混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信中继系统

为准确评价混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信(millimeter Wave Radio Frequency/Multiple Input Multiple Output-Free Space Optical,mmW RF/MIMO-FSO)中继系统的性能,利用Meijer-G函数推导出混合mmW RF/MIMO-FSO中继系统端到端中断概率、误码率以及遍历容量的闭合解析表达式。该混合系统的中继采用固定增益方案、接收端采用等增益合并方式合并多路信号。mmW RF信道服从Nakagami-m衰落,FSO信道服从Gamma-Gamma分布。数值仿真结果显示,MIMO技术可以有效缓解由于大气湍流强度的增强而导致的混合中继系统性能降低。随着激光发射器和光电探测器相对应的收发孔径数目的增加,混合中继系统性能逐渐增强,但与此同时系统的复杂度也不断提高。综合分析可知,当激光发射器发送的激光信号束与光电探测器使用的接收孔径数相等且都为2时,MIMO-FSO链路的性能达到最佳状态。

射频识别系统通信链路仿真与测试

自由空间下射频识别系统天线通常等效为戴维南等效电路模型,缺少对环境因素和标签电路中寄生元件的考虑。基于射频识别系统基本原理和天线散射理论,提出了一种改进的真实环境下的超高频射频识别系统二端口网络链路模型。建立了基于虚拟仪器技术的射频识别系统天线链路仿真和测试系统。通过仿真实验,得出了真实环境下的标签吸收功率和通信误码率,验证了环境因素对射频识别系统性能的影响。

无人机FSO/RF混合中继链路传输速率优化方法

针对FSO(free space optica)链路和RF(ratio frequency)链路之间通信速率不匹配以及由地面多用户移动所带来的通信服务状态变化问题,提出了无人机自由空间光通信/射频(FSO/RF)混合中继链路传输速率优化方法。以用户公平性、最低服务质量以及无人机总功率为约束,建立了无人机中继协作的FSO/RF混合通信下行链路模型,提出了一种基于无人机动态轨迹和发射功率联合优化算法。利用连续凸逼近及拉格朗日对偶函数法,将原非凸模型转化为凸优化问题进行求解。对不同能见度下链路传输速率进行分析,结果表明,能见度为1.7 km时,FSO链路和RF链路均达到全速传输。所提算法相较固定式中继平均通信速率有了447.5%的提升,相较非功率优化算法链路平均通信速率提升32.5%。

光通信链路模型分析与调制器偏置点修正

Mach-Zehnder调制器的偏置相位在光通信链路中起到的作用很大,文章在分析RoF链路模型的基础上,提出了一种平衡光通信链路的增益和噪声系数的光通信链路中调制器偏置点的控制方法。在次倍频程系统中,必须在链路的增益和噪声系数之间折中来提高链路性能。经分析模型可知射频增益开始随着偏置电压的递增而递增,当射频增益达到最大值之后,增益则随着偏置电压的增加而递减,而噪声系数的性能恰恰与它相反。因此,给出了一种优化表达式来综合考虑增益、噪声系数和无杂散动态范围。仿真结果表明最佳偏置点可以根据给出的优化表达式分析计算得到。

毫米波MIMO系统中基于射频链路选择的高能效混合预编码设计

为减少射频链路开销的同时满足系统高容量需求,提出使用有限射频链路的毫米波混合数模预编码,以实现硬件成本和系统性能的折中。在多用户毫米波MIMO系统下,首次提出基于射频链路选择的高能效混合预编码算法。首先利用预设的模拟预编码码本将原三元耦合变量联合优化问题转变为稀疏数字预编码优化问题。由于问题非凸非线性,接着利用顺序凸近似与分数规划理论,设计一种迭代求解算法。仿真结果表明所提算法在能效上十分逼近于穷举法并显著优于其他算法。

美军机载射频与FSO混合通信发展述评

机载光与射频混合通信系统概念是美国防先期研究计划局(DARPA)提出的创新性概念,用以为机载平台提供定向高速宽带数据链,支持空基骨干网等宽带通信应用。目前该概念已经进行了概念验证以及多次演示和测试。概述了美军机载光与射频混合通信研究进展,分析了相关关键技术,指出了发展趋势,并给出了相关的启示和建议。

基于大气信道链路的混合FSO/RF系统性能分析

提出了新的混合FSO/RF系统信道模型,此模型不仅克服了雾和雨对链路的严重影响,而且降低了系统的能量衰减,提高了系统的可用性。该系统在接收端探测器采用比较光电流大小来选择适合信道传输的链路,克服了各种天气状况的影响,最大限度地满足用户对通信性能的要求。

