究了在频率选择性衰落下,发射端已知和未知信道状态信息的MIMO信道容量,并给出了相关的仿真结果。研究结果表明:在相同发射功率和传输带宽下,MIMO系统可以不牺牲信号带宽而显著提高信道的容量,并且天线数量和输入信噪比的大小对信道容量具有不同的影响。研究结果为如何提高频率选择性衰落环境下MIMO信道容量提供了依据。

多输入多输出系统信道容量研究

该文研究接收端采用均圆阵天线阵放置空间有限的条件下,存在相关衰落时MIMO系统的信道容量。建 立了衰落相关模型,分析了散射角大小及天线数对信道容量的影响,采用随机理论推导了M×N的MIMO系统信 道容量的闭式解。分析结果表明,MIMO系统信道容量主要由衰落相关矩阵的特征值决定。仿真结果表明,在接 收端窄间有限的情况下,天线数增大到一定程度时,信道容量达到饱和,再增加天线数,对信道容量的影响很小。

天线选择对MIMO信道容量的影响

该文首先分析了多天线系统的信道容量,然后研究了当信道矩阵非满秩时,选择发射和接收天线对信道容量的影响。仿真试验结果表明,发射天线选择能提高系统容量,同时选择发射和接收天线虽然减小了复杂度和硬件成本,但对系统容量的增加低于单独进行发射天线选择时的情况。

电力线载波通信中电网结构参数对信道容量的影响

提出了一种基于传输线理论的信道容量简化算法,在高带宽利用率条件下将信道容量解耦成几个独立的部分,分别用于研究传输距离、单根分支线对信道容量的影响及分支线之间的耦合效果。通过对无分支结构的电力线信道容量分析,提出了信道容量的简化算法及其适用条件。将分支线对信道容量的影响,分解成了对分支线长度及所接负载影响的研究,通过对部分典型负载特征的分析,讨论信道容量对负载的敏感性。利用统计方法研究了分支之间的耦合效应,当电力网中分支相距较远时,该耦合效果可以忽略不计,则信道容量可以看作与传输距离和分支线数量呈线性关系。仿真结果表明,该简化算法与传统计算方法具有较好的一致性,可用于分析不同网络结构对电力线传输性能的影响和信道容量的快速估计。

基于蒙特卡洛低压电力线信道容量研究

为了有利于设计适当的低压电力线通信设备使之达到更好的有效的数据传输,对低压电力线网络建立模型,优化低压传输信道,对低压电力信道中的脉冲噪声给出了噪声模型。在此基础上研究了支路的数量、支路所带的负载以及支路长度等对信道容量的影响,在负载相同的条件下随着支路数的增加信道容量呈非线性下降趋势,其中室内信道容量下降最大达12兆比特,低压信道容量下降最大达23兆比特,支路负载以及支路长度对信道容量影响不大。结论是低压电力信道容量随着网络拓扑结构的变化呈动态变化。

空时分组编码信道与多天线系统信道容量比较

在研究瑞利衰落条件下正交空时分组编码信道容量的基础上 ,将其与多发送多接收天线系统的信道容量进行了比较 .比较结果表明 ,正交空时分组码虽编码简单 ,易于实现 ,但在信道容量方面存在较大的损失 ,损失的程度与编码码率、信道矩阵的秩及收发天线数等因素有关 .进一步研究表明只有当编码码率和信道矩阵的秩都为 1时 ,才没有信道容量的损失 .