多天线信道空间衰落相关性近似算法及其复杂性研究

信道空间衰落相关性(SFC)主要取决于波达信号的功率方位谱(PAS)和多天线阵列收发模式.深入研究了移动通信系统中多天线阵列SFC近似计算法及其复杂性.首先导出在典型PAS为均匀分布、高斯分布以及拉普拉斯分布下的SFC函数的闭合表达式.再研究在波达信号PAS小角度扩展时的近似计算法,建立多输入多输出(MIMO)多天线接收信道模型,深入分析所选择的天线阵列和电波传播参数对MIMO系统信道容量的影响.通过理论计算和仿真实验得出近似计算法在特定条件下具有很好的拟合度,定量分析了近似计算法在对MIMO多天线系统分析时的适用性和计算效率.该算法能极大地减低理论计算复杂性,提高分析和仿真MIMO多天线系统的效率.     

基于三维空间域移动通信统计信道的多普勒效应

针对散射体均匀分布以及三维空间域(3 dimension,3D)移动通信环境,提出了3D空间统计信道模型.对在指向性天线覆盖下的室内微小区移动通信环境,模型能够估计多径衰落信道的重要空时信道参数,如波达信号在水平面以及垂直面的信号到达角度(angle of arrival,AOA)以及多普勒效应(Doppler spectra,DS)等.移动台(mobile station,MS)的移动特性会使接收信号产生多普勒效应,根据运动的相对性理论,基站(base station,BS)也会有相对运动,因此也会有多普勒效应产生.本文引入控制变量法导出三维空间域在MS以及BS端的多普勒效应,数值仿真结果与室外3D多径衰落信道对比表明,本模型的信道参数估计结果符合理论和经验,扩展了3D空间统计信道模型的研究和应用.     

基于改进的统计信道模型与多天线系统性能分析

为提高电磁信号的到达角度以及多普勒效应等信道参数估计的准确性,在散射体非均匀分布下引入了散射概率和有效散射体两个物理概念,提出一种合理的改进型空间信道模型,该模型能准确地描述宏小区(macrocell)和微小区(microcell)等各种移动通信环境下的重要空时信道参数,并应用于多入多出系统(multiple input multiple output,MIMO)信道性能仿真中.数值仿真结果与早期多径衰落信道模型对比,表明本模型的信道参数估计结果符合理论和经验,拓展了空间统计信道模型的研究和应用,对评估多天线MIMO系统空时处理算法和仿真无线通信系统提供有力的工具.     

室内直达与非直达环境无线传播综合信道建模

本文主要针对室内无线传播信道直达(line of sight, LOS)与非直达(no line of sight, NLOS)环境, 引入参考模型研究其建模设计及其相关统计特性. 文中提出了一种基于几何散射模型的综合改进室内参考信道模型, 假设将无限数量的散射体均匀分布在三维空间的一个二维(two dimensional, 2D)水平面上. 本文推导了电磁波达信号到达角(angle of arrival, AOA) 概率分布函数(probability density function, PDF)、多普勒功率谱密度(power spectral Density, PSD)、 时间自相关函数(autocorrelation function, ACF)的解析表达式, 并分析其重要参数对函数的影响. 此外, 本文还通过非现实参考模型提出了一种高效的SOC(Sum of Cisoids) 信道仿真模型, 同时提出了设计SOC信道仿真模型的两种有效参数计算方法, 并比较两者的计算性能. 仿真结果表明, 信道仿真模型的统计特性与参考模型相匹配, 即室内参考模型可以通过的SOC信道仿真模型来近似, 同时信道仿真模型可以很好的应用于评估室内无线通信系统的性能, 拓宽了室内无线信道建模的研究, 同时减少实现开支.     

