室内直达与非直达环境无线传播综合信道建模

本文主要针对室内无线传播信道直达(line of sight,LOS)与非直达(no line of sight,NLOS)环境,引入参考模型研究其建模设计及其相关统计特性.文中提出了一种基于几何散射模型的综合改进室内参考信道模型,假设将无限数量的散射体均匀分布在三维空间的一个二维(two dimensional,2D)水平面上.本文推导了电磁波达信号到达角(angle of arrival,AOA)概率分布函数(probability density function,PDF)、多普勒功率谱密度(power spectral Density,PSD)、时间自相关函数(autocorrelation function,ACF)的解析表达式,并分析其重要参数对函数的影响.此外,本文还通过非现实参考模型提出了一种高效的SOC(Sum of Cisoids)信道仿真模型,同时提出了设计SOC信道仿真模型的两种有效参数计算方法,并比较两者的计算性能.仿真结果表明,信道仿真模型的统计特性与参考模型相匹配,即室内参考模型可以通过的SOC信道仿真模型来近似,同时信道仿真模型可以很好的应用于评估室内无线通信系统的性能,拓宽了室内无线信道建模的研究,同时减少实现开支.

三维空间MIMO信道接收天线阵列互耦效应及系统容量分析

针对非频率选择性瑞利衰落MIMO(multiple-input multiple-output)信道,建立了接收天线阵列的三维空间信道模型,将MIMO的一般信道建模推广到三维空间域。在建模过程中利用天线阵列在互耦效应下的等效网络模型,推导出三维空间域模型下的互耦相关性的通用表达式,阐明了互耦效应下相关性与无互耦相关性之间的关系。应用通用表达式分析了当接收端为不同的天线阵列结构时,入射信号的中心到达角和角度扩展分别对于在互耦效应下信道容量的影响。分析结果验证了不同的角度扩展对于互耦相关性的影响,揭示了在互耦效应下影响系统容量的主要因素为入射信号的平均中心到达角。

基于车载通信标准街道场景的电磁散射信道模型

针对室外无线信道视距(line of sight,LOS)/非视距(non-line of sight,NLOS)传输环境下的车到车(vehicular-to-vehicular,V2V)通信系统,本文提出了一种基于标准街道散射的统计信道模型,其移动发射机(mobile transmitter,MT)与移动接收机(mobile receiver,MR)处于运动状态,街道两旁分布的散射体固定.由几何模型出发又引入了一种随机的参考信道模型,其散射体有无穷多个,均以平行于街道两侧的散射条纹形式均匀分布在三维(three dimensional,3D)空间的一个二维(two dimensional,2D)矩形内部.在室外街道通信环境下,模型推导了散射信道中发射角(angle of departure,AOD)以及到达角(angle of arrival,AOA)的概率密度函数(probability density functions,PDFs)解析式;研究了多普勒功率谱密度(power spectral density,PSD)及其时间自相关函数(autocorrelation function,ACF);分析了模型多普勒参数以及街道散射体等因素对V2V通信系统性能的影响.与城市、农村的测量信道对比分析,表明本模型仿真的统计特性符合理论与实际,拓宽了室外V2V无线通信信道建模的研究.为评估室外V2V通信系统的传输特性、仿真无线通信系统提供了有力的研究工具.

基于二维空间域移动通信统计信道的空时特性

为了减小无线环境中的多径效应,要求提供信道模型多径分量的到达角度(AOA)和到达时延(TOA)。因此产生了几何单反射信道模型(GBSBCMs)的概念,即假定散射体均匀分布在椭圆区域(宏蜂窝)或圆形区域(微蜂窝)。在宏蜂窝和微蜂窝中,假定散射体为椭圆模型(EM)或圆模型(CM)时或许是合理的,但对于一般散射体模型而言,要确保当散射体为其他分布类型的情况下都是有效的,就需要获得信道参数。推导了在一般散射体模型中基站信号的到达角度和到达时延的联合概率密度函数、边缘概率密度函数,它适用于多种蜂窝型,重点研究高斯分布的散射体,最后仿真验证了推导的合理性。

