基于无线协作通信系统的增强覆盖技术研究

近年来,我国的无线技术得到了较大的发展,其中,通过协作技术的应用能够在获得分集增益的同时起到扩大覆盖范围、改善系统性能的作用。在本文中,将就基于无线协作通信系统的增强覆盖技术进行一定的研究。

WCDMA网络中的各种无线增强覆盖技术

频段特性决定了WCDMA的覆盖能力不及900M GSM,在没有增强技术的情况下,覆盖相同面积,通常需要成倍的站点。就12.2k话音而言,覆盖相同面积,WCDMA覆盖特性比GSM900差4-7dB,而对于64kVP业务,WCDMA覆盖特性比GSM 900语音业务差7-10dB。

面向移动用户的RIS波束追踪与覆盖增强技术

智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)技术因其能够灵活操控信道环境的电磁特性,一经出现就引起了学术界和工业界的广泛关注。目前对于RIS辅助无线通信系统的理论研究与实际测试以静止场景为主,缺乏移动场景的研究。而由于RIS反射波束较窄,存在着移动场景下RIS反射波束难以对准目标,导致覆盖增强效果较差的问题。针对此问题,本文创新性地结合了波达方向(Direction Of Arrival,DOA)估计理论与RIS覆盖增强技术,实现了针对移动用户的RIS波束追踪与覆盖增强,并在此基础上搭建了Sub 6G频段下RIS辅助的移动场景原型平台。此外,本文在实验室对比了不同速度下,发射端移动而接收端保持静止、接收端移动而发射端保持静止两种场景下,经RIS反射后的接收信号功率与信干噪比(Signal Interference plus Noise Ratio,SINR)值。实测结果表明,在两种实测动态场景下RIS编码前后的接收信号功率与SINR均有提升,证明RIS在移动场景下仍然具有较好的性能提升。本文的研究结果可对后续移动场景下RIS辅助通信提供数据支撑与可参考原型平台。

面向海洋移动通信的卫星覆盖增强技术研究

作为非陆地网络的重要组成部分,卫星通信网络可以为偏远地区提供广覆盖,非常适用于海洋移动通信。然而,受限于硬件能力,一个卫星仅能为有限的波位同时提供服务。为了提高卫星的覆盖,结合5G标准现状,提出了基于跳波束技术的增强方案。增强包括对同步信号与公共信道周期进行拓展以提高每个波束可服务的波位数,对跳波束服务时间进行指示以帮助用户在合适的时间收发信号,以及根据服务时间进行时序增强以提高通信资源利用效率。评估结果表明,采用增强方案后,卫星的覆盖区域显著增强,且公共信道资源占比显著下降。

智能超表面毫米波覆盖增强波束设计与测量

针对毫米波无线通信系统中信号覆盖性能弱的问题,提出使用智能超表面反射宽波束以持续增强弱覆盖区域信号强度的方法。首先,在没有视距路径的收发机之间引入智能超表面,利用智能超表面电波传播模型,得到反射辅助路径的接收信号功率表达式。随后,根据先验信息的不同获知程度,提出一种智能超表面反射相移设计框架,并采用启发式算法实现智能超表面离散相移约束下的高效寻优。仿真结果证明,所提算法能够基于智能超表面合成任意宽度的反射波束。同时,根据待覆盖区域的具体形状优化能够进一步提高智能超表面覆盖增强性能。最后,搭建智能超表面反射方向图测量系统和毫米波通信原型系统,在35 GHz频段开展测量验证,获得与仿真结果一致的性能。在暗室环境下的方向图测量验证了智能超表面波束合成算法的有效性。在实际环境下开展的信号覆盖情况测量中,对比未部署智能超表面的情况,部署智能超表面和所提算法后信号覆盖率从1.5%提升至90%。

面向太赫兹通信覆盖增强的确定性信道建模分析

作为6G网络关键候选技术之一的太赫兹通信,其严重的路径损耗和阻塞敏感性对太赫兹信号覆盖范围造成了极大限制。一系列的太赫兹通信覆盖增强技术被提出。为了更好地在实际环境中对覆盖增强技术进行个性化的设计与部署,针对相应太赫兹无线信道展开建模分析。介绍了太赫兹通信的确定性信道建模方法,针对射线追踪(Ray Tracing, RT)方法进行了探讨,阐述了辅助太赫兹通信覆盖增强的相关技术。基于RT方法构建了面向太赫兹通信覆盖增强的确定性信道模型实例,验证了相关技术对太赫兹通信覆盖具有增强的效果,并对建模的相应挑战展开了讨论。对RT方法在未来太赫兹通信技术的应用进行了展望。

