TD-LTE系统中动态下行波束赋形算法性能分析

根据加权粒度的差别,介绍了per-RB-MRT算法和full-BW-EBB算法的原理,并对这两种算法 的特点以及性能差异进行了理论 分析。构建了符合3GPP规范定义的TD-LTE系统上下 行仿真平台,对这两种算法在有信道估计误差（包括信道估计精准度和信道信息时延）的情 况下的其性能进行了理论分析和仿真研究。仿真结果表明,per-RB-MRT算法在上行信道 估计值和 下行信道实际值契合较好的情况下能够趋于最佳理论性能,而full-BW-EBB算法由于利用了 相对稳定的信道空间相关特性,因而能够在较差的信道环境中保持较高的性能鲁棒性。这 些仿真结果对于实际场景中的算法选择提供了重要的参考依据。     

TD-LTE系统中基于奇异值分解的高效波束赋形方法

为了克服TD-LTE系统中传统的基于矩阵信道的迭代波束赋形方法复杂度较大且可能 不收敛的问题,提出一种基于奇异值分解的高效波束赋形方法。该方法利用系统终端侧 仅有2根天线的系统特性,采用基于2×2矩阵特征值分解公式的矩阵信道奇异值分解获得波 束赋形天线加权向量;不仅可以直接获得精确的加权向量,而且相对于传统迭代方法大幅降 低了复杂度。理论分析和仿真结果验证了所提方法的有效性。     

时分双工系统波束赋形块长优化

提出了一种优化时分双工系统波束赋形块长的方案。在该系统中,由于上下行链路的 信道互易性,基站可以通过上行导频估计出当前时刻的信道状态信息,从而计算出下一时刻 的发射波束赋形向量或矩阵。当给定归一化导频开销时,不同的波束赋形块长对应不同的上 行信道估计误差和上下行传输时延,进而导致不同的系统性能。以块平均后验信噪比为目标 函数,推导出最优块长,它能同时最大化块平均后验信噪比和块遍历容量(上界)。仿真结果 验证了理论分析的正确性。     

一种基于自适应阵列天线的波束赋形算法

自适应阵列天线中的数字波束赋形(DBF)技术是智能天线数字信号处理部分的核心.提出了一种可用于自适应阵列波束赋形的SMI-LMS算法--由SMI(采样协方差矩阵求逆)算法决定LMS(最小均方)算法的初始权向量.该算法充分结合了SMI算法收敛速度快和LMS算法稳态误差小的优点,能在较强干扰环境下,确保权向量的快速收敛和跟踪速度.与传统的LMS算法相比,SMI-LMS算法具有良好的收敛性能、较快的跟踪速度和较小的输出误差,并可以有效改善自适应方向图的副瓣性能.仿真结果验证了该结论.     

TD-LTE系统中工程实用的发射通道幅度校准方法

为了解决宽带TD-LTE系统中传统发射通道幅度校准在通道幅频特性不平坦时校准性能 不理想的问题,根据利用子载波发送信号长短时功率统计特性的不同,提出了两种基于“能 量归一化”预均衡的校准方法：长时预均衡和短时预均衡,对它们的性能、特点进行了理论 分析和仿真研究,并结合工程应用对相关问题进行了深入讨论。仿真结果表明,由于有针对 性地将“能量归一化”的预均衡与系统中的闭环增益控制(CLGC)功能相结合,所提方法可以 有效补偿发射通道幅频特性不平坦,获得比传统方法更好的校准性能。所提方法及其分析结 论为宽带TD-LTE系统中高性能发射通道校准的工程实现提供了参考依据。     

TDD系统中非理想互易条件下双流波束赋形的容量分析

在时分双工(TDD)多天线系统中,由于上行信道估计误差和上下行传输时延,上下行链路信 道的互易性并不理想。针对非理想互易条件下基于最小均方误差线性接收准则的双流波束赋 形,通过推导其后验信干噪比,得到了容量上界的闭合表达式。数值和仿真结果表明：所得 上界与准确值较为接近;且与理想互易情形相比,非理想互易性对系统的复用增益没有影响 ,而只会降低系统的阵列增益。     