软切换链路下的混合编码与副载波调制方案

为了提高自由空间光/射频(FSO/RF)混合通信链路的性能,采用混合低密度奇偶校验(LDPC)编码与副载波相移键控/正交振幅调制(PSK/QAM)联合调制的方法,对不同传输比例下混合系统的误比特率性能进行了仿真分析,取得了不同信道条件下单链路和混合链路传输方案的误比特率数据。结果表明,在弱中强湍流条件下采用副载波二进制相移键控(BPSK)调制,相比开关键控(OOK)调制可获得大约4.4dB～5.2dB的增益。采用软切换的混合LDPC编码与副载波BPSK/16QAM调制方案,依据链路状态调整比例为1∶1和3∶1时,不同湍流强度下可获得大约0.3dB～7.4dB的性能增益。这一研究结果对于提高FSO/RF混合通信系统的全天候高效可靠传输性能具有重要的参考价值。

RIS辅助的混合RF/FSO系统物理层安全性能分析

【目的】针对自由空间光(FSO)链路和射频(RF)链路的保密信息容易被外部窃听者窃听的问题,为提升混合RF/FSO通信系统的保密性能,同时考虑到实际工程中FSO链路往往无法满足视距条件且不同天线分支之间会由于收发模块小型化产生相关性,需要对可重构智能表面(RIS)辅助的混合RF/FSO系统的安全性能进行研究,以得到系统安全性能与RIS部署位置和天线相关性程度等参数的关系。【方法】文章考虑单个窃听者,分别针对RF和FSO链路进行窃听,RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布,FSO链路服从Gamma-Gamma分布。采用解码转发协议,推导得到了两种窃听场景下通信系统的安全中断概率(SOP)和严格正安全容量概率(SPSC)的闭合表达式,并对SOP进行了渐近分析。此外还利用Matlab软件进行了仿真实验,通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。【结果】仿真结果表明,将RIS部署在靠近接收端的位置可以降低系统的SOP,RF主信道的信道质量与窃听信道相比较好时,天线相关性程度的增加会使系统的SOP上升。【结论】RIS辅助的FSO链路相比RF链路具有更好的安全性,虽然多天线分集技术能够有效提高系统的安全性能,但是类似指向误差和大气湍流引起的衰落,天线相关性也会对系统的安全性能造成损害,通过降低天线相关性程度能有效提升系统的安全性。

基于涡旋电磁波的大容量通信系统设计

鉴于涡旋电磁波所体现出的独特空间电磁场分布特征,以及其携带的轨道角动量在理论上所具有的无穷维度模态正交特性,涡旋电磁波在无线通信领域和雷达探测与成像领域均表现出重要的研究价值和应用潜力;通过涡旋电磁波空间电磁场的分布和原理入手,采用在C波段设计阵元交替排布的双圆环均分天线阵列,并基于带状线屏蔽性能强的优势设计4路1分8的叠层馈电网络,从而产生4种混合模态(+1,-1,+2,-2)的涡旋天馈系统;通过搭建混合模态涡旋电磁波大容量通信系统测试收发天馈之间模态隔离度大于15 dB,在此基础上加入软件无线电平台验证通信系统多路涡旋波信号传输特性,测试验证4个端口均可正确接收、解调电磁信号,实现频谱效率4倍的提升。

2×2中继混合射频/自由空间光航空通信系统性能分析

基于解码转发中继方式,研究了2×2中继条件下混合射频/自由空间光(RF/FSO)航空通信系统的性能。建立了2×2中继混合RF/FSO通信系统模型,利用Meijer’s G函数推导出该系统信噪比的概率分布函数及累积分布函数,并推导了该系统平均误码率(BER)和中断概率的闭合表达式。仿真分析了大气湍流强度、孔径尺寸和调制方式对平均BER和中断概率的影响。结果表明,孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO航空通信系统的性能,2×2中继通信系统性能明显优于1×1中继通信系统。

毫米波MIMO系统中迭代最小均方误差混合波束成形算法

混合波束成形结构能有效解决毫米波MIMO系统中射频链路受限的问题,但要设计性能较优的混合波束成形算法仍然存在困难。为了实现更高的频谱利用率,提出了一种性能较优的迭代最小均方误差(Alt-MMSE)混合波束成形算法。该算法利用数字矩阵的正交特性,首先进行初始数字矩阵设计,然后通过最小化发送信号与接收信号的均方误差不断迭代更新数字矩阵,在每一次迭代过程中,通过更新后的数字矩阵得到模拟矩阵的相位信息。仿真结果表明,与OMP混合波束成形算法和基于矩阵分解的混合处理方案相比,该算法具有更优的性能且更接近于纯数字波束成形。

