接收端配备滤波器的分布式波束形成技术

基于频率选择性信道中由一个发射节点、一个目标节点和多个中继节点构成的中继网络,该文提出一种新型的分布式波束形成技术。该技术除了在中继节点上采用滤波而后转发的中继数据中转策略之外,在接收节点也配备一个有限长响应(Finite Impulse Response, FIR)滤波器,共同均衡发射节点与中继节点以及中继节点与接收节点之间的频率选择性信道。该文中,此两种滤波器将得到联合优化以提高接收节点的服务质量,并同时满足中继节点的发射功率限制。仿真结果表明,相较于放大而后转发以及滤波而后转发但无接收滤波器的波束形成器而言,所提波束形成技术极大地提高了频率选择性信道中中继网络的性能。     

频率不变波束形成技术的研究进展

频率不变波束形成（FIB）技术可以在所有频率范围内不失真地接收到来自空间某一方向的宽带信号。文中综述了频率不变波束形成技术的研究进展,主要包括基础的采样率法、贝塞尔函数法、新型傅里叶变换法和同心圆阵列方法等。分析了相关的波束形成原理,比较了其特点,最后得出了相关结论。     

分布式目标下行波束形成

研究了智能天线在下行链路的应用。利用上行链路接收数据,建立分布式目标信道模型。估计移动用户的发射角、扩展角度和发射功率以及下行信道相关矩阵,确定下行链路的波束形成方法。即对频分复用（FDD）系统进行上行相关矩阵变换,构建下行信道协方差矩阵,利用最大合并比准则获得下行链路权值。计算机仿真证实了这种方法的有效性。     

基于频率分集阵列的波束形成研究

传统的相控阵列通过在每个阵元的输出接入移相器进行波束方向变换,通过调整移相器的相位范围,实现空域的波束扫描。频率分集阵列通过在每一阵元输出引入频率偏差,从而得到与传统相控阵不同的波束特性。文中对频率分集阵列的波束特性进行了详细的分析,提出了频偏相关波束概念,论证了频率分集阵列波束在空/ 时/ 频域扫描的等效性。仿真结果进一步验证了频率分集阵列的波束特性。     

基于俯仰频率分集技术的波束形成方法

传统频率分集阵列雷达在水平阵元间引入线性频率偏差,其波束在方位维与距离维具有耦合性,且存在栅瓣。针对此问题,该文提出一种基于俯仰频率分集技术的波束形成方法。首先建立俯仰频率分集阵列雷达信号模型,详细分析了发射方向图的时间依赖性和栅瓣特性。然后通过设计接收端的阵元参数,合成无栅瓣的发射-接收方向图。仿真实验验证了所提方法的有效性,所得波束在距离维与方位维无耦合,且主瓣宽度较窄。     

频率选择性信道下的MIMO收发机联合设计

研究了频率选择性信道下非块传输多天线系统的线性空间收发机联合设计问题,提出了基于最小均方误差准则(MMSE)的联合最优收发算法.为了避免MMSE算法所需要的收发机迭代计算,还给定MMSE接收机、提出了一种低复杂度的串行搜索迫零(ZF-SS)发射预编码,它能够采用多天线提供的空间资源减小或消除多径信道带来的符号间干扰.仿真分析表明,MMSE算法和ZF-SS算法在高信噪比下的性能明显优于现有的基于特征值的波束形成算法.     

