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Joint DOA and channel estimation with data detection based on 2D unitary ESPRIT in massive MIMO systems Article

Jing-ming KUANG, Yuan ZHOU, Ze-song FEI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第6期页码 841-849 doi: 10.1631/FITEE.1700025

摘要：针对大规模均匀矩形阵列提出了一种新型二维波达角和信道联合估计技术以及信号检测技术。传统波达角估计技术都建立在信道冲击响应已知的前提下，然而，在大规模天线系统中，信道估计非常具有挑战性。首先利用训练序列估计出用户与天线之间的联合信道冲击响应，然后利用该估计值基于酉ESPRIT算法获得二维角度估计，接下来可以获得不同路径的定向信道冲击响应估计。所提估计算法可以获得闭式解，避免了搜索和配对过程。与此同时，提出了一种简化的信号检测过程，该过程可以降低矩阵求逆的维度，从而降低检测复杂度。对多种情况进行了仿真验证，仿真结果证明了所提算法的有效性。

关键词：二维波达角估计；信道冲击响应估计；信号检测；均匀矩形阵列；大规模天线

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基于先验信息的5G及后5G毫米波大规模多入多出车载通信信道估计 Research Articles

易钊1,邹卫霞1,2,孙学斌1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第6期页码 777-789 doi: 10.1631/FITEE.2000515

摘要：毫米波（mmWave）被认为是5G及后5G高带宽车载通信的可行解决方案。为实现在未来车辆通信中的应用，鲁棒的毫米波车载网络非常重要。然而，一个挑战是，毫米波应在车辆或车辆到基础设施（V2I）之间提供高速和超高速数据交换。此外，由于车辆的高速移动引起毫米波信道快速变化，传统的实时信道估计方案难以实现。针对这些问题，提出一种毫米波V2I车辆通信信道估计方法。首先考虑快速运动的车辆场景，建立相应的快速时变信道数学模型。然后，利用基站与每个移动用户之间的时间变化规律和确定的到达方向，预测时变信道先验信息（PI）。最后，利用PI和信道特性对时变信道进行估计。仿真结果表明，在毫米波时变车载通信系统中，该方案在归一化均方误差和和率性能上均优于传统方案。

关键词：大规模多入多出；毫米波；信道估计；车辆通信；时变

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认知无线电网络中利用信道冲击响应的主用户仿真攻击检测技术 Article

Qiao-mu JIANG, Hui-fang CHEN, Lei XIE, Kuang WANG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第10期页码 1665-1676 doi: 10.1631/FITEE.1700203

摘要：在本文中，我们提出了一种在认知无线电网络中利用无线信道信息进行主用户仿真攻击检测的方法。在该方法中，我们利用信号源与从用户之间信道冲激响应的独特性，判断从用户接收到的信号来源是主用户还是仿真主用户。我们进一步推导了所提出检测方法的虚警概率和检测概率的闭合表达式。另外，为使所提出的检测方法在从用户没有主用户信号结构和内容先验信息的场景下也能顺利工作，我们提出了一种改进的基于子空间的盲信道估计方法。仿真结果表明，即使主用户与仿真主用户到从用户之间信道冲激响应的差别较小，所提出的主用户仿真攻击检测方法也能取得较好的检测性能。

关键词：认知无线电网络；主用户仿真攻击；基于子空间的盲信道估计；信道冲击响应

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多用户大规模MIMO系统中基于压缩感知的结构化联合信道估计 Article

Ruo-yu ZHANG, Hong-lin ZHAO, Shao-bo JIA

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第12期页码 2082-2100 doi: 10.1631/FITEE.1601635

摘要：由于在基站处部署了大量天线，因而在大规模MIMO（multiple input multiple output）系统中发射机端获取信道状态信息需要大量的导频开销。为降低该系统所消耗的导频资源，本文基于压缩感知技术，提出了一种结构化联合信道估计的方法。首先分析了实际散射环境造成的角度域信道稀疏性，其中大规模MIMO系统中地理位置临近用户的信道矩阵存在共有稀疏结构和独立稀疏结构。同时，在压缩感知的框架下，用户配备多根天线能够进一步缓解导频开销的问题并能够提高信道估计的质量。在此基础上，本文提出了一种结构化联合信道估计算法，该算法能够以低导频开销联合估计多个用户的信道状态信息。此外，提供了该算法的共有支撑集恢复的概率上界和信道估计质量的上界。仿真结果表明该结构化联合信道估计算法能提供比现有算法更低的导频开销和更高的系统吞吐量。

关键词：压缩感知；多用户大规模MIMO；频分双工；结构化联合信道估计；导频开销降低

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图像边缘检测二维小波算法研究与实现

张红岩,张登攀

《中国工程科学》 2003年第5卷第4期页码 61-64

摘要：小波变换具有检测局域突变的能力，而且可以结合多尺度信息进行检测，因此成为图像信息边缘检测的优良工具。根据二维小波变换的特点,分析了利用二维小波进行图像边缘检测的基本原理，并设计了利用二维小波变换进行多尺度边缘匹配的检测算法。基于研究结果，编写了计算机应用程序，进行实例分析。

