基于拉普拉斯分布天线阵列下MIMO性能研究

多天线系统是可以克服多径干扰的影响并增加频谱使用效率的系统.MIMO系统的容量增加主要取决于无线电信道的空间相关性性能.主要研究了MIMO天线阵列系统的性能,包括MIMO空间时间相关性和天线阵列配置,推导了当角能量遵循拉普拉斯分布时均匀线性阵列、均匀圆阵的衰落相关性解析公式,并分析了两种天线阵列下的系统信道容量.通过计算机程序模拟仿真验证了分析结果,验证结果表明当阵元间距增大或者衰减因子减小(角度扩展增大)时,空间衰落相关性减小,系统信道容量增大,提升了系统性能.     

基于三维空间均匀矩形阵列的MIMO系统研究

主要研究MIMO天线阵列系统性能,包括MIMO空间时间相关性和天线阵列配置。推导了三维多径信道中均匀矩形阵列在多种角能量分布下空间衰落相关性公式。采用多重信号分类算法对MIMO系统波达信号方向进行空间谱估计,推导了多种天线阵列空间谱通用公式。通过计算机模拟仿真验证分析结果,仿真结果表明方位角扩展是天线间空间衰落相关性的主要决定因素,在低方位角扩展时,俯仰角扩展对性能影响也是明显的。结果表明在同样的参数情况下估计MIMO系统空间谱时,采用三维均匀矩形阵列是有优势的。     

GPS接收机抗干扰自适应阵性能仿真研究

自适应天线技术是提高GPS接收机抗干扰能力的一种重要措施。为了指导自适应天线系统的优化工程设计,以及把握系统的特性和设计中的关键要素,按照工程设计中自适应算法的实际实现方式对自适应天线系统进行了数值仿真研究。采用自适应算法进行仿真,验证了算法实现方案的可行性,并检验了系统的抗干扰效果。在不同的干扰条件下,通过仿真计算得到了直线阵和平面圆阵的稳态权值,进而得出阵列的稳态方向图。比较了直线阵和圆阵的特点,并给出了实际应用中设计天线阵列的一般方法。     

电磁矢量传感器EVS对MIMO多天线系统影响研究

为提高多输入多输出(MIMO)无线通信系统的性能,建立了基于标量传感器的均匀矩形天线阵列(URA),并将电磁矢量传感器信号处理方式与MIMO信号处理方式有机结合,建立了基于电磁矢量传感器的天线阵列。推导了各天线阵列的空间衰落相关性公式,分析了方位角和仰角的平均到达及角度扩展等参数变化对于相关性的影响。确立了MIMO系统发射和接收两端的相关性协方差矩阵,分析了不同天线阵列的信道容量大小。通过仿真模拟,证明了电磁矢量传感器阵列具有优异的性能和良好的应用前景。     

互耦宽带MIMO系统容量分析

研究了宽带通信系统中,互耦现象对多输入多输出（MIMO）通信容量的影响。首先分析了天线阵列间的互耦作用,并基于此推导出互耦条件下宽带通信系统的容量表达式。然后通过蒙特卡洛方法,仿真了不同天线阵列配置下的系统容量。结果表明,在天线阵列间距很近时,天线阵列间的互耦效应能够改善天线阵列之间的相关性,从而提高系统的容量。并且天线数目越多,系统容量改善越大。该结论对宽带MIMO通信系统的天线设计起到一定的指导作用。     

阵列天线方向图仿真系统设计与研究

针对阵列天线的布阵问题,设计了一种阵列天线仿真系统,实现了阵列天线设计的可视化操作.通过设置阵元数、波长、阵元间距等天线相关参数,系统能够实现直线、平面、圆形和圆柱四类阵列天线的仿真分析.针对四类阵列天线稀疏布阵问题,系统采用遗传算法,对稀疏阵列天线的方向图特性进行研究.通过系统的仿真,用户可以直观地观察阵列天线方向图...     

一种具有宽带双极化低散射特征的微带阵列天线

针对阵列天线宽带散射缩减设计进行研究,设计了一种基于无源对消技术的低散射阵列天线,该新型微带阵列天线在宽频带内具有双极化低雷达散射截面（RCS, Radar Cross Section）性能;对基于两种散射性能不同的单元组成阵列的RCS性能进行了理论研究,进行了单元的散射幅度和相位对阵列RCS的影响分析;提出了一种加载T型缝隙的新型微带天线结构,该单元结构的辐射性能与散射性能能够进行独立调控和综合优化,该单元与传统微带贴片单元具有相似的辐射特性,并可在宽频带（带内和带外）内与传统微带单元产生有效相位差;将传统微带单元和加载T型缝隙的新型微带单元组成4×4阵列天线,仿真结果表明,提出的阵列天线在3GHz～7GHz（相对带宽80%）频带内实现了同极化RCS缩减,在3.3GHz～7GHz（相对带宽71.8%）频带内实现了交叉极化RCS缩减,缩减峰值分别为16.3dB和36.3dB,带内RCS缩减均值分别为14.1dB 和17.6dB;与传统微带阵列天线相比,提出的阵列天线增益下降小于0.1dB;提出的微带阵列天线具有高效率辐射和宽频带双极化低散射性能,为低散射阵列天线设计提供了新的思路。     