东北红豆杉愈伤组织中紫杉烷类化合物的分离与鉴定

目的明确东北红豆杉(Taxus cuspidata)愈伤组织中的化学成分,为开发可持续利用的红豆杉资源提供理论依据。方法采用硅胶柱色谱、制备型高效液相色谱等手段对愈伤组织的正己烷和乙酸乙酯提取物进行分离和纯化;根据化合物的理化性质和波谱数据并结合相关文献对化合物结构进行鉴定。结果从东北红豆杉愈伤组织中分离得到11个紫杉烷类化合物,分别鉴定为tax-uyunnanine C(1)、2α,5α,10β-triacetoxy-14β-propionyloxy-4(20),11-taxadiene(2)、2α,5α,10β-tri-acetoxy-14β-isobutyryloxy-4(20),11-taxadiene(3)、2α,5α,10β-triacetoxy-14β-(2′-methyl)butyrylo-xy-4(20),11-taxadiene(4)、云南红豆杉甲素(yunnanxane,5)、紫杉醇(paclitaxel,6)、taxol C(7)、baccatin VI(8)、1β-deoxybaccatin VI(9)、taxayuntin C(10)、baccatin I(11)。结论化合物9、11为首次从东北红豆杉愈伤组织中分离得到,化合物1-4、8-10尚未在东北红豆杉中发现。

基于三维空间域的宏小区移动通信正向链路信道参数估计

针对均匀分布的三维(3D)散射簇移动通信环境,提出了3D空间域的统计信道模型;在指向性天线覆盖下的宏小区通信环境中,用该模型来估计多径衰落信道的重要空时信道参数,推导了多径衰落信道正向信道链路的到达角与到达时延的概率密度函数、由移动台(MS)移动产生的多普勒频移(DS),分析了空间信道参数及其定向天线主瓣宽度对信道模型的影响.假设MS端散射体分布为高斯分布和指数分布时,该模型更适于描述特殊的移动通信环境.数值仿真结果表明,该模型的信道参数估计符合理论及实际的通信环境,弥补了现有三维散射簇统计信道模型的局限性.

移动通信宏小区信道模型的信道估计研究

为了有效地削弱无线通信环境中的多径效应并提高信道参数估计的准确性,在散射体非均匀分布下,引入了到达路径物理概念,提出了一种合理的改进型信道模型。此模型能够准确地描述出宏小区环境下的重要空时参数,如波达信号在基站(Base Station,BS)处的到达角(Angle of Arrival,AOA)和到达路径(Range of Arrival,ROA)。同时,由于移动台的移动特性,基站接收信号产生多普勒频移,从而推导出基站处多普勒频移概率分布。将此模型的数值仿真结果与其他信道模型仿真结果进行比较,结果表明参数估计结果符合理论和经验,证明了提出的信道模型更适用于宏小区移动通信环境,延伸了统计信道模型的研究与应用,为仿真无线通信系统提供了有力的工具。

基于SL0算法的快速局部稀疏多径信道估计

针对无线通信系统中经常出现的稀疏多径信道,应用压缩感知理论,建立了局部稀疏多径信道的数学模型,利用SL0算法对信道进行估计与研究。在建模的过程中,从数学角度对数学模型进行了推导,验证了在信道估计中应用压缩感知的可行性。采用的模型能够更精确地重构出原始信号,有效抑制干扰,降低误差。与已有的算法相比,SL0算法在均方误差、重构精度、匹配度以及算法复杂度等方面都要优于其它算法。理论分析和计算机仿真均表明,SL0算法的高效性和局部稀疏信道模型的实用性。

基于最小连通支配集移动的WSANs连接恢复算法

在无线传感器与执行器网络(wireless sensor-actor networks,简称WSANs)关键任务应用中,单个或多个节点的失效可能造成内执行器节点产生网络分隔,自动检测和快速恢复来保持内执行器网络的连接性显得非常重要.论文提出了一种基于最小连通支配集移动的连接性恢复算法(minmal CDS motion-based connectivity recovery,简称MCDSR),该算法主动探测影响网络连通的割点,并为其指定最小的连通支配集.一旦检测到节点失效,备份的支配集初始化恢复进程直到网络连接恢复.并通过实验与现有的恢复算法进行比较,发现MCDSR算法在移动的节点数目、总的移动距离、覆盖度减少等方面有更好性能.