关键词：小波变换多尺度边缘检测

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Indoor massive multiple-input multiple-output channel characterization and performance evaluation Article

Jian-zhi LI, Bo AI, Rui-si HE, Qi WANG, Mi YANG, Bei ZHANG, Ke GUAN, Dan-ping HE, Zhang-dui ZHONG, Ting ZHOU, Nan LI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第6期页码 773-787 doi: 10.1631/FITEE.1700021

摘要：介绍了室内环境下的大规模天线阵列信道测量，天线阵列形式包括64阵元虚拟线阵、64阵元虚拟面阵以及128阵元虚拟面阵。3种不同形式的阵列结构通过三维机械转台构造得到。对实测数据进行了基本信道参数萃取，参数包括路径损耗、阴影衰落、功率时延谱和均方根时延扩展。同时给出了上述信道参数的频率依赖性分析，以及阴影衰落与均方根时延扩展的相关性分析。利用实测数据，对基于匹配滤波器的码间干扰消除性能进行了评估，给出了其他信道性能指标如信道香农容量、信道状态数以及信道富裕度的分析结果。分析结果表明：对于具有丰富反散射体的室内环境，即使在直射径存在的情况下，实际大规模天线阵列信道的性能可以接近于独立同分布瑞利信道。

关键词：大规模天线阵列；信道建模；5G；阴影衰落；时延扩展；匹配滤波器；香农容量；信道状态数；信道富裕度

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Beamforming techniques for massive MIMO systems in 5G: overview, classification, and trends for future research Review

Ehab ALI, Mahamod ISMAIL, Rosdiadee NORDIN, Nor Fadzilah ABDULAH

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第6期页码 753-772 doi: 10.1631/FITEE.1601817

摘要：大规模天线与波束成形技术是下一代移动通信系统（5G）的关键技术。主要介绍了当前大规模天线系统中波束成形技术的发展现状，阐述了波束成形技术如何有效解决大规模天线系统实用化中的问题。进一步从改善系统吞吐量与降低蜂窝间干扰的角度出发，通过分析与比对获得了大规模天线系统中的最优波束成形方案。同时，通过总结现有文献，明确了基于最优波束成形方案的大规模天线系统可以满足下一代无线通信系统的数据传输需求。

关键词：波束成形；大规模天线；毫米波

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提高地下金属管振动波测试中冲击响应信号的信噪比

韩修廷,王洁春,焦振强,高飞,宋宇波

《中国工程科学》 2005年第7卷第10期页码 64-68

摘要：

提出了在套损振动波检测过程中提高信号信噪比的方法。检测过程中，在井口敲击套管并接收、分析套管的回波，以了解介质的变化情况。由于反射波信号强度较微弱，单纯用一组接收信号无法进行正确的套损分析，采用信号增强方法，即利用多个类似信号进行叠加，增强反射波的有效信号，降低背景噪声，从而得到有用信息，进行正确的套损状况分析。开发了相应的信号处理软件，提高了信号处理速度。通过10井次的测试表明，技术原理可行，软件工作稳定、可靠，便于操作，可以进行多种方法的信号处理，极大地提高了工作效率。

关键词：振动波反射波信号增强信号叠加

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毫米波系统中的通信定位一体化技术

杨杰1,徐靖1,李潇1,金石1,高波2,3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 457-470 doi: 10.1631/FITEE.2000505

摘要：本文解释了毫米波系统中的通信定位一体化技术，该技术共享同一套硬件架构和算法体系；阐述了基于超大规模天线阵列和模型驱动神经网络的通信定位一体化技术；并为定位辅助的毫米微波通信提出全面的指导。此外，更加精确的位置估计减少了通信开销。毫米波通信系统中的定位旨在基于基站或锚节点发送或接收的一组无线参考信号，估计用户设备或代理节点的位置、速度和方向以及可能的散射体。（1）基于超大天线阵的定位随着天线维度逐渐上升，天线阵列辐射的近场区的距离也逐渐增大，因此用户和重要的散射体就更可能会被定位在阵列的近场区。基于球面波的大均匀线性阵列的标准响应模型，允许使用新参数表征路径，即在平面波的假设之下，除了常规参数之外，源和参考点之间的距离也可以用来表征路径。因此，近场效应有利于用波前曲率共同估计源的距离和方向。传统的毫米波通信完全基于估计的CSI运行，因此要求非常频繁的波束训练和信道估计过程，以克服毫米波信号所经受的大路径损耗和高阻塞概率。

关键词：毫米波；通信定位一体化；位置辅助通信；超大规模天线阵列；可重构智能表面；人工智能；神经网络

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基于太赫兹信道测量的频角二维反射系数建模 Correspondence

常钊玮1,张建华1,唐盼1,田磊1,于力1,刘光毅2,夏亮2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第4期页码 626-632 doi: 10.1631/FITEE.2200290