射频仿真系统空域特性对导引头测角的影响

导引头性能测试中,射频仿真的关键在于天线阵列辐射被试设备所需的目标回波,但天线三元组阵列的辐射特性即射频仿真系统的空域特性与导引头真实回波之间存在差异,并且难以解析表达,使得导引头测角误差的量化分析比较困难.针对上述问题,采用天线阵列电磁建模结合雷达导引头数学建模的方法,得到系统空域特性,计算其在不同目标位置引起的导引头测角误差.结果表明:射频仿真系统的空域特性会影响导引头的测角灵敏度和测角精度,而建立的模型能准确量化误差,便于修正三元组幅度控制指令以补偿测角误差,提高导引头接收信号角位置精度,增强导引头性能测试的可靠性.     

室外3D散射信道中ULA/UCA天线MIMO性能分析

为更好地解决室外三维(3D)空间域的移动通信问题,提出了一种新型室外3D空间域散射信道统计模型,主要研究MIMO多天线系统的接收性能。在宏蜂窝小区移动通信环境中,模型能够估计多径衰落信道的重要空间信道参数,首先推导了多径衰落信道的到达角(Angle of Arrival,AOA)概率密度分布。此外模型在设置多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)多天线的均匀线性阵列(Uniform Linear Array,ULA)和圆形阵列(Uniform Circular Array,UCA)的基础上,分析了波达信号不同方位角分布对散射信道中MIMO性能的影响因素,包括MIMO空间相关性、信道容量以及天线阵列配置。数值仿真结果与3D多径衰落信道模型对比,表明本模型的信道参数估计符合理论和实际的通信环境,为评估MIMO天线接收系统与仿真无线通信系统提供了创新性的研究。     

基于V-BLAST的MIMO无线通信系统性能分析

重点对多输入多输出（MIMO）无线通信系统的信道模型、空时分组码（Alamouti）以及垂直分层空时码（V-BLAST）空间复用技术进行了仿真分析.首先利用MATLAB在信道建模中实现了基于瑞利环境下的信道容量仿真图,同时仿真并分析了天线相关性对信道容量的影响;然后进行了Alamouti方案和最大比接收合并（MRRC）之间的仿真分析;最后对V-BLAST系统中的线性检测（ZF）算法和最小均方误差（MMSE）算法做了仿真比较,从而得出V-BLAST系统优于非V-BLAST体系下的误码性能.     

Analysis of uniform circular arrays for adaptive beamforming applications using particle swarm optimization algorithm

In this article, the particle swarm optimization algorithm is used to calculate the complex excitations, amplitudes and phases, of the adaptive circular array elements. To illustrate the performance of this method for steering a signal in the desired direction and imposing nulls in the direction of interfering signals by controlling the complex excitation of each array element, two types of arrays are considered. A uniform circular array (UCA) and a planar uniform circular array (PUCA) with 16 elements of half‐wave dipoles are examined. Also, the performance of an adaptive array using 3‐bit amplitude and 4‐bit phase shifters are studied. In our analysis, the method of moments is used to estimate the response of the dipole UCAs in a mutual coupling environment. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE, 2008.     

一种小型矢量阵优化波束方法研究

在小型声纳平台中由于单个矢量水听器所含的振速传感器具有自然指向性,其组成的矢量阵较传统水听器阵有优越性,但单个矢量水听器的自然指向性波束较宽,组成的矢量阵的-3dB束宽和旁瓣级不够理想。该文利用单个矢量传感器的声压、振速信息联合处理形成较好指向性,并用于矢量阵获得良好的阵列效果,同时分析了该方法对线阵和圆阵的影响。仿真结果表明当线阵的阵元间距和圆阵半径都为0．5米时,矢量阵接收低频信号所形成的波束图中-3dB束宽在以25°内,第一旁瓣级低于-60dB,这证明了该文的方法是有效的。     