TDD系统中非完美信道信息条件下双流波束赋形吞吐量分析

在时分双工多天线系统中,由于上行信道估计误差和上下行传输时延,上下行链路信 道的互易性并不完美;且终端也存在信道估计误差。针对包含这些因素的非完美信道信息条 件下的双流波束赋形,导出了吞吐量准确值及其下界的表达式。分析表明,当下行链路信 噪比趋于无穷大时,由终端信道估计误差导致的每一路数据流的吞吐量损失几乎不超过lb 3 bit/s·Hz-1。数值和仿真结果表明,所得吞吐量下界与准确值较为接近;且与完美 信道信息 情形相比,非完美信道信息对系统的复用增益没有影响,只会降低系统的阵列增益。     

TD-LTE非理想信道互易性下的下行单用户波束成形算法

在TD-LTE系统中由于上下行信道的时变特性、干扰非对称特性以及射频器件非对称特性会影响基于信道互易性的波束成形技术应用,降低系统增益。针对非理想信道互易性下的预编码矩阵设计问题,以最大化接收信号平均信干噪比做为目标函数,通过计算信道状态信息(CSI)估计值以及互易性误差的统计自相关矩阵,构造正则矩阵束,将最大化接收信干噪比的预编码矩阵求解问题转化为正则矩阵束的广义特征向量求解问题。计算机仿真验证了算法设计的预编码矩阵能有效增强系统的鲁棒特性。     

大垂直口径天线俯仰波束赋形设计

给出了一种大垂直口径天线俯仰波束的优化设计过程。大垂直口径天线由10个辐射阵元 构成,可以看成为一个阵列。为使天线的辐射波束达到给定的波束要求,提出了一种改进 的遗传算法及其目标函数模型,对各辐射阵元的馈电幅度和相位同时进行优化。计算结果显 示,天线能够产生满足设计要求的俯仰波束。通过全波电磁仿真软件HFSS进行了验证,仿真 结果与计算结果吻合,证明了所提方法的有效性和实用性。     

星载赋形波束单馈源单偏置反射面天线设计

为了使星载赋形波束天线远场方向图与服务区形状匹配良好,并且在波束覆盖区内具有较平坦的方向性系数,将表征反射面形状的Zernike多项式展开系数作为优化变量,建立基于最小P乘法和Minmax方法的适应度函数,利用进化算法进行赋形反射面天线优化。利用该方法设计了覆盖中国大陆和巴西的赋形波束反射面天线。仿真结果表明,天线远场方向图与服务区形状均匹配良好,服务区内的方向性系数波动量分别为2.31 dB和11.23 dB,该值比现有方法小,并且该方法具有较高自由度及收敛性好的特点。     

天线校准误差建模及对开环波束赋形技术的影响

时分双工系统中上下行无线信道具有互易性,使得基站可以利用获得的上行信道信息 实施开环波束赋形技术。但是基站天线口与基带处理模块之间的射频通道并不对称,在进行 校准后由于硬件精度所限会有天线校准误差。为此,根据实测数据对天线校准误差进行 建模 ,通过仿真得出,射频通道校准幅度误差标准差在1 dB、角度误差在20°以内时,开环波束 赋形技术在误码率为10-5时性能损失小于1 dB。并由此给出了对天线校准误差的要求 。     

TD-SCDMA系统中一种快速的下行波束形成技术

利用阵列天线系统接收信号的自相关矩阵的最大特征值所对应的本征向量的信号处理(PSM)思想，提出一种适用于TD—SCDMA系统的快速下行波束形成技术。此方法利用各个用户的扩频码进行目标用户的数据分离，并用迭代的方法代替用户信号的自相关矩阵的特征分解，降低了计算复杂度。计算机仿真验证了该方法的有效性。     

MIMO系统的波束成形技术与开关算法结合的性能分析

提出了一种在多用户情况下多输入多输出系统用开关算法结合波束成形技术的方法 。对3种波束成形技术的方案研究表明,波束成形的处理过程对开关算法的判决准则有重要 影响。从仿真结果可以看到,空时分组码的自适应波束成形算法与开关算法结合时在误码率 为10 -2时,信噪比比迫零算法结合和奇异值分解算法结合时分别提高7 dB和8 dB 左 右。     