增强型集气覆盖层闭气能力影响因素及优化布置

为了实现我国生活垃圾填埋场的高效集气,消除填埋气无序逸散造成的环境污染及人身安全问题,提出由HDPE土工膜、膜下集气管和土质调节层构成的增强型集气覆盖层(EGCC)结构.采用Geo-studio软件中的Air/W模块,分析增强型集气覆盖层的闭气效果及其影响因素.结果表明,土质调节层的固有渗透率、膜下集气管的抽气压力和单层填埋垃圾的厚度是影响增强型集气覆盖层闭气效果的3个主要因素.膜下最大气压随着土质调节层的固有渗透率的降低、膜下集气管抽气压力的提高和单层填埋垃圾厚度的提高而增大.提出基于土质调节层的固有渗透率和膜下集气管抽气压力的膜下集气管布置间距估算公式,建议优先选用当地容易获得的中砂或更粗的土料作为土质调节层.在深圳下坪填埋场采用增强型集气覆盖层并结合集气井技术后,2014—2019年期间填埋气收集量提升7倍以上,收集率由不到30%提升至超过90%.

智能反射面辅助的覆盖增强技术综述

覆盖增强技术包括覆盖性能增强、覆盖区域优化、信号补盲等研究方向,被广泛认为是6G网络中需要重点关注的问题。近年来,智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)因其低成本、低功耗、易于部署等特点,在覆盖增强技术方面得到广泛研究。基于现有文献中的IRS辅助覆盖增强技术,对其应用场景、问题建模及求解方案进行归纳,并按照大尺度网络覆盖优化、小尺度区域覆盖控制以及离散相位码本下的实际部署测试三种典型场景对该领域研究进展进行详细阐述。对基于IRS辅助的覆盖增强技术进行了总结与展望,旨在为该领域中覆盖增强技术的进一步研究提供新的设计思路。

基于Relay的低成本4G网络覆盖增强方法

无缝覆盖是无线移动通信网络的重要特点之一。对于人烟稀少地区,比如海面,沙漠等场景,需要进行低成本的超远无线通信覆盖。但是,如果单纯地通过架设基站满足这类超远覆盖会增加运营商的基站造价成本。文章分析比较4G网络的覆盖增强部署方法,提出基于Relay的低成本覆盖增强方法。其核心思想是:根据4G网络覆盖范围要求,部署4G网络中继节点,确定网络基站和中继节点之间无线通信的最少上行子帧个数。同时,结合4G无线移动通信系统模式确定可选的中继部署类型和配置,从而实现低成本、高质量的4G网络增强覆盖。

手机直连卫星的覆盖增强关键技术

针对手机直连卫星面临的覆盖增强问题,文章从解决链路预算不足、解决广域覆盖两方面出发,研究信号重复传输、多时隙联合信道估计、参考信号功率增强、高增益天线、跳波束、控制和业务波束分离、动态资源分配等覆盖增强关键技术。从每项关键技术,分析技术原理,进行性能评估,并探讨对非地面网络(non-terrestrial network,NTN)标准协议的影响及优化设计。研究表明重复传输可以直接有效的改善链路性能,但对于时域资源受限的场景,多时隙联合信道估计技术和参考信号功率增强可提供有限的链路增益。系统级覆盖增强依赖于波束管理策略,从多个维度对星上资源进行灵活调度,从而实现广域覆盖增强。

隧道覆盖增强系统的工程应用研究

列车在铁路隧道和城市峡谷等复杂环境下的服务性能需求不断提升。在此需求下,通过比对基于导航信号实时再生技术的隧道覆盖增强系统、基于虚拟卫星技术的隧道覆盖增强系统和基于北斗融合多种定位技术的隧道覆盖增强技术3种方案,实现复杂环境下的全球导航卫星系统(GNSS)导航定位增强,有望在工程实践中发挥重要作用。

广播电视信号覆盖增强技术研究与实践

本文概述了广播电视信号覆盖增强技术的研究与实践。首先介绍了信号覆盖增强技术的背景和重要性。其次,详细探讨了信号传输技术、信号接收技术以及信号增强算法等关键技术。文章还以“村村通”为例,阐述了广播电视信号覆盖增强技术在实践中的应用和成效,强调了该技术对于提升广播电视信号覆盖质量和范围的重要意义。

面向移动用户的智能反射表面波束追踪与覆盖增强算法

虽然智能反射表面(IRS)单元可以通过改变相移和反射系数来增强系统性能,但是用户运动和时延等未知因素使反射波束无法准确覆盖用户。为此,提出一种面向移动用户的波束追踪与覆盖增强算法。首先,根据用户的初始位置、运动方向和速度等信息,估算IRS的目标覆盖区域;然后,对IRS单元进行分组,并设计不同分组单元的反射相移使反射波束指向目标区域的相邻位置,进而实现对用户可能位置的有效覆盖;最后,采用注水算法分配由基站(gNB)发射在IRS不同分组单元上的波束功率,实现对目标区域覆盖的增强。

