5G通信系统中的大规模天线阵列设计与优化

阐述天线阵列在5G通信系统中的应用、挑战和需求,探讨大规模天线阵列设计与优化,通过合理优化天线阵列的射频参数和应用波束赋形技术,可以实现高容量、大覆盖范围的无线通信网络。

6G超大规模天线阵列近场通信的波束赋形设计

应用超大规模天线阵列(Extremely Large-scale Antenna Array, ELAA)是未来6G移动通信基站的发展趋势。ELAA的孔径增加使阵列近场区域扩大,原有研究中的远场假设不再成立,对于ELAA近场通信,应该建立正确的近场模型进行研究。基于此,建立了近场球面波信号模型并提出了ELAA近场多用户多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)通信系统模型,通过进行波束赋形设计优化近场通信的可达和速率。为了突出正确近场通信模型的重要性,对比了原有远场平面波假设下的波束赋形设计在近场通信中的性能。此外,考虑到ELAA的硬件开销,设计了相位提取-迫零(Phase Extraction Zero-Forcing, PE-ZF)混合波束赋形方法。结果表明基于近场正确建模的波束赋形设计拥有最佳的和速率,同时提出的PE-ZF混合波束赋形方法拥有良好的性能,验证了ELAA近场通信波束赋形设计的重要性。

通过三维动画模拟演示大规模天线阵列装配的研究

大规模天线阵列技术是实现信息互联互通的重要支撑,在智慧城市、无人驾驶、物联感知和5G移动通信等方面有着十分重要的作用。随着技术应用领域的扩大和现实需求的急剧增长,传统的依靠平面图纸演示装配流程的方式已无法满足各行业对展示形式提出的新要求。可视化、高还原度已成为技术展示的重点。针对越来越多的产业对天线技术演示的需求,本文在三维动画模拟演示大规模天线阵列技术的装配和技术应用展示方面开展了系统性的研究工作。主要内容如下:第一部分,研究背景。该部分通过结合市场调研数据,主要分析了大规模天线阵列技术和三维动画技术目前发展的社会背景。第二部分,可应用领域与现实需求。该部分从研发团队、生产公司、用户三个角度,结合社会调查,论述动画模拟对天线技术的重要性。第三部分,技术结合的优势与现实意义。通过分析三维动画与天线阵列的特点,结合现实案例,阐述二者结合的优势所在。第四部分,研究局限与展望。解释当前技术上存在的局限性,并对后续多样性发展提出展望。总之,本文通过三维动画技术模拟演示大规模天线阵列的装配流程和工作原理,在技术可视化方面有着重要的应用价值。

大规模天线阵列系统技术探析

无线数据业务的爆炸式增长,特别是用户对高清晰度视频、手机电视等多媒体业务的需求越来越多,对无线通信系统的网络容量提出了更高的要求,提升频谱效率是满足未来无线通信系统中网络容量需求的重要手段。分析了大规模天线阵列系统的基本原理,通过仿真验证了大规模天线阵列系统的性能,并对信道信息获取、天线阵列设计、码本设计等关键技术进行了研究,提出了相应的解决方案。研究结果表明,大规模天线阵列系统能大幅提升频谱效率,显著降低系统能耗,是非常值得深入研究的绿色通信技术。

平面大规模天线阵列的窃听检测方案

物理层安全机制可以为无线通信提供有效的保密机制,为后期保密通信降低系统复杂度。提出了一种基于大规模平面天线阵列的物理层安全机制,即主动窃听的检测方案。该方案针对时分双工模式下的莱斯信道模型,仅在假设合法用户莱斯因子和基站噪声功率已知的情况下,即可有效检测窃听用户。仿真结果表明,所提出的检测方案性能随着天线个数、莱斯因子的增加而提高。此外,该方案的性能不随用户的位置而改变,可在三维空间全方位地检测窃听。

5G大规模天线阵列应用探讨

传统的大规模MIMO 天线无法满足空间增益、复用及波束赋形应用等技术要求,为实现5G 网络大规模天线阵列应用目的,立足于5G 网络技术环境及发展趋势,基于天线块结构将面向5G 的大规模波束赋形阵列当作大规模MIMO 天线对应天线块,以此充分发挥5G 大规模天线阵列应用优势,并通过块中阵列实现波束赋形,同时结合大规模MIMO 天线阵列多样化功能,借助MIMO 天线技术,在块间完成对5G 大规模天线阵列的空间增益及空间复用。

