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可扩展无蜂窝无线接入网性能分析:一种随机几何方法

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信号处理 2024年第8期40卷 1440-1451页

作者：郭云翔王东明夏心江张子扬凌捷胡彦丰东南大学移动通信全国重点实验室江苏南京210096 紫金山实验室江苏南京211111

无蜂窝无线接入网(Cell-Free Radio Access Network,CF-RAN)打破了传统的蜂窝组网方式,形成网络节点规模可扩展的无线接入网架构。CF-RAN在传统无蜂窝大规模MIMO(Cell-Free massive Multiple Input Multiple Output,CF-mMIMO)系统的基础上,对物理层功能进行了合理划分,包括远程射频单元(Remote Radio Unit,RRU)、边缘分布式单元(Edge Distributed Unit,EDU)和以用户为中心的分布式单元(User-Centered Distributed Unit,UCDU)以及中央处理器(Central Processing Unit,CPU),实现了CF-mMIMO系统协作传输中复杂度和性能之间的权衡。在该网络架构中,RRU负责完成射频信号的发送和接收以及数模/模数转换;EDU负责完成基带信号处理中的信道估计、多用户/多数据流检测、多用户/多数据流预编码、上下行信道互易校准等;UCDU负责将接收到的多个EDU发送的属于同一用户的上行数据进行合并,将多个下行数据流分发给对应的EDU,以及RRU之间校准所需的信道估计;CPU负责确定EDU和UCDU之间的数据流对应关系。作为一种新型无蜂窝网络架构下,有必要对其系统级性能进行理论分析,特别是同时考虑信道随机性和空间位置随机性的性能分析,这是本文的主要研究动机。首先,考虑信道估计误差和导频污染的影响,采用可扩展的全导频迫零(Full-pilot Zero-Forcing,FZF)合并预编码,本文给出了系统上下行可达信号干扰噪声比(Signal-to-Interference-Noise Ratio,SINR)的闭合表达式。在此基础上,考虑用户设备(User Equipment,UE)和RRU的空间位置随机性,本文将UE和RRU的位置建模为有限区域内的两个独立二项式点过程(Binomial Point Process,BPP),推导出了用户速率覆盖概率的理论表达式,通过仿真验证了理论结果的准确性。在仿真中,本文在EDU-RRU关联方案上分别采用了基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的节点交织部署,基于k-means算法的节点聚类部署和随机节点部署。根据数值分析结果,可扩展CF-RAN架构实现了集中式处理和分布式处理之间的灵活权衡,在具备可扩展性的同时,系统性能方面优于全分布式架构,接近全集中式架构。此外,相比其他两种部署方案,基于GA的节点交织部署可以获得最好的性能,而基于k-means算法的节点聚类部署导致的性能损失最大。最后,根据随机几何分析结果,CF-RAN用户下行覆盖概率分别会随着EDU数量和UE数量的增加而降低。

关键词：无蜂窝无线接入网全导频迫零导频污染随机几何二项式点过程

非正弦激励下中频变压器铁损计算方法对比分析

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高电压技术 2017年第3期43卷 808-813页

作者：律方成郭云翔华北电力大学输变电设备安全防御河北省重点实验室保定071003

为了对非正弦激励下中频变压器(MFT)的铁芯损耗进行准确的计算,对比了几种基于原始Steinmetz公式(OSE)的铁损计算修正方法。首先,从修正原理上对上述修正方法进行了对比分析;其次,针对典型的中频变压器端口电压方波波形,并参考三角波电... 详细信息

