波束赋形和迫零
无线物理层安全通信中的波束成形技术研究
无线物理层安全通信中的波束成形技术研究物理层安全技术利用无线信道特征来实现安全通信,有效克服了传统安全技术依赖于窃听者有限能力的缺陷。
随着多天线系统的快速发展和应用,基于多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)波束成形的物理层安全传输技术能够充分利用空间自由度来开发合法信道和窃听信道的差异性,同时满足了无线通信的可靠性和安全性需求,因而成为当前无线通信领域的研究热点。
其中,保密容量之外的安全目标下的低复杂度波束成形算法、适用于不同误差模型下鲁棒性更强的波束成形算法以及有限反馈波束成形算法的保密性能分析等成为了物理层安全研究中的关键和难点问题。
本文围绕这些问题在合法信道和窃听信道不同信道状态信息(Channel State Information,CSI)情况下进行了研究。
本文首先从理想CSI情况下的波束成形设计出发,针对多用户多天线高斯窃听信道(Multi-antenna Gaussian Multi-Receiver Wiretap Channel,MG-MRWC)模型中保密容量难以计算和用户间干扰(Inter-User Interference,IUI)导致信号交叉的问题,研究了保密和速率最大化和信干噪比(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio,SINR)平衡两个问题,提出了以迫零(Zero Forcing,ZF)和信漏噪比(Signal-to-Leakage-and-Noise Ratio,SLNR)为基本准则的波束成形算法。
为了验证SLNR准则度量保密性能的有效性,以多输入单输出多天线窃听(Multiple-Input Single-Output Multi-antenna Eavesdropper,MISOME)系统为例,本文从信号泄漏的角度定量分析了不同天线数目情况下SLNR波束成形算法的保密性能。
mmse 混合波束赋形
mmse 混合波束赋形
混合波束赋形是指在多输入多输出(MIMO)无线通信系统中，在发送端使用多个天线和适当的信号处理算法，将信号能量聚焦在接收端的特定区域，以提高信号传输的效果。
MMSE (Minimum Mean Square Error)是一种常用的信号处理算法，它利用统计学方法和最小均方误差准则来优化接收信号的质量。
在混合波束赋形中，MMSE算法用于选择合适的波束权重，使得接收信号的均方误差最小化。
混合波束赋形中的波束是指在特定方向上的信号增益，通过调整波束权重，可以改变信号在空间中的传播方向和强度。
混合波束赋形将多个天线的信号进行线性组合，并通过适当的信号处理算法来优化波束权重。
通过使用混合波束赋形，可以在多路径传输环境中，提高信号传输的可靠性和容量。
它可以减少信号的干扰和衰落效应，并提高抗干扰能力。
此外，混合波束赋形还可以通过减少功率消耗，延长终端设备的电池寿命。
总之，混合波束赋形结合了多个天线和MMSE算法，通过优化波束权重，可以在MIMO系统中提高信号传输的性能和可靠性，从而实现更好的无线通信体验。
MassiveMIMO与波束赋形关系及背后的信号处理
MassiveMIMO与波束赋形关系及背后的信号处理人类对高速移动数据的渴求是无止境的。
可是，在城市环境中可用RF频谱已经饱和，显然需要提高基站收发数据的频谱利用率。
提升基站频谱效率的一种方案是通过基站内的大量天线实现同一频率资源与多台空间上分离的用户终端同时通信，并利用多径传输。
这种技术常被称为Massive MIMO（大规模多入多出）。
您可能听到过Massive MIMO被描述为大量天线的波束赋形。
随之而来的问题是：何谓波束赋形？波束赋形与Massive MIMO的关系不同的人对于波束赋形这个词有着不同的理解。
波束赋形是指根据特定场景自适应的调整天线阵列的辐射图。
在蜂窝通信中，许多人认为波束赋形是将天线功率主瓣指向用户，如图1所示。
图1. 传统波束赋形调整各天线收发单元幅度和相位，使得天线阵列在特定方向上的发射/接收信号相干叠加，而其他方向的信号则相互抵消。
一般不考虑阵列和用户所处的空间环境。
这是波束赋形，不过只是它的一种特别实现。
Massive MIMO可被视为更广泛意义上的波束赋形的一种形式，不过它与传统形式相去甚远——•Massive意指基站天线阵列中的大量天线；•MIMO意指天线阵列使用同一时间和频率资源满足空间上分离的多位用户的需求。
Massive MIMO也认为在实际系统中，天线与用户终端—以及相反过程—之间传输的数据经过了周围环境的滤波。
信号可能会被建筑物和其他障碍物反射，这些反射会有相关的延迟、衰减和抵达方向，如图2所示。
天线与用户终端之间甚至可能没有直接路径。
人们发现，这些非直接传输路径同样有利用价值。
图2. 天线阵列和用户之间的多路径环境为了利用多路径，天线元件和用户终端之间的空间信道需要加以表征。
文献中一般将这种响应称为信道状态信息(CSI)。
此CSI实质上是各天线与各用户终端之间的空间传递函数的集合。