基于CSI-RS赋形的大规模天线阵列预编码与反馈方法

大规模天线阵列的应用是5G技术中提高频谱效率的有效手段.在大规模天线阵列系统中,天线单元的数量显著增长.这些天线单元可以与不同数量的无线射频通道连接,从而映射到多个天线端口上.由于大量的天线单元可以组成不同形状的天线阵列,设计单一的反馈框架来支持不同形态的大规模天线阵列具有很大的挑战性.本文分析了在大规模天线阵列系统中实现多个维度预编码的方法,通过在水平维和垂直维分别进行预编码,充分利用了所有天线单元的天线增益和赋形增益,且所给方法只需要借助目前广泛应用于2D天线阵列的反馈机制.从我们的仿真中可以看出:基于CSI-RS赋形的CSI反馈和相应的预编码算法,相对于传统MIMO处理方式,能够获得显著的性能增益.而且,这种方法只需要一些基站侧的实现,对终端可以是完全透明的,因此对终端的影响很小.

5G大规模阵列天线印制电路板失效研究

5G大规模阵列天线印制电路板材料采用碳氢树脂体系,内有空心球。因其还处于预生产阶段,所以关于5G新型天线印制电路板失效的报道非常少。主要分析5G大规模阵列天线印制电路板受热分层以及CAF失效模式,找到5G新型天线印制电路板分层起泡和CAF失效原因,并给出了改善方案。

毫米波雷达通信一体化大规模阵列天线混合波束形成

本文研究毫米波车载雷达通信一体化系统中大规模阵列天线混合波束形成的优化设计问题。考虑的设计自由度包括源车辆发射端处的混合波束形成器、源车辆接收端处的雷达接收滤波器和接收车辆接收端处的通信基带合成器。本文提出一种最小化均方误差(MMSE)准则下的混合波束形成优化设计方法,在兼顾发射端模拟波束形成器单位模约束、发射端发射功率、通信数字波束、雷达最佳波束、雷达接收端信干噪比(SINR)等约束条件的前提下,将涉及多约束变量的非凸优化问题分解为四个子问题后,采用交替迭代优化机制(AIOM)求解混合波束形成问题。仿真实验表明,AIOM求解得到的大规模阵列天线混合波束形成,既有良好的收敛性,又有良好的通信与雷达折衷性能。

5G大规模紧耦合阵列天线简析

简述5G网络通信技术的发展趋势以及传统二维、三维阵列天线的基本原理和自身劣势,并在此基础上提出5G大规模紧耦合阵列天线所具有的技术优势,认为5×5的25单元紧耦合阵列天线的各个单元与其子阵列之间的频段满足了<3的数值范围要求,有源电压驻波比也在可控范围内,说明匹配效果较好,性能较高。

多小区大规模阵列天线系统盲解码算法

针对多小区大规模阵列天线系统中干扰小区的导频复用造成的导频污染和解码性能下降问题,提出了基于ICA(独立分量分析)盲解码算法。所提盲解码算法,利用ICA法对接收多小区用户信号进行分离解码,不需要发射导频序列,避免了导频污染,提高了解码性能。所提盲解码算法在解码过程中同时估计各个用户波达方向,利用波达方向信息克服ICA方法分离顺序的不确定性,识别期望用户的信号。理论分析和仿真结果表明,所提盲解码方法比广泛应用的MMSE解码算法和最近提出的基于特征值的盲解码方法具有更好的性能。

5G大规模紧耦合阵列天线研究

介绍了5G移动通信技术的概念、背景、发展历程以及大规模阵列天线对于5G移动通信系统的重要性;详细阐述了二维、三维阵列天线的基本原理和相关理论;在此基础上,重点介绍了紧耦合阵列天线,其具有体积小、带宽大等技术优势,是5G大规模阵列天线研究的重要方向;详细阐述了紧耦合阵列天线的构成、设计方法和设计步骤,设计出了一种高性能5×5的紧耦合阵列天线。

大规模多天线阵列波束赋形技术研究

本文主要研究第五代移动通信系统中的多播波束赋形技术,重点对Massive MIMO(Massive Multi-Input Multi-Output)场景下的波束赋形进行研究。本文研究了常见的无线配置形式,并将几种常见配置方式进行对比,研究不同阵列的不同特性。重点研究互阻抗模型,给出了理论分析结果并进行仿真验证,同时基于互阻抗信道模型,研究了波束赋形技术和多播技术。在多播问题上,我们提出了一种解决方案并进行证明,得出最优的波束赋形案。最后,在安全性方面,我们提出了相关系统模型,并得出满足能量回收要求的最佳安全性波束赋形。