基于改进势场的有向传感器网络路径覆盖增强算法

路径覆盖是无线传感器网络目标监控领域的一个热点研究问题,在分析节点主感知方向可调模型的基础上,提出了一种基于改进势场的有向传感器网络路径覆盖增强算法(improved potential field based path coverage-enhancing algorithm,IPFPCA).该算法针对传统虚拟势场可能出现的局部极小导致覆盖增强失败问题设计了一种改进的势场函数,通过将相邻传感器节点对路径轨迹点的共同覆盖率引入到斥力计算中,有效引导节点的主感知方向调整,从而达到路径的高效覆盖.实验结果表明:对比已有的路径覆盖增强算法,IPFPCA可以消除节点的感知重叠区和盲区,最终实现网络路径的高效覆盖.

基于虚拟势场的有向传感器网络覆盖增强算法

首先从视频传感器节点方向性感知特性出发,设计了一种方向可调感知模型,并以此为基础对有向传感器网络覆盖增强问题进行分析与定义;其次,提出了一种基于虚拟势场的有向传感器网络覆盖增强算法PFCEA(potential field based coverage-enhancing algorithm).通过引入"质心"概念,将有向传感器网络覆盖增强问题转化为质心均匀分布问题,以质心点作圆周运动代替传感器节点传感方向的转动.质心在虚拟力作用下作扩散运动,以消除网络中感知重叠区和盲区,进而增强整个有向传感器网络覆盖.一系列仿真实验验证了该算法的有效性.

基于微粒群优化的有向传感器网络覆盖增强算法

覆盖作为无线传感器网络监测中的基础问题反映了无线传感器网络的感知服务质量.在分析节点主感知方向可调模型的基础上,提出了一种微粒群优化的有向传感器网络覆盖增强算法.该算法针对节点主感知方向设计微粒适应值函数和种群进化策略,以区域覆盖率为优化目标,通过微粒群优化有效调整传感器节点的主感知方向,从而达到有向传感器网络的覆盖增强.实验验证了算法的有效性.

一种面向三维感知的无线多媒体传感器网络覆盖增强算法

覆盖作为无线传感器网络中的基础问题直接反映了网络感知服务质量.本文在分析现有无线多媒体传感器网络覆盖增强算法的基础上,构建节点三维感知模型,提出面向三维感知的多媒体传感器网络覆盖增强算法(Three-Dimensional Perception Based Coverage-Enhancing Algorithm,TDPCA).该算法将节点主感知方向划分为仰俯角和偏向角,并根据节点自身位置及监测区域计算并调整各节点最佳仰俯角,在此基础上基于粒子群优化调整节点偏向角,从而有效减少节点感知重叠区及感知盲区,最终实现监测场景的区域覆盖增强.仿真实验表明:对比已有的覆盖增强算法,TDPCA可有效降低除节点感知重叠区和盲区,最终实现网络的高效覆盖.

有向传感器网络覆盖增强问题的贪婪迭代算法

在有向传感器网络中,可以通过调整节点的感知方向来增强目标区域的覆盖率.提出了有向传感器网络覆盖增强问题的一种贪婪迭代算法,在每次迭代中,调整那些使得覆盖率增加最大的节点的感知方向,重复此迭代过程直至通过调整任一节点的感知方向已不能再增加覆盖率.此外,还提出了一种通过计算几何求解该算法中区域计算问题的方法,以提高计算精度和减少计算时间.大量的仿真实验结果表明,该算法的执行时间较短,收敛速度较快,能够获得比现有算法更高的目标区域覆盖率.

一种有向传感器网络改进粒子群覆盖增强算法

优化传感器网络覆盖对于合理分配网络的空间资源、更好地完成信息感知和采集任务、提高网络的生存能力都具有重要的意义。在分析传感器节点有向感知模型的基础上,提出了一种有向传感器网络改进粒子群覆盖增强算法。该算法针对随机部署有向传感器网络,以网络区域覆盖率为优化目标,采用改进的多步式位置可选择更新粒子群优化算法,通过调整传感器节点的主感方向,减少网络感知重叠区和感知盲区,实现覆盖增强。仿真实验表明,该算法简单、高效,优于传统的覆盖增强算法。

基于粒子群优化的视频传感器网络覆盖增强算法

以提高视频传感器网络的覆盖率为目标,针对摄像机的有向感知特性,提出了一种基于改进粒子群优化的视频传感器网络监控区域增强算法。通过分析监控区域中摄像机部署位置关系及有向感知性,构建了反映摄像机相互作用的虚拟力,并引入了基于虚拟力的粒子群导向因子。基于该导向因子,粒子群算法能够有导向地逐步快速地接近优化目标,避免了反复调整过程,提高了优化速度。一系列仿真结果验证了该算法能够在复杂的监控区域场景下大幅提高覆盖率,其性能优于传统方法。