基于波束形成的分布式卫星SAR成像

针对分布式卫星SAR系统的正侧视工作模式，建立了雷达信号的回波模型，提出了利用修改的距离－多普勒（RD）算法进行单个星载SAR成像的算法及波束形成合成分布工卫星SAR图像的算法。理论分析和仿真结果表明：利用该算法能提高图像的信噪比，使图像质量得到提高。     

快衰落信道条件下无线中继系统波束形成方案

随着设备小型化的发展趋势,天线间距较小,信道具有相关性;且假设发射端处于高速移动状态,无法获得完全信道状态信息,只能根据部分信道状态信息设计发射端波束形成方案。针对发射端和接收端配置多天线的固定增益放大转发无线中继系统,以最大化接收端信噪比为准则,设计了基于部分信道状态信息的波束形成方案,推导了系统中断概率和平均误符号率的闭合表达式,通过仿真验证了性能分析的有效性和所设计方案的优越性。在平均误符号率为10-2、相关系数为0.8时,所提方案比反馈信道状态信息的方案节约1.6 dB的信噪比。     

多跳多中继无线网络中的协作波束形成技术

针对多跳多中继无线网络中的协作波束形成技术进行研究.在基于放大转发机制的三跳协作通信系统中,对2个中继节点簇的协作波束形成矢量进行联合设计,以求在目标节点获得最大的接收信噪比.该方法首先将原始优化问题加以推导简化,然后应用半定规划方法求解获得协作波束形成矢量的次优解,并结合对分搜索算法加以改进.仿真结果表明,提出的协作波束形成方法可取得明显优于固定放大增益中继策略的接收信噪比.     

基于BesseI函数的频率不变波束形成器设计

提出了一种波束宽度不随频率变化的波束形成方法。该方法只需要使用一个真实阵列，通过变换产生多个虚拟阵列的输出，每个虚拟阵列都与参考波束相近。该方法简单且易于实现，只需用传统的窄带阵列设计方法在参考频率下设计基阵来满足对波束图的要求。仿真结果证明了方法的有效性。     

Design of Distributed Beamforming for Dual‐Hop Multiple‐Access Relay Networks

This paper studies a dual‐hop multiple‐access relay network where two independent source nodes transmit information to a common destination node with the aid of multiple single‐antenna amplify‐and‐forward relays. Each relay node is subject to an individual power constraint. We focus on the design of distributed beamforming schemes for the relays to support the transmission rate requirements of the two sources. To this end, we first characterize the achievable rate region for this network via solving a sequence of corner point optimization problems proposed in this paper. We also develop several low‐complexity suboptimal schemes in closed form. Two inner bounds of the achievable rate region are theoretically shown to be approximately optimal in two special scenarios. Finally, numerical results demonstrate the effectiveness of our proposed approaches.     

协作网络中基于中继选择的协作波束赋形算法

针对多中继网络中所有中继节点都参与协作的协作波束赋形方法,提出了一种基于选择的协作波束赋形算法。该方法将最小化系统中断概率作为目标,得到一个次优的中继节点选择门限,小于门限的中继节点被逐一剔除,从而保证了网络中的资源只分配给有用的中继节点,获得了分集增益。该选择方法需搜索次数和中继节点的个数相等,因此大幅降低了选择过程的复杂度。蒙特卡洛仿真表明,选择波束赋形算法可有效提高系统中断概率性能和网络能量效率。     

认知中继网络的多中继选择方法

将中继协作技术用于认知无线电网络可有效对抗信道衰落,提高频谱利用率,然而如何选择中继协助源节点传输信息是一个亟待解决的问题。该文根据多中继协作时目的节点信噪比的一阶偏导数特征,定义了中继协作效率,设计了基于协作效率的迭代中继选择方案。考虑到认知中继网络的非集中式结构,该文将虚拟计时器引入中继节点,提出了基于迭代中继选择方案的分布式算法,通过各中继基于协作效率的虚拟倒计时及信息交互实现了分布式迭代中继选择。复杂度分析和数值仿真结果表明,该算法复杂度较低,且性能接近最优解。     

分布式无线Ad Hoc传感器网络中的合成式波束形成

分布式无线Ad Hoc传感器网络中的合作式波束形成的性能分析是建立在随机阵理论和移动通信波束形成的基础上的。在分布式Ad Hoc传感器网络中,每个传感器节点有一个全向天线,且在簇中的节点传输同一信号,使信号在远区场的目标方向上叠加。波束的方向的随机性是由无线Ad Hoc网络结构决定的。介绍了随机阵理论和移动通信波束形成,接着介绍了系统模型,分析了波束的方向特性,着重讨论了平均方向性增益,推导出平均方向性增益的近似公式。     