用一个矩阵(H)来收集此空间信息，如图3所示。
下一节将详细讨论CSI概念及其收集方法。
【国家自然科学基金】_迫零算法_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词 迫零 多输入多输出 预编码 迫零算法 迫零波束成形 误码率 用户选择 广播信道 天线选择 频谱效率 频谱利用率 随机波束形成 速率和 通信技术 迫零检测 迫零(zf) 载波频偏 空时编码 空时分组编码 码本 用户丢弃准则 球形译码 渐进最优 正交频分复用 最小均方误差 最大似然检测 最优化 时频双选信道 效用函数 故意时延 异步 并行多用户检测 多输入多输出系统 多输入多输出(mimo) 多载波码分多址 多用户选择 多用户分集 多用户mimo 多小区 复杂度 基站协作 块对角化 均衡 启发式g-s正交化 吞吐量 单用户mimo 协作通信 分集度 分布式天线 信道预测误差 信号泄漏噪声比 串行多用户检测
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
科研热词 推荐指数 随机矢量量化 1 迫零解 1 迫零检测 1 贝尔实验室分层空时架构 1 贝叶斯理论 1 计算复杂度 1 自适应反馈 1 相关旋转预编码 1 球形译码 1 检测算法 1 最小均方误差 1 无线光通信 1 排序 1 拉格朗日函数 1 快速递归算法 1 小区间干扰清零 1 多输入多输出系统 1 多输入多输出 1 多小区协作 1 可靠性 1 分层空时系统 1 信道状态信息 1 串行干扰消除 1 turbo-blast系统 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
beamforming波束赋形解析PPT教学课件
a subset of the previous subphases
beam refinement transactions 站点间可以通过一个类似于波束优化交易的 请求回应信息交换来探测一个更广泛的传输 接收AWV集合
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波束优化BRP
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波束优化BRP
由于60GHz频谱在大多数国家有大段的频率可供使用，802.11ad 每条 信道的带宽可达到2.16GHz， 这将是802.11n 信道的50倍。
由香农定律：信道容量极限=信道带宽×log(功率／噪声)，容易得出， 信道容量极限随着信道带宽和有效传输功率的增加而增加。由表可以看出， 60GHz波段无线通信的极限数据传输率约为802．1ln的80倍，UWB的 200倍。
820.11ad简介
继802.11n和802.11ac之后用来满足对多路高清视频和无损音频超过 1Gbit/s 码率的要求。实现7Gbit/s 的超高数据速率，主要用于家庭内部无线 高清音视频信号的传输，为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案。
自适应波束赋形 多种物理层类型 PBSS 网络架构 mmWave 信道接入 快速会话迁移
BRP Setup 允许站点之间交换波束优化能力信息并且可以请求其他子阶段的执行
MID：Multiple sector ID Detection 在MID阶段，一个准全向传输模型将会对一 些接收AWV进行测试
BC：Beam Combining
在BC阶段，一小部分接收传输AWV将会被成对组合着进 行测试，这样就避免了准全向模式的使用
60GHz无线信号的能量具有高度的方向性，99．9％的波束集中在 4．7度范围内，此无线频率适合点对点的无线通信对高方向性天线的 要求。在此频段上固定天线尺寸，天线辐射能量集中于很窄的波束宽 度内，因此不同的60GHz无线信号之间的干扰很弱。
beamforming波束赋形解析
西安电子科技大学
宽带、传输速率高
60GHz特点
60GHz无线通信网络具有带宽大、允许的最大发射功率高等固有特性， 可以满足高速无线数据通信(>1Gbps)的需求。
由于60GHz频谱在大多数国家有大段的频率可供使用，802.11ad 每条 信道的带宽可达到2.16GHz， 这将是802.11n 信道的50倍。
BRP Setup 允许站点之间交换波束优化能力信息并且可以请求其他子阶段的执行
MID：Multiple sector ID Detection 在MID阶段，一个准全向传输模型将会对一 些接收AWV进行测试
BC：Beam Combining
在BC阶段，一小部分接收传输AWV将会被成对组合着进 行测试，这样就避免了准全向模式的使用
802.11ad 标准中的波束赋形协议 --Beamforming
西安电子科技大学
820.11ad简介
继802.11n和802.11ac之后用来满足对多路高清视频和无损音频超过 1Gbit/s 码率的要求。实现7Gbit/s 的超高数据速率，主要用于家庭内部无线 高清音视频信号的传输，为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案。