东北红豆杉愈伤组织中紫杉烷类化合物的分离与鉴定(2)

目的进一步明确东北红豆杉（Taxus cuspidata）愈伤组织中的化学成分,为开发可持续利用的红豆杉资源提供物质基础。方法采用硅胶柱色谱、制备型高效液相色谱等手段对愈伤组织的甲醇提取物进行分离和纯化;根据化合物的理化性质和波谱数据并结合相关文献对化合物结构进行鉴定。结果从东北红豆杉愈伤组织甲醇提取物中分离得到7个紫杉烷型二萜类化合物,分别鉴定为taxusin（1）、2α-acetoxytaxusin（2）、14β-hydroxytaxusin（3）、2-deacetyltaxuyunnanine C（4）、10-deacetyltaxuyunnanine C（5）、7-表-紫杉醇（7-epi-taxol,6）、cephalomannine（7）。结论化合物1~5,7为首次从东北红豆杉愈伤组织中分离得到,化合物3~5尚未在东北红豆杉中发现。

基于电磁矢量传感器的MIMO天线阵列系统研究

将电磁矢量传感器(EVS,electromagnetic vetor sensor)信号处理法与传统MIMO信号处理有机地结合,建立了基于EVS的多天线三维信道模型。采用多重信号分类(MUSIC,multiple signal classification)算法对MIMO的达波信号方向(DOA,direction of arrival)进行空间谱估计,导出基于EVS的三维空间信道解析式,阐明了EVS信号处理与MIMO多径信道相关性的关系。与传统标量传感器阵列(SSA,scalar sensor array)MIMO天线阵列比较,EVS阵列能获取达波信号的多维极化信息,同时具有空间域和极化信号处理能力。因此可缓解空间多径信道相关性,使空间极化分量的相关性趋于零值,而且使MIMO系统性能受空间结构的影响较小。理论分析和仿真结果表明在提高MIMO天线系统性能上,基于EVS阵列的系统比SSA系统具有更高的优越性。

室外3D散射信道中ULA/UCA天线MIMO性能分析

为更好地解决室外三维(3D)空间域的移动通信问题,提出了一种新型室外3D空间域散射信道统计模型,主要研究MIMO多天线系统的接收性能。在宏蜂窝小区移动通信环境中,模型能够估计多径衰落信道的重要空间信道参数,首先推导了多径衰落信道的到达角(Angle of Arrival,AOA)概率密度分布。此外模型在设置多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)多天线的均匀线性阵列(Uniform Linear Array,ULA)和圆形阵列(Uniform Circular Array,UCA)的基础上,分析了波达信号不同方位角分布对散射信道中MIMO性能的影响因素,包括MIMO空间相关性、信道容量以及天线阵列配置。数值仿真结果与3D多径衰落信道模型对比,表明本模型的信道参数估计符合理论和实际的通信环境,为评估MIMO天线接收系统与仿真无线通信系统提供了创新性的研究。

基于ISL0算法的码间干扰稀疏多径信道估计

针对存在码间干扰ISI的稀疏多径信道,已提出基于压缩感知理论的平滑SL0算法来研究其稀疏特性,然而SL0算法的迭代方向为负梯度方向,存在"锯齿效应",且其代价函数"陡峭性"性能欠佳,使得信道估计和收敛效果均未达到最优。因此提出利用拉格朗日算子,结合牛顿法来改进和优化SL0算法,获得了快速和高效的信号重构ISL0算法,对稀疏多径信道状态信息进行了相关估计,分析了信噪比SNR和迭代次数等参数对重构信号均方误差MSE的影响。比较了ISL0算法与其他相关算法的迭代时间以及对稀疏信道中ISI均衡效果的差异。算法的优越性通过仿真得到验证,实时仿真结果显示ISL0算法能很好地对稀疏信道进行估计。在同样信道环境条件下,相比CoSaMP、SL0及其他算法,ISL0算法的性能有了较大提高。

基于散射簇的三维空间域3D统计信道模型分析

为更好地仿真与分析三维空间域室内外蜂窝移动通信环境,提出3D几何统计信道模型。推导并分析该信道模型的诸多概率密度函数(probability density functions,PDFs)表达式、信号到达角(angle of arrival,AOA)分布特性;研究基站(base station,BS)处使用指向性天线对散射信道特征的影响。信道模型分析中假设传输信号的多径分量仅经历一次反射,若移动台(mobile station,MS)周围的散射体被视为高斯分布和指数分布的密度模型,更易于仿真室内和室外蜂窝环境。数值仿真结果表明,与3D多径衰落信道模型相比,该模型的信道参数估计结果符合理论和经验,拓展了3D空间统计信道模型的研究和应用。

衰落相关信道近似算法及其Massive MIMO系统分析

为了准确的研究空间衰落信道模型及其近似算法,用以分析Massive MIMO(Multiple Input and Multiple Output)系统性能和算法效能,本文首先导出在典型PAS下的SFC函数的闭合表达式,然后分析推导了角度扩展时的近似算法以及评估其计算效能,最后建立MIMO多天线接收模型和分析其系统性能.研究揭示了其信道特征的诸多关键因素,阐明阵元接收信号强度变化、阵元衰落信号相关性和信道矩阵分布特征.理论计算和仿真实验得出近似计算法在特定条件下具有很好的拟合度,定量分析了近似算法在对MIMO多天线系统分析时的适用性和计算效率,算法能极大地降低理论计算复杂性,提高分析和仿真大规模Massive MIMO多天线系统的效率.

