基于改进广义正交匹配追踪的低地球轨道卫星MIMO-OTFS系统的信道估计方法

针对基于多输入多输出(MIMO)技术和正交时频空间(OTFS)调制的低地球轨道卫星系统的复杂性带来的信道估计困难问题,提出一种基于改进广义正交匹配追踪(GOMP)的信道估计方法。根据单输入单输出(SISO)-OTFS系统的输入输出关系和低地球轨道卫星信道的传播特性,建立一种基于MIMO-OTFS的低地球轨道卫星信道模型,并将系统的信道估计问题转化为稀疏信号的恢复问题。考虑到传统的GOMP算法存在对稀疏度的过度依赖和对稀疏信号的重构精度差等问题,所提方法结合了分段弱正交匹配追踪(SWOMP)的弱选择思想和广义Jaccard系数的相似性准则,以快速准确地重建稀疏信号。仿真结果表明,当天线数为16且导频开销比为0.5时,与正交匹配追踪(OMP)算法相比,所提方法的归一化均方误差(NMSE)降低了约2.5 dB,误码率(BER)降低了约5 dB。

基于混合波束成形的mMIMO低轨卫星信道切换策略

低地轨道(low earth orbit,LEO)卫星通信(satellite communication,SATCOM)是最有希望与未来6G及更先进的无线网络相结合的系统之一。将大规模多输入多输出(massive multiple-input multiple-output,mMIMO)应用于LEO SATCOM,从mMIMO低轨卫星信道模型出发,重点研究单颗mMIMO低轨卫星内的信道切换问题,根据不同用户终端(user terminal,UT)的服务质量(quality of service,QoS)要求,构建了3种不同的信道切换场景,充分利用mMIMO的强波束成形能力,以波束跟踪和波束小区动态调整为技术核心,提出了基于混合波束成形的信道切换策略。仿真结果表明,与典型的铱星系统相比,所提出的信道切换策略更具优势。

MIMO雷达比幅单脉冲测角精度分析

和差比幅单脉冲测角方法由于实现简单且测角精度高,在雷达系统中得到广泛应用。研究多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达的比幅单脉冲测角技术及其精度问题,采用全微分方法详细推导了MIMO雷达和传统相控阵雷达的单脉冲测角精度,得到了准确的测角误差函数表达式。通过计算机仿真,验证了理论分析的正确性,并在相同信噪比条件下,对两种模式下的测角精度进行了比较。

一种性价比高的TDM MIMO雷达系统设计和实验

基于大量使用昂贵的收发组件,传统的具有M阵元发射阵列和N阵元接收阵列的相干多输入多输出(MIMO)雷达系统实际应用受高成本的限制,文中提出一种性价比高的时分复用(TDM)MIMO雷达系统设计。首先,建立TDM MIMO雷达的收发结构模型;其次,从理论上对距离估计和角度估计进行了仿真比较,将TDM MIMO雷达与单输入多输出雷达通过实验对比验证;最后,结果证实相比于相同阵列的传统MIMO雷达,TDM MIMO雷达不仅目标波达方向性能未受影响,而且以较低的成本实现较高的角度分辨率。

轨道角动量通信技术的研究

鉴于轨道角动量(OAM)不同模式之间良好的正交性,该技术在无线通信中的应用是近年来新兴的、具有较大通信容量提升潜力的热点技术方向之一。基于OAM的无线通信技术能有效提升频谱利用率,但同时面临着诸多挑战。首先介绍了OAM技术在无线通信领域的研究现状与进展,结合OAM的基本原理,对比分析了OAM与MIMO技术之间的关系,并对“OAM是否提供一个新的维度?”的争议给出结论。然后总结了OAM的产生与接收方法,并概述其相应的关键技术与应用领域。最后深入分析了该技术在实际应用中的挑战,进而提出其未来的发展趋势和后续的研究方向。期望对该领域的研究起到参考和帮助作用。

正交波形虚拟孔径MIMO雷达原理与性能讨论

多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达可在接收端形成奈奎斯特虚拟阵列,大大扩展了接收阵列的有效孔径。文章讨论了在发射或接收阵列稀疏布阵的情况下,虚拟孔径MIMO雷达的测角精度和抗干扰性能。分析表明,得益于奈奎斯特虚拟孔径的形成,MIMO雷达可获得比传统相控阵雷达更窄的有效接收波束宽度和更高的测角精度。对于转发干扰,较窄的接收波束宽度也使虚拟孔径MIMO雷达更容易规避主瓣干扰。而对于非转发的压制干扰,MIMO雷达具有与相控阵一致的抗干扰性能。此外,文章还讨论了将线性调频连续波(linear frequency modulated continuous wave,LFMCW)信号与虚拟孔径MIMO雷达相结合的可行性和性能优势。