摘要：太赫兹信道传播特性对太赫兹通信系统的设计、评估和优化至关重要。此外，反射在信道传播中起着重要作用。本文基于大量的信道测量工作，对太赫兹通道的反射系数进行研究。首先，建立从220 GHz到320 GHz的太赫兹信道测深平台，入射角范围从10°到80°。根据实测的传播损耗，分别计算玻璃、瓷砖、木板、石膏板和铝合金五种建筑材料的频率和入射角的反射系数。因此，通过改进菲涅耳模型与洛伦兹和德鲁德模型，提出一个频角二维反射系数模型。该模型表征了反射系数的频率和入射角，与实测数据的均方根误差较小。总的来说，这些结果对于太赫兹通道的建模做出贡献。

关键词：太赫兹通信；反射系数建模；入射角；建筑材料；菲涅耳模型

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大规模天线多入多出认知无线网络中的多用户传输速率和能量分析 None

Shang LIU, Ishtiaq AHMAD, Ping ZHANG, Zhi ZHANG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第5期页码 674-684 doi: 10.1631/FITEE.1700081

摘要：讨论了在包含中继和大规模多入多出天线下的认知无线网络传输性能和能量分配问题。首先得到了在不考虑认知情况下的中继辅助大规模天线网络的下行传输性能，运用功率分配准则，第k个用户的渐近信干噪比与快衰落无关，当基站天线数和中继天线数的比值趋于无穷大时，整个传输过程的传输性能只与从中继到用户侧的传输有关接着给出了在完美和非完美信道情况下的认知大规模多入多出天线中继网络性能的闭式表达式。通过仿真，得到了系统传输速率与天线数目、中继功率、天线数目比值的关系。在多用户认知无线网络中，运用大规模多入多出天线的线性预编码方式能够极大减少干扰，提高传输效率，主用户网络和次级用户网络可以独立传输。

关键词：大规模多入多出；认知无线电；中继网络；传输速率；功率分析

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甚高频雷达复杂场景中目标高度和多径衰减联合估计 Research Articles

陈胜,赵永波,胡毅立,曹成虎,庞晓娇

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第6期页码 937-949 doi: 10.1631/FITEE.2100003

摘要：

由于多径效应的影响，甚高频雷达低角估计是雷达领域难题之一，尤其是在反射条件未知的复杂情况下，低角估计更难解决。针对这一问题，提出一种目标高度和多径衰减联合估计算法。该算法首先利用数据本身的特性估算反射系数幅度，当该幅度估计值很小时，认为没有反射信号，然后将反射系数的相位和直达信号与反射信号之间的相位差当作同一部分，即多径相位衰减，并对其进行搜索。最后，计算机仿真和实测数据处理结果表明，该算法在复杂场景下具有良好估计性能，并且在仅有单次快拍的条件下仍能较好地工作。

关键词：低角估计；甚高频雷达；复杂场景；多径效应；高度估计

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面向运动估计器硬件实现的加权块匹配检测算法

张霞,郑南宁,张光烈,吴勇,王少瑞,徐维朴

《中国工程科学》 2002年第4卷第1期页码 47-53

摘要：运动估计器的硬件实现是各种运动补偿视频处理算法在实际系统中运用的关键。由于块匹配运动估计算法较低的运算复杂度和硬件实现难度以及块匹配检测标准函数很高的调用频率，已经广泛应用到各种实际系统中。文中提出了加权最小最大误差的匹配检测标准，能够降低运动估计器的运算复杂度，减少估计器的硬件面积，提高硬件速度，而且能够降低递归搜索块匹配运动估计算法固有误差传递带来的负面影响。

关键词：视频处理运动补偿运动估计块匹配检测标准

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利用子空间的投影和跟踪改进OFDM信道估计

董亮,曹秀英,毕光国

《中国工程科学》 2006年第8卷第11期页码 86-93

摘要：

OFDM系统的LS信道估计可看作真实信道频率响应的一个有噪观察值，因此可采用子空间投影方法对噪声进行压缩。分析了利用子空间投影方法改进LSOFDM信道估计性能的实质，给出了利用子空间投影改进OFDM信道估计的一般框架，在此基础上将子空间投影推广到非LS信道估计方法。当信号子空间随时间变化时，需要采用子空间跟踪技术保持对信号子空间的良好估计，因此提出了一种基于子空间跟踪的参数化信道估计方法，仿真表明这种方法在性能上优于非参数化时的相应方法。

关键词： OFDM 子空间投影跟踪信道估计

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斜阶跃信号激励下耦合RLC互连线时延估计

李鑫,Janet M Wang,唐卫清,吴慧中

《中国工程科学》 2008年第10卷第11期页码 59-64

摘要：

考虑实际电路中激励信号不理想对耦合互连线时延分析的影响，建立了斜阶跃信号激励下的互连线时延模型，提出了一种基于耦合RLC互连线的时延分析方法该方法对已有的解耦算法进行了改进，将斜阶跃信号激励下的耦合互连线模型在线元分析阶段进行解耦，并结合二阶矩模型及改进的一阶模型对互连线的传递函数进行化简，进而给出耦合互连线的时延估计表达式。实验结果表明，互连线时延估计方法可以对耦合RLC互连线模型的时延进行有效评估。

关键词：斜阶跃信号耦合RLC互连线时延估计解耦二阶矩模型改进的一阶模型