5G大规模移动通信阵列天线高效仿真

在4G移动通信技术成功商用的经验和基础上,国内外均在积极展开5G移动通信相关研究。大规模MIMO技术作为5G移动通信的关键技术,能够大幅提升系统容量和频谱利用率、降低干扰、增强覆盖,已成为移动通信研究的热点。为了实现大规模MIMO技术的应用,需采用大规模阵列天线来完成无线信号的发射和接收。由于5G大规模阵列天线结构复杂、阵子数目多、天线互耦及相关性影响较大、天线工作频率较高,其建模、仿真、分析难度巨大。针对这些技术难题展开研究,设计了一种高效的仿真方法和平台,实现了大规模阵列天线的快速建模、高效仿真及评估优化。

基于射线跟踪的毫米波大规模天线车地间信道特性研究

以轨道交通列车地面间通信作为研究场景,毫米波大规模多天线信道作为研究对象,采用车厢接入点进行用户信息分发的方案,利用毫米波大规模天线波束赋形与空间复用技术与射线跟踪信道仿真,仿真了大规模多天线下,不同阵列和地面基站位置的接收功率、角度扩展,并列举了不同方案之间在传输速率上所存在的差别.通过对结果的分析,在轨道交通车地间通信场景下,毫米波频段散反射体一般存在于列车接入点周边;相比于阵列的垂直分辨率,更多的水平分辨率往往拥有更好的效果;更低的路径损耗与更广的覆盖范围不可兼得.研究成果将为轨道交通车地场景下毫米波大规模多天线系统的设计、评估及其在轨道交通中的应用、部署提供不可或缺的信道信息和理论依据.

毫米波大规模阵列天线波束扫描研究

围绕5G毫米波大规模阵列天线高增益问题,开展了波束扫描技术的研究,本文采用在波束方向上没有增益损失的DFT码本作为波束扫描的码本,利用穷举扫描算法以及二分扫描算法扫描获取最优波束对。提出在穷举扫描获取最优波束对之后以及二分扫描的每一阶段对波束进行小角度旋转,最高将穷举扫描增益从23 dB提高到40 dB,二分扫描增益从23 dB提高到49 dB,有效解决波束交界处增益低的问题。

基于5G大规模阵列天线的传输协议之空口协议

移动通信在过去的十年里,4G已经在全球范围内实现大规模商用。如今,通过关键技术的引入,5G即将成为全世界通信行业研发的焦点,如何制定全球统一的5G行业标准,已经成为行业的共识。如何设计5G接入网统一空口(Unified Air Interface)及模块间传输协议来有效且灵活开放地支持各种不同类型的业务,如何考虑多天线传播兼容问题,是目前当务之急。

5G大规模移动通信阵列天线高效仿真分析

仿真实验是一种非常重要的手段,在5G即将商用的时代背景下,大规模阵列天线技术是非常重要的关键技术之一,但应用当中如何保证性能,设计是关键,而在设计当中就需要用到仿真模拟实验来验证方案的效果,而现有的仿真技术方案,沿用4G阵列天线设计时的方案,存在一定的限制问题,于是在本文当中进行了重点的研究,提出了一种优化后的仿真方案,仅供参考。

5GNR大规模阵列天线原理和波束赋型的应用

大规模阵列天线系统采用新的多天线设计方案,RRU和天线系统集成于射频产品中,这样的设计既有效的减少了系统的维护和简化了安装方式,而且更为有效的利用大规模天线配置带来的空间自由度,提高空间复用和多址能力,大规模阵列天线的波束赋型能力得到增强。波束赋型的能力扩展到3D维度,减少了网络终端之间的干扰,提升了系统的容量和信噪比。

面向大规模天线系统的稀布阵技术研究与评估

通过大量天线数服务用户,大规模天线技术可有效提升频谱效率。然而,大规模天线将带来射频链路数量的大幅增加,进而带来成本的急剧提升,所以大规模天线的设计需要综合考虑性能和成本的折中。稀布阵技术通过优化天线阵元位置分布、激励幅度,可实现以更少的天线数逼近均匀阵列的性能,从而带来射频链路数量的降低和成本的控制,取得较好的性价比平衡。介绍了稀布阵关键技术的实现方案,评估分析了稀布阵的链路级性能以及在面向6G的大规模天线系统中应用稀布阵的系统性能。数据分析表明,稀布阵在小幅性能损失的情况下,可以显著降低天线阵元数,节约基站设备成本。