大规模MIMO系统中的混合RZF预编码算法研究

针对多用户大规模MIMO系统采用传统全数字预编码时系统复杂度和实现成本较高的问题,提出了一种模拟和数字相结合的混合RZF预编码。在充分考虑信道噪声、用户间干扰和系统结构的基础上,结合MRT和RZF预编码对模拟部分的预编码矩阵进行分段设计,数字部分则根据生成的优化信道矩阵,采用低维RZF预编码进行处理。通过这种优化设计,大幅度减少了系统所需射频链路的数量,并且降低了数字基带处理部分的维度。仿真结果表明,在有效地降低了系统复杂度和实现成本的基础上,文中所提混合RZF预编码的频谱效率非常接近传统全数字RZF预编码。

毫米波MIMO系统中混合预编码算法研究

为有效提升多输入多输出系统的频谱效率,降低算法复杂度,文章提出了一种基于迭代思想的矩阵分解算法。首先初始化模拟预编码矩阵并获取最优预编码矩阵;然后通过模拟预编码矩阵与最优预编码矩阵来获取数字预编码矩阵,通过提取数字预编码矩阵中的相位信息更新模拟预编码矩阵,利用已更新的模拟矩阵来更新数字矩阵;最后通过不断交替迭代直到收敛。仿真结果表明,所提算法具有较低的复杂度且更接近纯数字预编码性能。

毫米波MIMO系统中一种低复杂度的混合波束成形算法

考虑到5G关键技术毫米波MIMO系统中波束成形的成本和功耗问题,提出适用于单用户情况下低复杂度的混合波束成形算法。该算法利用数字预编码器的正交特性,从等效预编码器的相位中提取模拟预编码器相位,通过交替最小化迭代计算出发射端预编码矩阵;接收端处基于SVD分解求解出最优预编码矩阵从而求解出最优合并矩阵,利用基追踪原理求解出模拟合并矩阵后,通过最小二乘解求出数字合并矩阵。仿真结果表明,文中提出的算法接近于全数字波束成形算法的性能且有较低的成本和复杂度。

可见光通信(VLC)在计量测试无线数据采集上的应用研究

一、引言 实现测量数据的自动采集是建立在计量检定/校准自动化系统的基础上。无线数据采集方式较有线方式而言,具有更好的便利性和灵活性。目前主流的近距无线通信技术,如蓝牙、Wi Fi、Zig Bee等,都存在射频干扰和射频泄漏的问题。若用于高准确度、高灵敏度的计量测试仪器的数据采集传输,将对测量结果的准确性产生不利影响。同时,也将给系统的信息安全带来隐患。

基于混合波束赋形架构的射频系统方案设计

随着新一代信息技术的发展,5G和未来6G的应用将进一步拓展。以数模混合波束赋形技术、MIMO空时信道处理等关键技术为基础来构建大带宽、高速率的空地通信系统。为了满足大带宽、高速率的需求,研究和设计更宽带宽和更高性能的射频收发系统显得尤为重要,对基于混合波束赋形架构的射频系统方案进行了研究,提出了新型的混合波束赋形架构,采用高度集成的宽带射频收发芯片ADRV9009进行多通道射频系统链路来搭建通信平台。

大气湍流和指向误差下混合RF/FSO航空通信系统性能分析

基于解码-转发中继方式,研究了混合射频/自由空间光(RF/FSO)航空通信系统性能。采用副载波多进制相移键控调制方式,建立了孔径平均作用下混合RF/激光通信系统模型,其中FSO通信链路采用指数型Weibull大气湍流信道的同时考虑指向误差影响,射频通信链路为Nakagami-m衰落信道。利用Meijer′s G函数推导得到航空激光通信系统平均误码率和中断概率的闭合表达式。在不同湍流强度和接收孔径大小条件下,对比分析了中断概率及误码率性能。仿真结果表明,与弱湍流条件相比,中等湍流强度条件下指向误差对系统中断性能影响较小;孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO传输系统的性能;FSO信道对混合系统性能起主要作用。

双跳混合RF/MIMO FSO放大转发中继通信系统性能分析

提出了一种双跳混合射频(RF)和多输入多输出(MIMO)自由空间光通信(FSO)放大转发中继通信系统。RF链路和MIMOFSO链路分别考虑Rayleigh衰落分布模型和Gamma-Gamma大气湍流信道模型,多孔径接收端采用等增益合并方式。在中继分别为固定增益和变增益放大转发下,推导出关于混合系统信噪比的累计分布函数和概率密度函数,进一步得到混合RF和MIMOFSO系统的中断概率、遍历容量及在不同二进制调制方式下的平均误码率的闭合表达式。仿真分析了不同增益模式下大气湍流、调制方式及空间分集对混合RF/MIMO FSO双跳中继通信系统性能的影响。