新型可重构分布式天线与反射面:性能分析与原型验证

可重构分布式天线与反射面(Reconfigurable Distributed Antenna and Reflecting Surface, RDARS)作为一种新型的无线通信架构,可以为无线通信系统带来显著的性能增益。基于智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)可改变电磁特性,重构了无线传播环境,为系统引入“反射增益”的设计思想,将此设计理念融入分布式天线系统(Distributed Antenna System, DAS),提出了为DAS的射频远端单元(Remote Radio Unit, RRU)赋予反射功能的新型RDARS架构。利用控制电路,RDARS中的每个单元可灵活切换“反射态”与“连接态”。低功耗的“反射态”单元反射信号为无线网络引入“反射增益”,“连接态”单元发射或接收信号获得“分布式增益”。基站与RDARS的联合设计可适配不同的通信需求,实现性能与功耗之间的平衡并显著提升系统性能。通过理论分析、仿真与原型验证,结果验证了RDARS能显著提升系统性能,在未来6G无线通信系统中具有巨大应用前景。

可重构分布式天线和反射面辅助的集成传感和通信系统演绎

集成传感和通信系统(ISAC)是一种通过赋予无线通信传感能力来升级物理系统的解决方案,我们开发了一个可重构分布式天线和反射面(RDARS)辅助的集成传感和通信(ISAC)系统原型。该原型采用可编程元件,根据需求动态调整工作模式,优化信号传输和传感性能。用户定位功能可靠,且不会对通信速率造成影响。系统可应用于室内导航、智能交通等领域,并展示了在6G系统中的潜在应用,为未来需要同时进行通信和传感的应用提供了重要的技术支持和创新思路。

基于超长波与对称分布天线阵的管道机器人定位技术

分析了管道机器人定位系统的工作原理,研究了超长波发射器的电磁场分布,建立了参数化的数学模型.采用对称分布的超长波信号接收天线阵.提出了非线性和线性两种定位算法,实现了地下或水下未知管道内机器人的空间定位.通过工业现场实验,验证了定位系统与定位算法的有效性;其平面位误差小于15 cm,满足管道作业、管道检测等工程任务的需求.

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。

MIMO-OFDM分布式天线系统的定时同步算法

针对现有MIMO-OFDM分布式天线系统的定时同步算法不能准确估计精确符号定时的局限性,提出了一种MIMO-OFDM分布式天线系统的定时同步算法,新算法设计了一个正交变周期训练序列(OVP)集,每根发射天线的前导符号由此集合中的一种训练序列构成,利用天线间训练序列的正交性和变周期性,在接收端定义了相应的帧头捕获度量函数和精确符号定时度量函数,能准确地估计出分布式天线系统的时延矩阵。仿真结果显示:无论在AWGN信道还是多径衰落信道下,各天线时延和天线间时延(ITD)的估计性能都要优于传统算法,有效地解决了MIMO-OFDM分布式天线系统的精确符号定时同步问题。

分布式发射天线V-BLAST信号的排序干扰抵消检测

针对V-BLAST信号通过分布的发射天线进入信道,该文提出了一种由于发射天线地域上的分布性引起的 各发射天线发射信号不同时到达接收天线的V-BLAST排序干扰抵消(Order Interference Cancellation,OIC)检测算法。 计算机仿真显示,该算法适用于任意个数的接收天线,在较高信噪比(>20dB)的条件下,性能优于直接迫零算法3dB 以上。在相同信噪比条件下,分布发射天线V-BLAST的排序干扰抵消检测算法比集中发射天线V-BLAST的排序 干扰抵消检测算法有着更好的性能。

分布式发射天线MIMO信号的最优线性检测

在分布式发射天线多输入多输出(MIMO)系统中,信道传播时延使各个发射天线的符号异步到达接收天线.接收信号符号间干扰的特殊性使分布式发射天线MIMO信号的线性检测算法更加复杂,最优线性检测算法也不能直接由最小均方误差(MMSE)准则得到.针对这一问题,提出了基于MMSE准则的分布式发射天线MIMO信号的最优线性检测算法:先最大比合并,再最小均方误差检测.并且,通过界定误码率上下限,得到其分集阶数.仿真结果验证了最优线性检测接收端信号处理方式的正确性.

分布式天线系统中的系统上行中断概率分析

中断概率是无线通信系统的一个重要指标。该文针对分布式天线系统中的系统中断概率问题进行了研究。首先,建立了包含路径损耗、阴影衰落和瑞利衰落的复合信道模型;然后,在该信道模型下推导出给定移动台位置时的信噪比;接着,基于选择合并策略,分析出给定移动台位置时系统上行传输的中断概率表达式;最后,考虑到小区内移动台任意分布特点,文章给出系统上行中断概率闭合理论表达式。仿真结果表明,所提的系统上行中断概率理论表达式与仿真结果十分吻合。

分布式天线系统中的系统下行中断概率分析

本文针对分布式天线系统的系统下行中断概率问题展开研究.文章首先建立了包含路径损耗、阴影衰落和瑞利衰落的复合信道模型.接着,在接收端采用最大比合并的方式接收信号,并运用矩生成函数推导出输出信噪比的概率密度函数.然后,对分布式天线采用选择传输策略,并分析出给定移动台位置时的中断概率的表达式.最后,考虑小区内移动台任意分布特点,进一步推导出系统下行中断概率闭合表达式.仿真结果表明,所推导的闭合表达式能准确地评估系统中断概率性能.

