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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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高通量毫米波超大规模相控阵通信系统波束倾斜效应

王志强,刘嘉伟,王军,岳光荣

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 560-570 doi: 10.1631/FITEE.2000451

摘要：毫米波频段巨大的通信带宽，为超高速率通信传输提供了有效途径。然而，毫米波频段路径损耗严重限制了系统传输距离。使用大规模阵列天线进行波束成形提高增益，可有效补偿高路径损耗的影响。但是，在大带宽条件下，大规模阵列天线波束特性的改变将影响远距离毫米波通信系统性能。本文讨论了大规模相控阵宽带波束倾斜效应对毫米波单载波频域均衡（SC-FDE）通信系统的影响。考虑毫米波LoS-MISO系统，发射机部署大规模相控阵，接收机部署单个天线接收信号。空间无线信道假设为单径LoS信道。模拟相控阵列作用是形成空间波束指向固定方位接收机。对于毫米波通信而言，选择单载波频域均衡（SC-FDE）方案更适合实际实现。综上，在毫米波通信系统中采用大规模相控阵可以提高通信传输距离。但在大规模阵列和高宽带情况下，大规模相控阵列中的宽带波束倾斜效应会导致波束增益降低和系统码间干扰。

关键词：超大规模相控阵；毫米波；波束倾斜；Zadoff-Chu；单载波频域均衡

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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。当主用户基站、次级用户基站、中继基站的天线数目趋于无穷大时，传输性能与快衰落无关，主、次网络之间的干扰能被完全消除，次级网络传输性能与干扰温度无关，次级网络可用峰值功率进行传输而不对主用户网络产生干扰。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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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。因此，通过信道估计获得的信道状态信息（CSI）不仅是通信的基础，也含有发射端、接收端和周围散射体的位移和移动的附带信息。毫米波系统中的通信定位一体化是基于CSI或CSI相关参数的。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。通过复用毫米波通信的基础设施来部署定位既方便又划算。毫米波频段的电磁特性决定了毫米波通信的高方向性。因此，位置信息（包括速度）与毫米波通信的各个方面有关，例如自由空间路径损耗、多普勒频移、信道质量、波束方向、阻塞和干扰水平。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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带有天线选择的混合精度ADC多小区大规模MIMO毫米波系统的性能分析和功率优化

周涛,陈贵潮,王承祥,章嘉懿,刘留,梁逸群

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 571-585 doi: 10.1631/FITEE.2000509

摘要：大规模MIMO和毫米波是5G的两个关键技术。其中大规模MIMO技术能充分挖掘空间资源，在不增加时频资源的情况下显著提高无线通信系统的频谱效率和能量效率；同时，毫米波频段由于具有大量的带宽资源受到了人们的青睐。在大规模MIMO系统中，每个基站要配备上百根天线，同时也要配备与天线数量相对应的射频、ADC等硬件设施，导致基站的功耗和成本急剧增加。采用毫米波频段进行通信的问题是路径损耗大、穿透能力差等。本文针对大规模MIMO和毫米波存在的问题，提出一系列解决方法，为大规模MIMO和毫米波的实际应用提供了一定的理论基础。在多小区大规模MIMO毫米波系统中，发送端和接收端均采用了模数混合波束成形技术以克服毫米波频段带来的路径损耗问题，并通过减少用户和基站端射频链的数量降低终端的成本和功耗。

关键词：毫米波；大规模多输入多输出；混合模拟-数字转换器；性能分析；天线选择

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密集城区场景毫米波电波传播测量和分簇信道建模

张沛泽1,2,王海明1,2,洪伟1,2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 471-487 doi: 10.1631/FITEE.2000489

摘要：随着毫米波无线通信技术日趋成熟以及2019年世界无线电大会（WRC-19）正式将24.25–27.5、37–43.5、66–71 GHz等频段分配给国际移动通信系统，预计毫米波通信系统近期将陆续在世界范围内大规模商用部署本文基于信道实测数据探明了在典型的密集城区场景和毫米波频段下信道多径分簇特性，为未来毫米波系统传输设计和覆盖优化提供了研究基础和实验依据。该系统可灵活支持多频段多场景信道测量，实现空-时-频多维信道特性获取。我们在两种典型密集城区环境以及28和39 GHz两个典型5G毫米波确认频段开展了大量信道实测，构建了信道实测数据库。，毫米波系统在NLoS场景下的覆盖范围可达到200米以上；相比于全向信道而言，簇内时延和水平角度扩展远小于全向信道的结果，并且随着工作频率升高，两者均呈现减小趋势；当接收机或用户在同一水平维度时，全向和簇内接收俯仰角度扩展近似最后，结合测量和建模结果，为毫米波无线通信的物理层设计提供了参考。

关键词：毫米波通信；分簇；绕射；多路通道；传播测量

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OAM-GSM毫米波无线通信系统建模与性能分析

张琪,熊绪胜,李强,韩涛,钟祎

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 527-547 doi: 10.1631/FITEE.2000444

摘要：如何进一步提高通信网络容量、支持更大规模的网络接入，成为亟待解决的关键问题。随着无线通信系统中使用的电磁波频率逐渐升高，OAM技术也受到广泛关注。受OAM状态对信号进行编解码的思想启发，本文设计了OAM-GSM毫米波无线通信系统。数值结果表明，与传统GSM通信系统相比，OAM-GSM毫米波系统虽然具有更复杂的收发机制，但其信道容量和最大能量效率分别提高80%、54%。同时，与传统GSM系统相比，通过采用提出的信道预编码算法，OAM-GSM毫米波系统的误码率下降91.5%。综上所述，文中设计的OAM-GSM毫米波无线通信系统具有良好性能，可作为未来移动网络的候选解决方案。