基于特征值分布的自适应MIMO接收方法

多输入多输出(MIMO)系统性能优劣依赖于信道的相关特性,空分复用技术适用于低相关信道,而波束形成技术适用于高相关信道。依据上述信道相关特性,提出一种基于信道特征值分布的自适应MIMO接收方法。该方法以均匀圆形天线阵列结构为基础,能够根据信道相关情况动态选择接收方式:当角度扩展较大时,选用传统MIMO接收方式(称为天线MIMO方式);当角度扩展较小、多径独立时,选用基于智能天线的多波束接收方式(称为波束MIMO方式)。分析角度扩展、多径对信道特征值分布的影响,并给出自适应MIMO接收切换的条件。仿真结果表明,该方法能够适应复杂的无线环境,误码率较低,性能更加稳定可靠。

MIMO均衡下非对齐光子轨道角动量复用通信系统性能研究

轨道角动量(Orbital angular momentum, OAM)复用通信系统性能不可避免地受到发、收两端OAM态非对齐的影响.针对OAM态复用通信,提出了一种将多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)均衡技术用于降低OAM系统发、收两端非对齐对系统性能带来影响的方案.所提方案利用MIMO均衡技术纠正或部分纠正复用OAM态在发、收两端非对齐时的模间串扰.数值仿真结果表明所提方案可有效地降低OAM非对齐通信系统模式间的串扰,提升了系统的误码率性能,在位置偏移和角度偏斜量较小情形下,系统误码率可提升1～2个数量级.

基于PM算法的涡旋电磁波引信超分辨测向方法

为提高防空导弹无线电引信在低信噪比(SNR)背景下的测向精度,提出了基于传播算子算法(PM)的涡旋电磁波引信超分辨测向方法。通过相控均匀圆阵依次发射不同轨道角动量模态涡旋电磁波照射目标,基于多发单收(MISO)模型推导目标探测回波模型;通过对回波方程的近似变形构造接收信号矩阵;采用PM算法构造空间谱函数,进行谱峰搜索,实现对目标水平方位角的估计。对所提方法的有效性进行仿真验证,结果表明,所提方法可在低信噪比、少阵元情况下实现对目标的精确测向。

基于MIMO阵列的混合波束赋形算法

低轨(low earth orbit,LEO)卫星通信可以克服恶劣地形影响实现远距离通信,面对突发灾害能快速部署解决通信问题,但是,卫星在保持高速运动的同时采用高频段的信号,容易导致通信时产生严重的信号衰落。针对此问题,基于传统遗传算法提出一种适用于混合波束赋形架构的算法。固定模拟域对数字域进行迭代优化,然后固定数字域对模拟域进行迭代优化,通过共同的待优化矩阵进行联合求解,在固定功率的前提下不断迭代优化矩阵,采用混合波束赋形方法有效减少硬件复杂度,更加接近数字波束赋形的性能。仿真表明,在混合波束赋形架构应用上,相对于传统的正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)算法,所提算法性能提升了6.61%。

MIMO场景下的低轨卫星选星算法

低轨(LEO)宽带星座卫星通信作为地面5G无线通信系统的重要补充,始终面临地面可视卫星数量大、传统选星算法计算复杂度高等难题。为实现高效的卫星分组选择算法,基于多输入多输出(MIMO)系统原理,以大尺度路径损耗模型为基础,结合递减卫星选择算法,从而以较低计算复杂度、更快收敛速度有效逼近最优容量性能。该算法在典型LEO星座系统构型下通过数值仿真得到了验证,为未来5G低轨卫星星座通信传输方案设计提供了一种参考思路。

基于UCA的OAM-MIMO系统资源优化

在基于均匀圆形阵列(UCA)的轨道角动量(OAM)结合多输入多输出(MIMO)系统中,UCA的设计影响着信道增益和系统性能。为进一步研究UCA的设计对OAM-MIMO系统能效方面的影响,将联合优化UCA的半径、天线数量和发射功率,在优化系统能效的同时尽可能地提高每路信道的通信质量。多个优化变量的耦合使优化问题为非凸函数,难以直接求解,因此,提出了一种分别将遗传算法和粒子群优化算法与凸优化方法结合的资源优化算法。仿真结果表明,所提出的资源优化算法与穷举算法结合凸优化方法的求解结果基本一致,可以有效地提高系统能效。

OAM-MIMO通信系统的信道容量研究

轨道角动量(OAM)具有独特的模分复用(MDM)方式,可以大大提高传输容量.为了提高系统的信道容量和频谱利用率,提出了一种结合OAM和多输入多输出(MIMO)技术的OAM-MIMO复用通信系统,可以在不增加带宽和天线发射功率的情况下提高信道容量和频谱利用率.采用巴特勒矩阵作为相移器,馈送信号给均匀圆形阵列天线(UCA),使得每个UCA可以同时并且独立地生成携带多种不同OAM模态信号的载波,从而显著提高系统的信道容量.实验结果表明,OAM-MIMO复用通信系统的信道容量和频谱利用率在宏小区、微小区环境下得到了很大提高.