混合分集多天线系统基于相关性的分析信道建模

在考虑正交极化子信道之间相关性的前提下,指出传统分析模型无法体现极化方向对相关性的影响,并提出一种新的建模理论对传统模型进行修改补充;然后指出传统模型中使用天线在距离分集和极化分集情况下的相关系数来计算混合分集情况下的相关系数是一种不够准确的近似方法,提出直接利用天线处于混合分集情况下的统计数据进行建模,这种新的模型可以准确复现子信道间的相关系数,满足高精度的需求. 关键词： 多输入多输出系统(MIMO) 信道模型 分析模型 相关系数     

基于车载通信标准街道场景的电磁散射信道模型

针对室外无线信道视距(line of sight,LOS)/非视距(non-line of sight,NLOS)传输环境下的车到车(vehicular-to-vehicular,V2V)通信系统,本文提出了一种基于标准街道散射的统计信道模型,其移动发射机(mobile transmitter,MT)与移动接收机(mobile receiver,MR)处于运动状态,街道两旁分布的散射体固定.由几何模型出发又引入了一种随机的参考信道模型,其散射体有无穷多个,均以平行于街道两侧的散射条纹形式均匀分布在三维(three dimensional,3D)空间的一个二维(two dimensional,2D)矩形内部.在室外街道通信环境下,模型推导了散射信道中发射角(angle of departure,AOD)以及到达角(angle of arrival,AOA)的概率密度函数(probability density functions,PDFs)解析式;研究了多普勒功率谱密度(power spectral density,PSD)及其时间自相关函数(autocorrelation function,ACF);分析了模型多普勒参数以及街道散射体等因素对V2V通信系统性能的影响.与城市、农村的测量信道对比分析,表明本模型仿真的统计特性符合理论与实际,拓宽了室外V2V无线通信信道建模的研究.为评估室外V2V通信系统的传输特性、仿真无线通信系统提供了有力的研究工具.     

双基地多输入多输出虚拟阵列的稳健低旁瓣波束优化技术

双基地多输入多输出(MIMO)系统需要对目标的波达角和波离角进行二维估计,针对高分辨算法中阵列协方差矩阵处理运算量大以及估计性能对阵列流形失配敏感的缺陷,提出了一种基于二阶锥规划的抗阵列流形失配的双基地MIMO虚拟阵列波束优化算法.该方法利用MIMO的波形分集技术与双基地的目标定位解算,通过波达角和波离角在双基地定位椭圆上的对应关系,将双基地MIMO的二维合成方向矢量转化为一维的虚拟阵列流形,并证明了双基地MIMO虚拟阵列的波束图等效为发射波束图在接收阵角度域上的响应和接收波束图的合成.在优化波束图旁瓣的同时,该算法兼顾了固定方向上的相干干扰抑制,并提高了双基地MIMO虚拟阵列波束优化抗阵列流形失配的能力.通过波束图和方位谱优化的仿真分析和水池试验,验证了算法的有效性.     

相关信道下无线光多输入多输出系统的平均容量

大气信道中,信道衰落以及天线间距的限制导致无线光多输入多输出(MIMO)系统的各光束间存在一定的相关性,这种相关性严重影响无线光通信系统的性能.基于脉冲位置调制(PPM)建立了相关信道下无线光MIMO系统的信道模型,并采用Wilkinson方法推导出对数正态衰落时无线光MIMO系统的平均信道容量.模拟结果表明:空间相关性的存在降低了系统的平均信道容量,而且随着总能量的增大,相关性带来的容量损失也增大.在完全相关信道中,发送端相关对信道容量产生的影响比接收端相关的影响更为严重.     

基于倒谱分析的单水听器目标运动参数估计

基于浅海射线声学多途结构,提出了一种具有高稳健性、高精度的单水听器目标运动参估计方法.针对匀速直线运动目标,综合多途时延差和运动学几何关系,构建了目标三维多途时延模型,进而获得目标运动参数与多途时延差的非线性时间映射.研究了典型水声信道的倒谱表达式,提出了利用倒谱提取多途时延差的策略.采用差分进化综合优化手段估计目标运动参数,提高了算法的稳健性.理论及仿真结果表明,倒谱的时间分辨率不受信号带宽的限制,而主要取决于信号类型和信噪比;CW信号的倒谱对多普勒不敏感;参数估计精度主要取决于时延差估计精度和参与差分进化运算的信息量,当包含有最近点信息时参数估计性能较好.水池实验结果进一步验证了方法的正确性和有效性.     