Feedback • SSW ACK
波束优化BRP
• BRP Setup • MID • BC • transaction
波束赋形协议
波束跟踪 BeamTracking
西安电子科技大学
确定发送接收最佳方向
扇区扫描SLS
ISS：initiator sector sweep发起站点扇区扫描。主要确定最佳发送方向 RSS：responder sector sweep回应站点扇区扫描。主要确定最佳接收方向 SSW Feedback：发起站点向回应站点发送一个SSW-Feedback帧
5G技术中的大规模天线阵列与波束赋形技术
5G技术中的大规模天线阵列与波束赋形技术随着移动通信技术的不断进步，人们对于更高速率、更可靠的无线通信需求也越来越大。
为满足这一需求，5G技术应运而生。
5G技术的核心之一就是大规模天线阵列与波束赋形技术，它们在提高数据传输速率和增强无线信号质量方面发挥着重要作用。
大规模天线阵列是5G系统中基础设备的重要组成部分。
传统的无线通信系统多采用单一的天线发射信号，而大规模天线阵列是由数十个乃至数百个天线组成的阵列。
这种天线阵列的设计类似于雷达天线，但其目的是更好地聚焦和捕捉无线信号。
通过将多个天线的信号相互干涉叠加，可以增加无线信号的传输距离和传输速率，实现更强的信号覆盖。
而波束赋形技术是5G技术中另一项重要技术。
波束赋形是通过调整天线阵列的相位和幅度，使得无线信号能够准确地聚焦在特定的用户或区域。
传统的通信系统在发送信号时会将信号辐射到周围的空间中，效果相当于将信号均匀地向四面八方辐射。
而波束赋形技术则可以将信号按照指定的方向进行辐射，提高了信号的传输效率和容量。
通过使用波束赋形技术，可以将大量的能量聚焦在用户所在的位置，从而提供更强的信号强度和更高的数据传输速率。
大规模天线阵列和波束赋形技术的结合，可以实现更好的信号覆盖和更高的数据传输速率，为5G技术的推广和应用提供了重要的技术支持。
大规模天线阵列可以提高信号覆盖范围和干扰抑制能力。
通过将多个天线的信号聚合在一起，可以提高信号的强度和覆盖范围，同时在传输过程中还可以对多径干扰进行抑制，提高信号的传输质量。
波束赋形技术可以提高数据传输速率和系统容量。
通过将无线信号进行精确定向，可以将信号能量集中在用户所在的位置，提高信号的传输速率和系统容量。
但是，大规模天线阵列和波束赋形技术在应用过程中也面临一些挑战。
由于天线数量的增加，天线之间的相互干扰成为一个问题。
当天线之间相互干扰时，可能会降低系统的传输质量。
大规模天线阵列和波束赋形技术的实现需要更高的计算和处理能力，这对于基站设备来说是一项挑战。
LTE技术简介 (2)
“Single and Multi-Carrier Quadrature Amplitude Modulation” Lajos Hanzo, William Webb, and Thomas Keller
UpPTS
Normal cyclic Extended cyclic
prefix in uplink prefix in uplink
7680Ts 20480Ts 23040Ts 25600Ts 7680Ts 20480Ts 23040Ts
-
-
2192Ts
4384Ts
-
2560 Ts
5120 Ts
-
LTE物理链路原理框图
发射机
Turbo编码 （QPP交织）
速率匹配 Bit加扰
比特-数据 调制
OFDM调制 MIMO发射
并行 Turbo解码
速率匹配 比特解扰
数据-比特 解调
MIMO-OFDM
均衡
接收机
信道
LTE系统需求（1）
部署
FDD ； TDD； 可切换入/出以前的3GPP无线接入技术
传输延迟与用户容量
Ts = 1/30.72MHz ≈ 32.55ns 2048 Ts=66662.4ns
15k子载波宽带
LTE-TDD的上下行资源配置
Table 4.2-2: Uplink-downlink configurations.
Uplinkdownlink configuratio
n 0
1
2
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波束赋形和迫零
波束赋形和迫零都是通信领域中的重要概念。
波束赋形是一种技术，用于控制天线阵列中的波束方向和形状，以提高通信系统的性能。
在波束赋形中，天线阵列被配置为发射或接收特定方向的波束，从而提高信号质量和减少干扰。
波束赋形技术广泛应用于无线通信、雷达和卫星通信等领域。
迫零是指在信号处理中，将信号通过滤波器处理后，滤掉不需要的频率分量，只保留需要的频率分量，从而提高信号的质量和减少干扰。
迫零技术通常用于去除噪声和减少带宽占用，从而提高通信系统的性能。
在通信系统中，波束赋形和迫零技术都是非常重要的技术。
波束赋形可以提高通信系统的性能和覆盖范围，而迫零技术可以提高通信系统的频谱和带宽利用率。
这两种技术的应用可以帮助通信系统更好地满足用户需求，提高通信质量和效率。