为了对非正弦激励下中频变压器(MFT)的铁芯损耗进行准确的计算,对比了几种基于原始Steinmetz公式(OSE)的铁损计算修正方法。首先,从修正原理上对上述修正方法进行了对比分析;其次,针对典型的中频变压器端口电压方波波形,并参考三角波电压激励,推导了上述修正方法在这两种波形下的铁损计算式;然后通过搭建铁芯磁滞回线测量系统,对一纳米晶磁环铁芯在中频范围内的原始Steinmetz经验公式系数进行了拟合,并对比了铁芯方波与三角波激励下铁损密度实测值和各修正方法解析计算值。结果表明:Steinmetz波形系数公式(Wc SE)的误差最小,对纳米晶铁芯在中频非正弦激励下进行损耗计算,应用Wc SE最为准确。研究结果可为中频变压器在设计与优化阶段铁芯损耗的准确计算提供参考。

关键词：中频变压器铁芯损耗纳米晶经验公式法非正弦激励对比分析

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大功率中频变压器多目标参数优化设计

高电压技术 2017年第1期43卷 210-217页

作者：律方成郭云翔李鹏华北电力大学输变电设备安全防御河北省重点实验室保定071003 南车集团青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111

为了对电力电子牵引变压器300 k W功率单元中的中频变压器(HPMFT)进行优化设计,分析了大功率中频变压器绕组高频损耗、铁芯高频损耗以及漏感参数的计算方法。在此基础上,利用自由参数扫描法建立了其设计流程,依据综合评价系数选择了兼... 详细信息

为了对电力电子牵引变压器300 k W功率单元中的中频变压器(HPMFT)进行优化设计,分析了大功率中频变压器绕组高频损耗、铁芯高频损耗以及漏感参数的计算方法。在此基础上,利用自由参数扫描法建立了其设计流程,依据综合评价系数选择了兼顾变压器损耗、漏感与质量的最优方案。按照最优方案制造了样机,并对其参数进行了测试。对比解析设计与实验测试结果可知,样机铜耗、铁耗、漏感与质量的误差分别为7.99%、12.75%、6.98%和2.21%,均在可接受范围内,验证了该设计方法的正确性与有效性。

关键词：电力电子牵引变压器大功率中频变压器高频损耗漏感参数优化设计

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大功率中频变压器漏感计算及其校正方法

高电压技术 2016年第6期42卷 1702-1707页

作者：律方成郭云翔李鹏华北电力大学输变电设备安全防御河北省重点实验室保定071003 南车集团青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111

为在设计阶段对大功率中频变压器漏感值进行准确法估算,基于中频变压器一维等效模型,根据漏磁场分布特征,通过能量法进行了变压器漏感参数解析公式推导。在此基础上,根据理想漏磁场模型与实际的差异,修正了解析公式中绕组的电导率与漏... 详细信息

为在设计阶段对大功率中频变压器漏感值进行准确法估算,基于中频变压器一维等效模型,根据漏磁场分布特征,通过能量法进行了变压器漏感参数解析公式推导。在此基础上,根据理想漏磁场模型与实际的差异,修正了解析公式中绕组的电导率与漏磁场的计算高度。通过比较两台样机在50 Hz^10 k Hz频段下的漏感实测与计算结果,证实了对这2个参数同时进行校正,可使变压器漏感计算误差减小到5%以内,并进一步分析了仍然存在的误差产生的原因。通过样机1与样机2的漏感值对比,证明了绕组交叉换位技术可有效减小变压器漏感。

关键词：中频变压器漏感计算校正方法大功率电力电子变压器

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和父亲郭志鸿的谈话

人民音乐（评论） 2005年第9期 29-31页

作者：郭云翔中央音乐学院音乐学系

郭云翔:4月1 5日在中央音乐学院举办了您钢琴作品创作50周年音乐会,4月16日又举办了座谈会,各界反应热烈.您自己有何感受?