基于FRFT的OFDM水声系统性能分析

水下通信是无线传输的一个关键研究领域,而声音信号是目前水下通信的最佳候选者。正交频分复用(OFDM)技术有助于在水声(UWA)信道上进行数据高速率传输。文章提出了一种在UWA信道中的基于分数傅里叶变换(FRFT)的OFDM系统,并且在不同子载波数量、调制方案以及多普勒频率条件下将其与传统OFDM系统进行了性能对比和评估。研究结果表明,尽管FRFT的计算顺序与快速傅里叶变换(FFT)相同,但在所有多径场景下,基于FRFT的OFDM系统的性能都优于传统OFDM系统,且满足UWA信道对系统复杂度低和功耗小的需求。

均匀平面天线阵列的大规模MIMO系统评估

针对毫米波和传统蜂窝频段场景下频谱效率和传输可靠性较低的问题,文章提出了一种三维散射簇多天线信道模型以分析大规模多输入多输出(MIMO)系统性能。文章假设仰角和方位角分别遵循拉普拉斯和Von-Mises分布,推导出均匀平面阵列天线各单元之间空间相关系数的解析表达式,最后建立MIMO多天线系统模型并分析其系统性能。研究了仰角功率谱中不同角度扩展对均匀平面阵列衰落相关性和信道容量的影响,以及不同信噪比和天线阵元数对频谱效率的影响。分析结果与传统的均匀线性阵列进行比较表明,在毫米波场景下,均匀平面阵列比均匀线性阵列更适用于大规模MIMO系统,这使未来的移动网络工作在不同频段和蜂窝小区成为可能。

基于三维空间域统计信道模型的空时特性

为了研究信号在三维空间域信道模型中的空时统计特性,建立了一种三维统计信道模型,其散射椭圆半球体的中心在移动台(MS),适用于设置低MS天线、高基站(BS)天线且重要散射体分布在移动台附近的室外宏蜂窝通信环境中。假设模型的发射信号服从均匀分布,给出了到达角度(AOA)和到达时延(TOA)概率密度的分析算法,能够估计多径衰落信道的重要空时特性,在方位角和仰角平面同时描述波达信号分别在BS和MS处的分布特性。理论分析和数值仿真结果与三维散射模型结果对比表明,本模型的信道参数估计符合理论与经验结果,更加适应各种室外移动通信环境,拓展了三维统计信道模型的分析和研究。

三维空间域统计信道模型及其多天线系统

针对散射体密度均匀与移动台(mobile station,MS)附近无建筑物的情形,建立一个适用于室内微蜂窝环境的3D空间信道模型。通过此几何信道模型,可以正确给出在无线信道中信号在MS处的到达角与到达时间的概率密度函数解析表达式,能够将其应用于多入多出系统信道性能仿真中。将该模型的数值仿真结果与其它文献中信道模型仿真结果相比较,比较结果表明,参数估计结果符合理论和经验,该模型适用于微小区移动通信环境,拓展了统计信道模型的研究与应用,为仿真无线通信系统提供了有力的工具。

基于Inverted-Parabolic分布的空间统计信道模型

针对在非均匀散射体分布下信号到达角度、到达时间以及多普勒效应等信道参数估计的复杂性,提出一种合理的空间信道模型,并引入几何分割法导出基于散射体Inverted-Parabolic分布的空间统计信道模型。模型能方便地估计室外宏小区和微小区移动通信环境下各种重要的空时信道参数,如AOA、TOA概率分布密度函数和多普勒功率谱以及信号的空—时相关性。数值结果与均匀散射体圆模型和高斯散射体圆模型对比表明本模型的信道参数估计结果符合理论和经验,且与实测结果吻合较好。在基站设计采用指向性天线时研究了移动台MS的多普勒效应,修正了Clarke U-shaped经典模型,阐明了天线主瓣宽度2?、空间模型参数D/R和MS移动参数影响信道参数的机理。