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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：在传统无线通信系统如MIMO中，空间调制、广义空间调制等调制策略被提出，以提升毫米波通信系统的传输速率，同时频率、时间等传统自由度也已被充分利用。因此，基于以上自由度很难进一步提高通信系统性能。由于轨道角动量（Orbital Angular Momentum, OAM）波在理论上具有无限个状态，并且不同状态之间存在自然正交性，OAM技术可以为无线通信系统提供新的自由度。与传统的广义空间调制（GSM）系统相比，OAM-GSM毫米波无线通信系统能够带来显著的性能提升，可作为未来移动网络的候选解决方案。在OAM-GSM系统中，发射天线数量的增加使系统的误比特率（Bit Error Rate, BER）增大。为降低大发射天线数下的BER值，文中提出OAM-GSM系统预编码解决方案。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%。

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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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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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毫米波存在路径损耗大、难穿透等不利的传播特性，其覆盖范围受到很大限制。城市密集城区将是未来毫米波系统商用部署并发挥其大容量优势的主要应用场景。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。毫米波信道测量系统利用高性能矢量信号源和矢量信号分析仪搭建了射频前端可重构的双定向信道测量系统。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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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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28 GHz城市微蜂窝场景中上行与下行信道空间特性

姜涛,张建华,唐盼,田磊

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 488-502 doi: 10.1631/FITEE.2000443

摘要：目前，大多数毫米波频段的角度测量都在下行链路中进行，然后利用信道互易性来推断上行链路情况。尽管上行链路和下行链路的信道相关系数可以高达0.8，但这并不意味着它们完全相同。只有对真实的上行链路进行测量才能准确描述其信道状况，这也是本文的研究目的。在模拟上行链路和下行链路时，将配备有可旋转喇叭天线的接收机分别置于基站和用户终端。为提高角度分辨率，使用空间替代广义期望最大化（SAGE）算法提取多径分量（MPC），然后使用空间波瓣方法对MPC在功率角谱中分簇。通过将测量结果与标准信道模型比较，可以验证AoA的簇心角在上行链路和下行链路中均遵循高斯分布。最后，为簇内多径的AoA和功率建立二维高斯模型，以反映它们的相关性。

关键词：信道测量；毫米波；上行链路；下行链路；水平到达角

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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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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。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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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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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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毫米波调频步进雷达运动补偿方法研究

王桂丽,李兴国

《中国工程科学》 2008年第10卷第7期页码 184-187

摘要：

　毫米波调频步进（chirp-step frequency ， Chirp-SF）雷达是一种距离高分辨率雷达，但是存在严重的距离速度耦合问题

关键词：毫米波雷达调频步进多普勒运动补偿

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用以产生高纯度涡旋波束的宽带圆极化透射阵 Correspondence

邱靓婕1,2,3,4,李秀萍1,2,3,4,齐紫航1,2,3,4,赵文禹1,2,3,4,黄雨菡5

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第6期页码 927-934 doi: 10.1631/FITEE.2200539

摘要：测试结果表明，本文提出的透射阵有潜力应用于高容量无线通信和高质量雷达成像方面。

关键词：轨道角动量；涡旋波束；透射阵；宽带；高纯度

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航空宽带卫星通信系统前向链路中继性能分析 Research Articles

孔槐聪1,林敏1,何世文2,3,刘笑宇1,欧阳键1,朱卫平1,4

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第6期页码 790-801 doi: 10.1631/FITEE.2000445

摘要：高通量卫星系统可以满足未来高速率和大带宽的需求，在毫米波航空通信中扮演着重要角色。研究了航空宽带卫星通信系统前向链路的中断性能，其中从信关站到卫星的馈线链路使用自由空间光通信传输，从卫星到飞机的用户链路则在毫米波频段工作。

关键词：航空宽带卫星网络；自由空间光传输；高通量毫米波通信；中断概率；相位误差

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用于毫米波焦面阵成像系统的扩展半球介质透镜

孙忠良,窦文斌

《中国工程科学》 2000年第2卷第3期页码 42-47

摘要：

毫米波成像是近年来毫米波领域的一个研究热点，而焦面阵成像因其具有实时成像的优点更加受到重视。文中分析可用于焦面阵成像的扩展半球介质透镜。这种焦面阵成像结构将集成天线阵贴附在透镜背面接收透镜聚焦的功率，消除了集成天线工作在毫米波频段时存在的表面波对天线性能的影响，具有尺寸紧凑、损耗小的特点。采用Stmtton-Chu公式和射线追迹分析了电磁波人射到扩展半球透镜上时在其背面的场分布，即透镜的焦区场分布，以获得透镜用于焦面阵成像时的性能。为验证分析方法的正确性，对平面波垂直人射和会聚高斯束入射两种情形进行了实验验证，实验结果与理论分析吻合较好。该透镜天线还可用来消除常规集成毫米波系统中抛物面天线与集成前端之间的过渡，以降低损耗，改善系统性能，也可用于与准光系统的连接或耦合。该文结果将对上述应用提供理论指导。

关键词：毫米波天线成像扩展半球介质透镜