面向飞行器载体的毫米波大规模共形天线阵列预编码技术研究
批准号:
62101608
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵磊
依托单位:
学科分类:
空天通信
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵磊
中文摘要
毫米波大规模多输入多输出系统是解决空中大容量数据传输的新架构,预编码技术是其关键技术之一。目前,预编码技术的研究主要面向地面场景采用的平面天线阵列。在空中高速移动宽带通信系统中,受飞行器载体空间及气动特性等条件约束,大规模天线阵列部署在飞行器上时,需要与飞行器表面形成“共形”,而针对共形天线阵列的预编码技术尚未有深入研究。本项目拟结合飞行器载体空间物理特性,通过研究共形天线阵列的最优化结构布局,及基于离线预定义码本的码本设计和搜索算法,解决共形天线阵列的预编码技术问题,并利用多维度辅助信息,掌握面向空中飞行器高速移动场景的高效波束追踪方案,为空中高速移动宽带通信系统的应用提供技术参考。
英文摘要
Millimeter-wave massive multiple input multiple output (mmW-MIMO) system is the potential technology for the data transmission with high capacity in the space-air-ground (SAG) wireless communications. Precoding technology is one of the key technologies in the mmW-MIMO system. In the SAG scenarios with high capacity and high mobility, due to the space constraints of the aircraft carrier, when the massive antenna array is deployed on the aircraft, it needs to form a "conform" with the surface of the aircraft. Therefore, unlike traditional planar antenna arrays, solving the precoding problem of conformal antenna arrays is one of the key issues in the application of mmW-MIMO systems in the SAG communication scenarios. However, little research work has been done for the precoding design of conformal antenna arrays. In this project, we focus on the research of the precoding technology of the conformal antenna array by studying the optimized conformal antenna structure layout, the design of the offline predefined codebook, and the efficient beam tracking scheme assisted by multi-dimensional information, which could help to pave the way towards the applications of the future high capacity SAG wireless communication systems.
在空中大容量高速宽带移动通信系统中,为了克服传统阵列应用在飞行器上时面临的尺寸、空间、重量、成本等方面的问题,稀疏阵列技术应运而生。稀疏阵列设计的核心思想是通过增大传感器之间的间距,减少阵列中传感器的数量,降低阵列的成本和尺寸。稀疏阵列可以使用较少数量的传感器,来实现与传统均匀线性阵列相同或更大的均匀自由度,并且能有效的减少传感器间的互耦效应。本项目结合互质阵列提出一种能以较少的物理传感器实现远超物理传感器数量自由度的稀疏阵结构,同时降低了传感器间的互耦效应。另外,传统的全数字预编码技术需要配备大量昂贵的射频链路,硬件电路成本高且功耗大,难以应用到空中大容量高速宽带移动通信系统中。而混合预编码技术作为一种低成本的替代方案而被广泛研究。混合预编码技术的思想是利用一个低维的既可调幅也可调相的数字预编码器以及一个高维的只可调幅的模拟预编码器来替代全数字预编码器,由于所需的射频链路数目由数字预编码器的维度决定,故混合预编码器仅需少量射频链路,成本低、功耗低,更易于实际实现。本项目首先利用分式规划方法将混合预编码优化问题分解为两个不相关的子问题。其中数字波束成形器的更新基于近似线性块坐标下降方法,与传统的拉格朗日乘子法相比,近似线性方法避免了矩阵求逆的操作和高精度拉格朗日乘子的搜索,并具有闭合形式的表达式。对于模拟预编码器,本项目提出了一种通用的迭代坐标上升算法,该算法的复杂度显著优于最大最小化算法和交替方向乘子算法。最后,为了提升系统传输可靠性,本项目以降低误码率为目标,提出了基于逐元素迭代的混合预编码方案。仿真结果表明,本项目所提出的混合预编码方案在频谱效率、能量效率和误码率性能指标上优于目前文献报道的方案。本项目提出的稀疏阵列结构、混合预编码技术可为空中高速移动宽带通信系统的应用提供技术参考。
空天地毫米波宽带通信波束赋形技术研究
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批准号:2020A151501219
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2020
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负责人:赵磊
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依托单位:
Brd4介导IGFBP-3影响食管癌放疗后DNA损伤应答的作用机制
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批准号:2020A151501030
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2020
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负责人:赵磊
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依托单位:
Brd4A调节DNA损伤应答影响食管癌放疗敏感性的机制研究
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批准号:81874220
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项目类别:面上项目
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资助金额:53.0万元
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批准年份:2018
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负责人:赵磊
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依托单位:
国内基金
海外基金