一种高效的TD-LTE系统频偏估计改进算法

鉴于TD-LTE系统下行同步过程中频偏估计模块的重要性,提出了一种利用旋转因子校正的改 进方法,在时域联合估计小数频偏和整数频偏,对接收信号在有限频偏范围内进行频偏补偿 后做相关,根据相关能量峰值确定频偏大小。仿真结果表明,该算法无论是在可靠性还是在 复 杂度的降低上较常规算法都有很大提高,具有一定的参考价值。     

基于相关信道统计的有限速率反馈波束形成

针对实际MIMO系统无线信道存在的空域相关性,提出了一种基于 相关信道统计的改进算法。基于此算法,并采用随机码本量化信道信息形成一种新波束形成 方案,它只需要有限速率反馈部分信道信息,可以同时获得系统多用户分集增益和阵列增益 ,解决了常规波束形成需要大量信道反馈信息和相干波束形成系统性能对信道瞬时变化信息 敏感的问题。仿真结果表明,提出方案在相关信道下相当有效,其性能超过常规波束形成, 即使在有限反馈限制条件下,其性能亦接近相干机会波束的性能,仅有0.2 bit/s·Hz -1的性能损失。     

修正的干扰噪声自相关矩阵重构波束形成算法

为改善采样自相关矩阵求逆（SMI）算法中期望信号存在于接收信号所引起的性能下降,提出一种修正干扰噪声自相关矩阵重构（CMR）算法。该算法首先选取采样自相关矩阵特征分解的最小特征值对应的特征向量构造空间分布系数,再对其在非期望信号波达方向上进行累加实现矩阵的重构。当存在相干信号时,可采取先利用特征向量元素对协方差矩阵进行托普利兹化处理实现解相干,再进行矩阵重构的托普利兹矩阵重构（TCMR）算法。计算机仿真与实验结果证明适用于非相干信号条件下的CMR算法与适用于相干信号条件下的TCMR算法具有更好的输出性能。     

低轨卫星通信系统中的一种波束小区切换算法

针对低轨卫星移动通信系统中终端切换频繁,以及因邻区列表动态变化特性使得邻区测量存在较大不确定性的问题,提出了一种基于波束可视时间与接收信号强度的波束小区切换准则。推导了定向天线信号场值广播至地面的时变表达式,基于此预测切换触发时间,并进一步计算终端的邻区列表。根据波束可视时间与接收信号强度计算邻区的切换权重并进一步选择目标波束,针对重复切换的情形设置同一波束切换次数上限。仿真结果表明,该算法可以有效降低终端切换的频次并避免“乒乓切换”的发生,且终端纬度越高,算法效果越明显。     

基于共存研究的认知TD-LTE系统检测门限分析

检测门限作为认知无线电系统的重要指标,其合理设置是确保授权系统和认知系统工作的基 础。认知TD-LTE系统对数字电视广播信号的检测门限分析利用系统间共存研究 方法,仿真了不同典型参数下的覆盖区和干扰保护区,基于链路的对称性分析了认知TD-LT E系统对数字电视广播信号的最小检测门限,并验证了此门限下的性能。仿真结果表明, -87 dBm检测门限值既可满足对数字电视系统的保护,也可实现良好的检测和虚警性能。     

基于TD-LTE系统的无线资源调度策略分析与实现

MAC层调度是TD-LTE系统最核心的部分,其目的是充分利用无线信道的时变特性,得 到多用户的分集增益。针对不同系统容量与吞吐量的设计目标原则,调度策略按照轮询、最 大载干比、比例公平3种方法实现。通过系统实现与实测表明,最大载干比算法以牺牲系统 容量为代价在系统吞吐量上有明显增益;比例公平算法则很好地兼顾了系统容量与吞吐量 ,相比于最大载干比算法在容量上有显著提升。     

基于约束最小冗余线阵的自适应数字波束形成理论分析

本文根据约束最小冗余线阵的特点,提出一种新的实现自适应数字波束形成方法。分析表明在同等阵列孔径条件下,本文方法同基于均匀线阵的传统方法相比,不仅能使系统造价降低,而且在平均功率意义上使两者处理性能相同。