毫米波MIMO系统离散化混合预编码设计

为了提高毫米波大规模多输入多输出（MIMO）系统波束成形增益,降低天线与移相器的硬件成本,提出一种基于离散移相器的混合预编码设计方案。以最优化频谱效率为目标,该方案通过分析均匀直线阵列与均匀平面阵列的响应矢量,将毫米波信道的空间特性预编码的设计考虑为空间稀疏重构问题,采用离散化正交匹配追踪原理求出数字预编码与离散化的模拟预编码。仿真结果表明,同等条件下平面阵列的频谱效率优于直线阵列,同时所提出的离散化混合预编码方案中低精度移相器的性能近乎达到全精度移相器的性能增益。     

Adaptive processing for beamforming with coherent interference using uniform circular arrays

The paper deals with the problem of adaptive array beamforming using a uniform circular array (UCA) in the presence of coherent interference. The well-known scheme of spatial smoothing (SS) widely used to tackle the coherent problem in the cases of 1-D uniform linear array (ULA) and uniform rectangular array (URA) cannot work for the UCA case. This is mainly due to the fact that the direction vector of each signal received by a UCA does not possess a Vandermonde structure. In this paper, we present a method based on subarray beamforming in conjunction with an averaging scheme to effectively mitigate the effect due to coherent interference in the UCA case. Theoretical analysis regarding the validity of the proposed method is also presented. Several simulation examples are provided for showing the effectiveness of the proposed method.     

一种多轨道角动量模式双环形微带阵列天线

针对圆环形阵列天线产生轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)涡旋电磁波的技术,提出了一种基于多层板设计的双环形径向均匀圆阵列天线,用于产生多种OAM模式。以L型探针馈电的圆微带天线为单元,将多个相同的单元天线等间隔的分布在一个同心圆上组成双环形阵列天线,并采用等幅且同一圆环的相邻阵元间以连续相位差的方式馈电。HFSS仿真表明,上述天线阵可以产生具有多模式轨道角动量的涡旋电磁波束。所提出的天线可作为利用OAM进行相位分集的候选天线以增加无线通信的信道容量。     

基于均匀圆阵的闭环式单基站测向算法研究

为了估算基于均匀圆阵列(UCA)的三维(3D)单基站测向(方位角、仰角和区间),提出了一种改进的适用于三维场景的闭环式算法。该算法是一种计算过程较简单的通用算法,无需使用均匀圆阵列的中心对称性,没有任何传感器数量的限制,只需要一个单独的最小平方程序用于估算基站的位置,并可以估算所有的三维测向参数。实验结果表明,相比多种类似算法,所提算法的性能可与三维MUSIC算法的性能相媲美,且计算复杂度更低,实现速度更快。     

基于均匀圆阵的互耦误差校正算法研究

阵元之间的互耦效应严重影响了DOA的估计性能。基于均匀圆阵,提出了一种互耦条件下的波达方向估计和互耦误差自校正算法。利用带状循环矩阵的特性对均匀圆阵的互耦误差建立数学模型,再利用MUSIC算法和迭代法对互耦误差矩阵和波达方向同时进行估计,自校正方法无需任何辅助阵元即可实现两类参数的估计。仿真实验表明,算法很好地解决了均匀圆阵的互耦问题,能够比较准确地估计出波达方向角和互耦误差值。     

基于模式空间算法的声源二维DOA估计

针对传统高分辨率谱估计法估计远场声源波达方向（direction of arrival, DOA）时计算量大、对相干信号估计失准的问题,本文提出一种改进的基于圆形麦克风阵列和四阶累积量的声源二维DOA估计算法。该算法结合了圆阵定位无死角的优势和矩阵虚拟扩展获得更多声源定位信息的长处。首先利用模式空间变换将均匀圆形阵列（UCA）虚拟化成2K+1个均匀线性阵列（ULA）,并应用空间平滑技术将虚拟线性阵列划分成L个子阵;接着利用四阶累积构造方法提取有效阵元信息并去掉冗余数据,通过重构矩阵得到新的接收数据;最后通过Music-like算法搜索谱峰获得声源信号的方位角和俯仰角。仿真结果表明,在信噪比较低时,相比传统的高分辨谱估计算法,本文算法可实现对远场相干信号的高精度估计;同时本文算法也具有更低的均方根误差性能,且能有效减少运行时间。     

基于均匀圆阵的LFM信号DOA估计

针对为解决对雷达和通信中的线性调频信号源(LFM)定位的难题,为提高定位精度,提出了一种基于均匀圆阵的测向定位方法.方法通过分数傅立叶变换(FRFT)对LFM信号的能量聚焦特性,构造出一种新的FRFT域阵列数据模型;采用UCA-RB-MUSIC算法测向,通过模式激励法把阵元空间转换到实波束空间,对谱函数进行二维搜索,得到辐射源的方位角和俯仰角.通过理论推导和仿真验证,证明方法具有测向精度高、运算量小、360°全方位测向的优点.     

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。