基于哈达玛积扩展子空间的到达时间和波达方向联合估计

在窄带阵列天线正交频分复用系统的到达时间和波达方向联合估计中, 针对阵元数目较少时波达方向估计精度不高, 特别是多径数目大于阵元数目导致的波达方向无法估计问题, 提出一种基于哈达玛积扩展子空间的到达时间和波达方向联合估计算法. 该算法首先利用各阵元上的频域信道估计构成扩展信道频域响应矢量, 然后计算扩展信道频域响应矢量自相关矩阵, 并进行特征值分解得到哈达玛积扩展噪声子空间, 最后构造伪谱函数并进行二维谱峰搜索, 从而实现到达时间和波达方向的联合估计. 仿真结果表明, 与现有算法相比, 在复杂度没有大幅提高的前提下, 该算法的估计结果均方根误差更加接近克拉美罗界, 且到达时间和波达方向估计能够自动配对, 在多径数目大于阵元数目时依然适用.     

Magnetic hysteresis of the magnetoresistance and the critical current density in polycrystalline YBa2Cu3O7−δ–Ag superconductors

A systematic study of the magnetic hysteresis in transport properties of polycrystalline YBa₂Cu₃O_7−δ–Ag compounds has been made based on two kinds of measurements at 77 K and under applied magnetic fields up to 30 mT: critical current density J_c(B_a) and magnetoresistance R(B_a). The R(B_a) curves show a minimum in their decreasing branch occurring at B=B_min which was found to be both the excitation current I_ex and the maximum applied magnetic field B_am dependent. In addition, for a certain value of B_am>5 mT, we have observed that B_min increases with increasing I_ex and reaches a saturation value. The J_c(B_a) curves show a maximum in decreasing applied magnetic fields occurring at B=B_max. We have also found that B_max increases with increasing B_am and reaches a saturation value. The minimum in the R(B_a) and the maximum in J_c(B_a) curves were found to be related to the trapped flux within the grains. All the experimental results are discussed within the context of the flux dynamics and transport mechanisms in these high-T_c materials.     

Lateral β-Ga2O3 Schottky barrier diode fabricated on (-201) single crystal substrate and its temperature-dependent current-voltage characteristics

Lateral β-Ga₂O₃ Schottky barrier diodes (SBDs) each are fabricated on an unintentionally doped (-201) n-type β-Ga₂O₃ single crystal substrate by designing L-shaped electrodes. By introducing sidewall electrodes on both sides of the conductive channel, the SBD demonstrates a high current density of 223 mA/mm and low specific on-resistance of 4.7 mΩ ·cm². Temperature-dependent performance is studied and the Schottky barrier height is extracted to be in a range between 1.3 eV and 1.35 eV at temperatures ranging from 20 ℃ to 150 ℃. These results suggest that the lateral β-Ga₂O₃ SBD has a tremendous potential for future power electronic applications.     

自驱动Janus微球近壁运动特性实验与数值模拟研究

自驱动Janus微球是形状规则但表面构成不同的特殊活性颗粒. 针对微米级Pt-SiO₂型Janus 微球近壁面自驱动现象, 实验测得了微球的自驱动速度V_Janus, 并观察到微球运动过程中与垂直方向存在一偏转仰角ψ, 且ψ角随H₂O₂溶液浓度的增大呈减小趋势. 在此基础上, 建立自驱动Janus微球的数值模型, 通过模拟得到了微球在不同浓度H₂O₂溶液中的偏转仰角ψ及距底面的高度δ, 模拟与实验一致. 利用这些数据进一步讨论了壁面效应对微球旋转特征时间τ_R的影响. 这一工作对于理解Janus 微球的运动机理及发展相关应用具有重要意义.     

Device topological thermal management of β-Ga_2O_3 Schottky barrier diodes

The ultra-wide bandgap semiconductor β gallium oxide(β-Ga_2 O_3) gives promise to low conduction loss and high power for electronic devices. However, due to the natural poor thermal conductivity of β-Ga_2 O_3, their power devices suffer from serious self-heating effect. To overcome this problem, we emphasize on the effect of device structure on peak temperature in β-Ga_2 O_3 Schottky barrier diodes(SBDs) using TCAD simulation and experiment. The SBD topologies including crystal orientation of β-Ga_2 O_3, work function of Schottky metal, anode area, and thickness, were simulated in TCAD, showing that the thickness of β-Ga_2 O_3 plays a key role in reducing the peak temperature of diodes. Hence, we fabricated β-Ga_2 O_3 SBDs with three different thickness epitaxial layers and five different thickness substrates. The surface temperature of the diodes was measured using an infrared thermal imaging camera. The experimental results are consistent with the simulation results. Thus, our results provide a new thermal management strategy for high power β-Ga_2 O_3 diode.     