关键词：郭志鸿钢琴作品中央音乐学院音乐会演奏曲目

基于磁链分区的大功率中频变压器漏感参数计算方法

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电工技术学报 2016年第5期31卷 164-169页

作者：律方成郭云翔付超李鹏华北电力大学输变电设备安全防御河北省重点实验室保定071003 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 保定071003 南车集团青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111

基于中频变压器磁场一维等效模型,根据其分布特征,利用磁链分区思想,进行了中频变压器漏感参数解析计算公式推导。在此基础上,假设磁通与其所在区域的绕组不交链或全交链。通过取这两种假设条件下的平均值来简化漏感参数计算过程与解析... 详细信息

基于中频变压器磁场一维等效模型,根据其分布特征,利用磁链分区思想,进行了中频变压器漏感参数解析计算公式推导。在此基础上,假设磁通与其所在区域的绕组不交链或全交链。通过取这两种假设条件下的平均值来简化漏感参数计算过程与解析表达式。通过比较计算与实测结果,证实了这种计算方法的正确性与有效性。

关键词：电力电子变压器中频变压器磁链分区漏感参数计算

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非正交多址接入系统下行链路研究

非正交多址接入系统下行链路研究

作者：郭云翔海南大学

学位级别：硕士

凭借移动通信网络业务和多媒体业务的发展,人们前所未有地可以即时获得庞大的信息量。伴随着时代的发展和社会的进步,人们的精神文化诉求不断提高,而软、硬件技术的持续发展,使得人们对于移动互联网、多媒体服务乃至物联网、车联网有了... 详细信息

凭借移动通信网络业务和多媒体业务的发展,人们前所未有地可以即时获得庞大的信息量。伴随着时代的发展和社会的进步,人们的精神文化诉求不断提高,而软、硬件技术的持续发展,使得人们对于移动互联网、多媒体服务乃至物联网、车联网有了新的期许。这些业务的发展和升级离不开移动通信技术的支持,因此移动通信技术的发展也被赋予了新的使命,如更快的比特传输速率、更高的频带利用效率、更多的接入设备、更低的接入时延等。当前在LTE/LTE-A标准下被广泛使用的移动通信技术难以满足这些要求,必须要制定新的通信技术标准、发展新的移动通信技术。众所周知,历代移动通信标准中最为关键的技术便是其所采用的多址接入方式。第一代到第四代移动通信标准采用的多址接入方式普遍是正交的多址接入方式,它们都利用时域、频域、码域中的一个或两个来区分共享信道资源的不同用户。正交多址接入虽然有着用户检测简便的优点,但由于用户之间的正交诉求,大大制约了接入用户最大数量与系统最大吞吐量。因此在新一代移动通信系统中,研究者们希望可以提出一种非正交的多址接入技术。在此背景下,日本移动通信运营商NTT DOCOMO提出了功率域非正交多址接入（NOMA）技术方案。NOMA是指发射端通过功率复用技术使得多个用户信号叠加传输,将小区中用户分为若干个子载波用户组,同组用户根据不同的信道增益对发送功率进行分配,而不同用户组之间仍采用正交多址接入,当叠加用户信号到达各自的接收端时,将其他用户信号当作干扰进行监测和消除,从而实现当前用户信号的接收。本文总结目前国内外NOMA技术的研究现状,明确NOMA技术的应用前景和对未来移动通信发展的重要意义。将重点放在分析NOMA技术的工作原理与建立NOMA下行链路系统模型,研究NOMA系统中的关键技术包括发送端的子载波分组方案和功率分配算法、接收端的信号检测技术。此外,对比了NOMA技术与其他不限于利用功率域的新型非正交的多址接入的原理异同和性能优劣,介绍了一些NOMA技术与其他通信技术相结合的应用。在分析评估现有的NOMA系统关键技术后,利用由局部最优获得全局最优的贪婪算法,提出了一种NOMA下行链路子载波分组实现算法,相比传统的子载波分组方案如随机分组算法、全搜索分组算法,获得系统吞吐量和实现可行性上的性能增益;提出了一种基于粒子群优化算法的功率分配算法,相比传统的功率分配方案如固定功率分配、分数阶功率分配,提升了系统的能量效率;提出了一种基于多用户调制星座图干扰消除算法的NOMA下行链路接收机设计方案,相比SIC检测接收设计方案,降低了系统工作时延和差错概率。