物理层安全约束下的AF双向中继系统波束赋形和人工干扰联合设计

波束赋形和人工干扰是现有研究中最为常见的两种物理层安全增强技术,本文针对AF （放大转发）双向中继模型,探讨了两者的联合设计问题。在已知理想信道状态信息的条件下,本文提出了一种波束赋形和人工干扰的混合协同传输方案,推导了总功率受限条件下的和安全速率,通过两步迭代搜索算法得到了其最佳联合方案,并与一种低复杂度的次佳联合方案进行比较。仿真结果验证了所得联合方案优于次佳联合方案,并进一步改善了AF双向中继系统的安全性能。     

无线携能保密网络下的中继协作波束形成算法

本文研究了无线携能通信网络中的多窃听者场景下,基于无线能量收集放大转发中继的协作机密信息安全传输问题.提出了两种低复杂度的零空间波束形成方案.分别利用接收者或窃听者方位先验信息,将待优化的目标矢量投射到接收者或窃听者信道的零空间.与原协作波束形成方法相比,由于降低了待优化目标矢量的空间自由度,本文方法运算复杂度较低.特别的,由于第二种方法目标函数中将窃听者的交互信息迫零,将原始拟凸优化问题转化为凸问题求解,进一步降低了运算量.实验研究验证了本文方法的合理性.     

基于分布式天线的全双工中继系统最大化和速率波束成形设计

基于分布式天线的全双工中继系统结合了全双工中继两跳同时同频传输的能力和分布式天线高效覆盖的特性,为提升小区边缘和严重阴影衰落区域的频谱效率提供了一种有效途径。在自干扰抵消非理想的多用户场景下,利用分布式多天线波束成形可实现对系统中自干扰和多用户干扰的联合抑制。为此,该文首先建立了在各分布式天线节点独立发射功率约束下最大化多用户端到端和速率的最优化系统模型,进而提出一种双层迭代算法,解决原问题的非凸性求解难题。仿真结果验证了算法的有效性,表明在多用户分布式天线全双工中继系统中,所提波束成形设计能够有效抑制自干扰和多用户干扰,显著提高系统频谱效率。     

基于过时信道信息的多用户中继网络性能分析

该文对基于非实时信道状态信息(Channel State Information, CSI)的多用户放大转发(Amplify-and- Forward, AF)协作通信系统的性能进行分析。系统采用一点对多点的通信系统模型,中继节点根据过时的CSI选择用户。通过推导得出中断概率、信道容量和符号错误概率(Symbol Error Rate, SER)的近似表达式。理论分析适用于链路同分布或者非同分布。仿真结果验证理论的正确性,并说明了各种参数对系统性能的影响。同时指出,增加用户数并不能提高系统性能,性能的提高可以通过改变中继的位置来实现。     

Beamforming for Downlink Multiuser MIMO Time‐Varying Channels Based on Generalized Eigenvector Perturbation

A beam design method based on signal‐to‐leakage‐plus‐noise ratio (SLNR) has been recently proposed as an effective scheme for multiuser multiple‐input multiple‐output downlink channels. It is shown that its solution, which maximizes the SLNR at a transmitter, can be simply obtained by the generalized eigenvectors corresponding to the dominant generalized eigenvalues of a pair of covariance matrices of a desired signal and interference leakage plus noise. Under time‐varying channels, however, generalized eigendecomposition is required at each time step to design the optimal beam, and its level of complexity is too high to implement in practical systems. To overcome this problem, a predictive beam design method updating the beams according to channel variation is proposed. To this end, the perturbed generalized eigenvectors, which can be obtained by a perturbation theory without any iteration, are used. The performance of the method in terms of SLNR is analyzed and verified using numerical results.