关键词：轨道角动量；广义空间调制；毫米波通信；信道容量；能量效率；误比特率

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车地通信中定向毫米波传播的实证研究

刘希晨,杨霖,余代中

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 503-516 doi: 10.1631/FITEE.2000464

摘要：随着对高速移动通信日渐增长的需求，人们迫切需要高速车载通信系统。毫米波频段由于其较广的带宽和丰富的频率资源而受到越来越多的关注。然而毫米波通信系统的设计高度依赖于各种环境下的无线信道特性；因此，有必要对不同场景下毫米波信道进行研究。现有的对于长距离传输中毫米波的通信信道特性的研究较为缺乏。本文基于信道实测数据研究了在1900米的长传输距离下41 GHz毫米波的车地通信的信道特征，为今后长距离传输下车地毫米波系统设计提供了研究基础。41 GHz毫米波通信信道收发器数字基带由模数转换器AD6688、数模转换器AD9163、两个XC7VX690T FPGA和ZYNQ7045芯片组成，在接收机的射频前端使用AD8362芯片记录RSSI值利用天线增益高的优点，毫米波探测器能够在长距离传播引起的高信号衰减后检测到毫米波信号。采用基于Golay互补序列对的时域信道测量方法完成车地场景下的信道脉冲响应(CIRs)测量。

关键词：毫米波；两径模型；均方根时延扩展；功率延迟分布；CI-TRH路径损耗模型

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用于毫米波性能空口测试的空间衰落信道重现技术：概念和实验验证

范伟1,Lassi HENTILÄ2,Pekka KYÖSTI2,3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 548-559 doi: 10.1631/FITEE.2000484

摘要：拥有大量可用频谱资源的毫米波（mmWave）频段使得毫米波通信被视为第五代（5G）蜂窝系统的关键使能技术。为使毫米波新无线电（NR）成为现实，工业界和学术界做出了巨大努力。毫米波NR的性能评估和测试是确保毫米波5G NR部署成功的关键和必不可少的步骤。极具吸引力和应用前景的毫米波空口（OTA）辐射测试方法是在实验室条件下模拟实际的传播条件对毫米波设备进行虚拟现场测试。本文首先讨论了在衰落信道条件下毫米波5G NR空口测量的需求和挑战。之后，详细介绍了两种有前景的候选测试解决方案，即无线线缆和多探头电波暗室（MPAC），其中包括这两种方案的原理、对毫米波NR的适用性以及主要挑战。

关键词：空间信道模型；空口测试；无线线缆；多探头电波暗室；FR2验证

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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。此外，详细回顾了当前无线通信网络中波束成形的分类方法，以及无线通信系统中常用的波束成形技术。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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面向5G多波束MIMO系统应用的基于先进LTCC封装的39 GHz双信道收发机芯片组 Aticle

余益明, 陈志林, 赵晨曦, 刘辉华, 吴韵秋, 尹文言, 康凯

《工程（英文）》 2023年第22卷第3期页码 125-140 doi: 10.1016/j.eng.2022.04.023

摘要：每个芯片包括两个可变增益变频信道，可以支持两个同时独立的波束。该芯片还集成了一个本地振荡器链和数字模块，用于多芯片的扩展和增益状态控制。此外，还开发了先进的低温共烧陶瓷工艺，用于封装39 GHz双信道收发机芯片组，实现了低封装损耗和两个发射（TX）/接收（RX）信道之间的高隔离。收发机的单信道通信链路测试显示，对于64 次正交幅度调制（QAM），误差矢量幅度（EVM）为3.72%，频谱效率为3.25 位⋅s⁻¹⋅ Hz多波束原型，用于执行5G毫米波应用的MIMO操作。用于单流和双流传输的空中通信链路表明，多波束原型可以覆盖5~150 m的距离，具有相当的吞吐量。

关键词： 5G 多波束多输入多输出毫米波收发机无线通信

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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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朱秋明1,2,姚梦恬1,柏菲1,陈小敏1,仲伟志3,华博宇1,叶溪娟1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第6期页码 767-776 doi: 10.1631/FITEE.2000497

摘要：提出一种通用的空地毫米波传播损耗模型。与现有传播损耗模型不同，本模型考虑了无人机高度因素，并将传播类型分为3种情况（视距、反射和绕射）。此外，本文模型能通过仿真或测量数据进行参数调整，从而扩展到其他空地通信场景。

关键词：传播损耗；无人机对地信道；毫米波通信信道；射线追踪；高度相关

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基于偏振复用传输毫米波信号至无线接入单元圈的双工光载无线通信链路研究 None

Tayyab MEHMOOD, Hina QAYYUM, Salman GHAFOOR

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第2期页码 300-306 doi: 10.1631/FITEE.1700056

摘要：提出一种光纤无线（RoF）分布式天线系统（ DAS）结构，将毫米波信号传输至4个不同的无线接入单元（RAU），RAU为环形拓扑结构。每个RAU接收下行和上行两个方向的128 Mb/s双重数据。偏振复用多波长信号源发射射频信号。使用远程外差检测每个RAU产生的25 GHz毫米波信号。该结构在保持良好误码率（BER）的同时提供更高覆盖率。

关键词：光纤无线电；毫米波；无线电接入单元

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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