多阶密度加权口径分布天线的研究

本文综述多阶密度加权口径分布天线的研究背景，发展现状，并叙述其研究内容，已取得的成果和应用发展前景。

分布式多天线系统中的TDOA估计

在分布式多天线系统架构下提出一种估计到达时间差(TDOA)的新方法.利用分布式多天线系统的特性,通过构造具有良好自相关性的正交训练序列,将传统的TDOA测量问题转化为多径信号中首先到达径(FAP)的时延估计.数值仿真表明,与传统基于定时同步的TDOA估计方法相比,此方法能在无线多径传播环境中将非视距(NLOS)误差降低65%左右,显著提高了TDOA的估计精度.

适用于分布式MIMO系统的快速天线选择算法

对分布式多输入多输出(MIMO)系统的下行发射天线选择算法进行研究,提出了基于范数和相关性的天线选择算法(NCBA)及其改进算法(NCBA-M),并分别与基于范数的天线选择算法(NBA)以及基于大尺度衰落的天线选择算法(LFBA)进行性能比较.仿真结果表明,当同一端口发送天线没有相关性时,NBA、LFBA、NCBA与最优天线选择算法性能接近.但是,当同一个端口中发送天线存在很强相关性时,NBA、LFBA算法会导致较高的容量损失,而NCBA-M算法仍然具有接近最优选择算法的性能.

采用功率倒置准则的分布式天线阵列信号合成方法

对于分布式天线系统,虽然传统迫零接收算法能够通过信道估计获得无线信道状态信息,从而取得分集增益,但对于相干信道,迫零方法因为无法准确估计信道而不再适用。为此,提出一种新方法,针对相干信道,利用功率倒置准则,并使用最小均方自适应滤波算法校正各个接收通道信号的相位差完成信号合成,最终获得阵列增益。该方法无需信道状态信息或者信号波达方向等先验信息,实现简单。计算机仿真证明了算法的有效性。

多小区分布式发射天线位置优化

在分布式发射天线的多小区环境下,分析了多层同频干扰对小区平均遍历容量及天线位置的影响,给出了分布式天线位置选择与小区平均遍历容量的关系.数值分析和仿真结果表明外围的第一层同频小区干扰能量决定了分布式天线的最佳位置摆放,在半径1000m的小区中,各天线距离小区中心450m附近时,小区的平均遍历容量达到峰值.

基于广义分布式天线阵的MIMO检测

针对超3代(B3G)系统中广义分布式天线阵的架构,提出了适用于多个多天线阵中多输入多输出(MIMO)结构的交叉迭代检测译码算法.该算法通过在多天线阵之间交叉传递信息的方式,将传统的贝尔实验室分层空时码(BLAST)译码算法与干扰删除操作结合起来,实现交叉迭代译码,有效地解决了广义分布式天线阵系统中相邻天线阵覆盖范围内使用相同资源用户之间的干扰问题,改善了系统性能.

基于分布式天线的全双工中继系统最大化和速率波束成形设计

基于分布式天线的全双工中继系统结合了全双工中继两跳同时同频传输的能力和分布式天线高效覆盖的特性,为提升小区边缘和严重阴影衰落区域的频谱效率提供了一种有效途径。在自干扰抵消非理想的多用户场景下,利用分布式多天线波束成形可实现对系统中自干扰和多用户干扰的联合抑制。为此,该文首先建立了在各分布式天线节点独立发射功率约束下最大化多用户端到端和速率的最优化系统模型,进而提出一种双层迭代算法,解决原问题的非凸性求解难题。仿真结果验证了算法的有效性,表明在多用户分布式天线全双工中继系统中,所提波束成形设计能够有效抑制自干扰和多用户干扰,显著提高系统频谱效率。

分布式天线小区协作通信系统下行链路频谱效率的研究

针对多小区分布式天线系统中下行链路的干扰问题,提出将基站协作通信和分布式天线技术相结合,通过最大化最小的用户频谱效率,保证用户频谱效率的公平性.同时提出一种用户天线选择关闭算法,改进了传统的基站协作迫零波束成形技术在用户数接近最大值时频谱效率急剧下降的缺陷.仿真结果表明,采用分布式基站天线和用户天线选择技术的小区协作通信,可以获得更高的用户频谱效率.

分布式天线系统中的下行容量分析

针对分布式天线系统(DAS)的下行容量问题展开研究。首先建立了包含路径损耗、阴影衰落和瑞利衰落的复合信道模型;然后,基于该信道模型,分别对各态历经容量和中断容量进行了分析。考虑到小区内移动台的分布特点,在选择分集传输策略下,推导了各态历经容量和中断容量的近似解析表达式。仿真结果表明,所推导的2个近似解析表达式均能准确地评估分布式天线系统的系统性能。

分布式天线协同感知的定时捕获

为提高定时捕获的正确捕获概率并降低漏检概率,提出一种基于分布式天线协同感知的定时捕获方法。该方法针对线形小区的平坦瑞利衰落信道场景,利用两根分布式接收天线接收来自单天线移动台的发射信号;根据中心处理器处的协同感知,确保各分布式接收天线的预定虚警概率,并为门限检测推导协同处理门限;各天线根据门限检测进行分布式天线系统的最大似然定时捕获。仿真结果表明,无论移动台处于线形小区的哪个位置,提出方法在不增加预定虚警概率的情况下,均能改善各分布式天线的正确捕获概率和漏检概率。

分布式天线系统中基于天线选择的容量分析

研究分布式天线系统(DAS)在复合衰落信道中下行链路的容量性能。分析DAS采用天线选择发送的各态历经信道容量。基于容量性能分析,利用数值积分公式,推导各态历经容量的近似闭式表达式,该表达式能避免现有容量表达式采用对数正态分布近似所带来的不准确性。仿真结果表明,理论公式与仿真值一致性较高,能有效地评估分布式天线系统下行链路的容量性能。