外电场辅助化学气相沉积方法制备网格状β-Ga2O3纳米线及其特性研究

利用外电场辅助化学气相沉积（CVD）方法,在蓝宝石衬底上制备出了由三组生长方向构成的网格状β-Ga₂O₃纳米线.研究了不同外加电压大小对β-Ga₂O₃纳米线表面形貌、晶体结构以及光学特性的影响.结果表明：外加电压的大小对样品的表面形貌有着非常大的影响,有外加电场作用时生长的β-Ga₂O₃纳米线取向性开始变好,只出现了由三组不同生长方向构成的网格状β-Ga₂O₃纳米线;并且随着外加电压的增加,纳米线分布变得更加密集、长度明显增长.此外,采用这种外电场辅助的CVD方法可以明显改善样品的结晶和光学质量.     

用低能电子衍射谱计算过渡金属吸附CO的表面结构

本文用低能电子衍射谱研究了CO分子吸附在过渡金属上的表面结构。     

二维圆盘颗粒体系声学行为的数值研究

数值测量了卸载过程中二维单分散圆盘颗粒系统的横波、纵波声速、声衰减系数、非线性系数随压强的变化以及声衰减系数随频率的变化.结果表明,二维(2D)圆盘颗粒体系的横波、纵波声速均随压强呈分段幂律标度:当压强P10~(-4)时,横波、纵波声速随压强的增大而减小;当P10~(-4)时,有v_t~P~(0.202),v_l~P~(0.338).进一步得到其剪切模量和体积模量的比值G/B也随压强呈幂律标度,G/B~P~(-0.502),暗示在低压强下,与三维(3D)球形颗粒体系类似,2D圆盘颗粒体系也处于L玻璃态.水平激励和垂直激励下2D圆盘颗粒系统的衰减系数随频率变化也呈现分段行为:当频率f0.05时,衰减系数不随f变化;当f0.05时,横波纵波的衰减系数α~f;当f0.35时,横波衰减系数α_T~f~2,纵波衰减系数α_L~f~(1.5).此外,竖直水平激励下的2D圆盘颗粒系统的非线性系数和衰减系数随压强也呈现与声速类似的分段规律:当P10~(-4)时,横波非线性系数β_T~P~(-0.230),其余都不随压强变化.当P10~(-4)时,两者均随压强增大呈幂律减小:β_T~P~(-0.703),β_L~P~(-0.684),α_T~P~(-0.099),α_L~P~(-0.105).进而得到2D圆盘颗粒系统中散射相关的特征长度?~*随压强呈幂律标度,当P10~(-4)时,?~*~P~(-0.595);当P10~(-4)时,?~*~P~(0.236).     

纳米通道内液态微流动密度分布特性数值模拟研究

微通道内流动因表面积/体积比值极大, 造成许多微尺度效应, 进而使微通道内出现完全不同于宏观流动的流体密度分布特性. 本文以纳米通道内液态Poiseuille流为对象, 采用非平衡分子动力学模拟方法研究了流体原子间相互作用强度ε_LL, 流体原子间平衡距离σ_LL以及壁面原子与流体原子间平衡距离σ_LS对通道内流体密度分布的影响规律. 数值模拟中, 统计系综取微正则系综, 势能函数选用LJ/126模型, 壁面设为Rigid-atom壁面, 温度校正使用速度定标法, 牛顿运动方程的求解则采用Verlet算法. 模拟结果表明, 随ε_LL的减弱, 近壁面区密度分布的振荡幅度则逐渐增大; 而σ_LL 则同时影响流体原子的存在形态和密度分布, 较大的σ_LL 会造成流体原子在整个通道内呈现面心立方结构的类似固体排列, 较小的σ_LL会使得流体原子呈现不断变化的 "团簇" 结构; 随σ_LS的变大, 近壁面区流体密度振荡幅度增大, 且流体密度分布起点离壁面越远. 另外, 本文还从近壁面区流体原子的 "俘获-逃逸" 行为角度, 初步解释了原子间相互作用强度对密度分布的影响规律. 关键词： 纳米通道 微流动 密度分布 分子动力学