关键词：非正交多址接入子载波分组功率分配信号检测干扰消除

基于双副边绕组DAB的级联型直流固态变压器拓扑与控制研究

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基于双副边绕组DAB的级联型直流固态变压器拓扑与控制研究

作者：郭云翔燕山大学

学位级别：硕士

中高压直流输电、新能源分布式发电、储能设备以及直流负荷的快速发展与成熟,对中高压直流配电网的应用提出了迫切的需求。直流固态变压器(DC Solid State Transformer,DCSST)作为中高压直流配电网应用中的关键环节,受到了国内外学者的... 详细信息

中高压直流输电、新能源分布式发电、储能设备以及直流负荷的快速发展与成熟,对中高压直流配电网的应用提出了迫切的需求。直流固态变压器(DC Solid State Transformer,DCSST)作为中高压直流配电网应用中的关键环节,受到了国内外学者的广泛关注。目前来说,DCSST的拓扑结构普遍采用双有源桥变换器(Dual Active Bridge,DAB)的串并联,但是该结构无法实现冗余设计和故障隔离,限制了其在中高压直流配网中的应用范围。另外,DAB也存在着高频链电压不匹配时功率回流大,轻载运行时不易实现零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)等问题。为了解决上述DCSST存在的问题,本文提出了一种基于双副边绕组DAB的级联型DCSST,它是由多个基于半桥Boost模块和双副边绕组DAB模块的DC-DC单元串并联而成。本文首先给出了级联型DCSST的主电路拓扑,并基于半桥Boost模块和双副边绕组DAB模块分析了级联型DCSST的工作原理和电压功率特性。同时,分别针对传统移相和拓展移相两种调制策略分析了双副边绕组DAB模块的轻载软开关特性,并且在这两种调制策略的基础上提出了轻载实际软开关方案。其次,对DC-DC单元能量双向传输时的电压和功率特性进行了分析,根据功率表达式分析了各DC-DC单元电感电容参数不一致时输入均压和输出均流控制的稳定性,给出了基于轻载实际软开关方案的均压均流控制策略。再者,为了保证级联型DCSST在不同运行状态下的可靠运行,分析了级联型DCSST的故障类型和故障特性,分别给出了外部和内部故障类型下的隔离保护方案,并分析和设计了系统的启动过程和容错方案。最后,根据级联型DCSST的工作原理和特性给出了磁性元器件的设计流程。设计搭建了1.2kW的实验样机,对级联型DCSST的工作原理、轻载软开关特性和均压均流控制策略的可行性和优越性进行了验证。

关键词：级联型DCSST 双副边绕组DAB 轻载软开关均压均流控制故障隔离保护

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基于轻量化需求的大功率中频变压器优化设计

系统仿真学报 2017年第1期29卷 154-161页

作者：律方成郭云翔李鹏河北省输变电安全防御重点实验室(华北电力大学) 河北保定071003 南车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

分析了大功率中频变压器绕组高频损耗与铁心高频损耗的解析计算方法,建立了其优化设计流程。采用自由参数扫描法,对一台面向电力机车轻量化应用的300 k W中频变压器进行了优化设计。通过建立评价系数公式,最优方案兼顾了变压器的损耗与... 详细信息

分析了大功率中频变压器绕组高频损耗与铁心高频损耗的解析计算方法,建立了其优化设计流程。采用自由参数扫描法,对一台面向电力机车轻量化应用的300 k W中频变压器进行了优化设计。通过建立评价系数公式,最优方案兼顾了变压器的损耗与重量。利用电磁有限元仿真计算软件Ansoft Maxwell,分别在二维涡流场与瞬态场中,对其中6组设计方案的绕组损耗与铁心损耗进行了仿真验证。对比解析设计与有限元仿真计算结果,两者误差在可接受范围内,验证了优化设计方法的正确性与有效性。

关键词：大功率中频变压器优化设计轻量化高频损耗有限元仿真