业务驱动的空天地海一体化网络技术研究

面向不断涌现的新型应用和业务需求,空天地海一体化网络具有全域覆盖、高效灵活、弹性可靠等优势,为众多领域的多样化业务场景提供智能、协同、高效的泛在信息服务,是未来移动通信系统的重要组成部分。首先,分析了空天地海一体化的国内外发展现状、网络架构及其面临的需求挑战;然后,以海量差异化业务的承载需求为驱动力,研究了网络切片、移动边缘计算、通感算一体化关键网络技术;最后,从智能化、融合化、安全化角度探讨了未来空天地海一体化发展方向。

面向月表多设施通信网络的通信塔部署方案

为在月球建立长期驻留的月面科研基地,实现局部网络的通信覆盖,提出了月球通信塔(lunar communication tower,LCT)的模型设计方法和多基站的部署方案。通过对月面探测任务与月表多设施通信网络的需求分析,设计了LCT的功能模块和模型结构。引入基于地理信息的覆盖场强预测模型,结合月表地形对通信链路的损耗影响,评估了多基站通信塔的有效覆盖与传输速率指标。在部署方案上,首先,在月球南极光照区范围内采用遍历法得到覆盖平均场强最大的主基站部署位置;随后,采用遗传算法最大化主基站半径10 km范围内的覆盖场强,对月球表面特定区域进行搜索,获取多个副基站的最佳部署位置;最后,针对集中式和分布式通信塔主、副基站的部署方案,进行了对应于CCSDS Proximity-1协议、长期演进(long term evolution,LTE)、Wi-Fi制式下覆盖性和传输速率的仿真分析,充分验证了月表多设施通信网络建设的可行性。

发展卫星移动通信

在人类历史经历跨世纪转折之际,卫星通信历史也将发生一次转折。随着21世纪的到来,卫星通信将进入个人通信时代,这个时代的最大特点就是卫星通信终端达到手持化,个人通信实现全球化,这一业务上的飞跃可与计算机工业中由大型机进入个人计算机,电子工业中由真空管进入固态器件相提并论。所谓个人通信,是移动通信的深一步发展,是面向个人的通信。

地震作用下桥梁防碰撞及防落梁措施研究综述

桥梁作为生命线工程的重要组成部分,一旦在地震中发生破坏,会造成巨大的经济损失和社会损失。地面上相邻的桥跨结构由于其动力特性存在差异及地震动输入的空间变化特性,地震发生时会引起相邻桥跨间的非同向振动,当桥跨间预留的间隙不能满足彼此的相对位移时就会发生相互碰撞,间隙过大时很容易引起落梁。针对相邻桥跨间的碰撞和落梁问题,对历次大地震中与碰撞和落梁相关的震害进行了回顾,介绍了纵桥向各种防碰撞与防落梁措施的研究现状,主要包括限位器、阻尼限位装置、模数式伸缩缝、减震装置以及组合限位装置五个方面。同时通过对研究现状的分析对以上各种防碰撞与防落梁措施的优点和缺点分别进行总结,进而对有待进一步研究的问题进行了展望。

基于EMD及ARMA的自相似网络流量预测

提出了一种基于ARMA(自回归滑动平均)模型的经验模式分解预测自相似网络流量的方法,进行了理论证明和仿真验证。结果表明,经验模式分解对长相关流量有去相关的作用,采用ARMA模型即可对自相似网络流量准确刻画,不但降低了算法的复杂度,而且预测精度高于径向基函数神经网络的预测精度。

深空探测通信技术发展趋势及思考

阐述了深空探测通信的重要地位和意义,就深空探测通信中的主要问题和特点开展论述,分析了深空探测通信的国内外研究现状。提出了利用地球静止轨道卫星编队的方法构建我国自主的天基连续测控和通信系统的构想,并以月球为中继、利用地月系统内的拉格朗日点开展深空探测。建议当前开展深空探测通信中星际互联网络体系结构、高效信道编码技术和空间协议研究的构想。

斜投影极化滤波器

极化滤波是高频雷达等系统抗干扰的主要手段.在斜投影技术基础上,本文通过分别建立目标信号和干扰的极化子空间,提出一种斜投影极化滤波器.该滤波器在抑制干扰的同时不会对目标信号产生影响,是传统极化滤波器的推广和完善.文中给出了斜投影极化滤波算子的构造方法,分析了极化参数估计偏差对滤波器性能的影响,并对其抗干扰效果进行了仿真.仿真结果表明斜投影极化滤波器是一种有效的极化滤波技术.

UWB无线传感器网络中基于匹配滤波检测的TOA估计

深入研究了UWB(ultra wideband)无线传感器网络中基于匹配滤波门限检测的TOA(time of arrival)估计算法.针对现有算法的不足,提出了一种三步TOA估计算法:先确定DP(direct path)搜索区域,然后使用门限检测确定DP的粗略位置,最后精确搜索到DP的中心.其中,用于计算检测门限的门限因子依据匹配滤波输出的峭度动态设置,设置模型独立于信道模式,其正确性通过与使用固定门限因子所获得的性能对比进行了验证.与其他算法的性能对比仿真结果表明,所提出的三步TOA估计算法在运算效率和TOA估计精度上取得了较好折衷,适合于当前实际应用.还通过对TOA估计误差的统计分析讨论了测距结果的可信度:依据峭度将测距结果划分为可信和不可信两个级别,并为各级别的TOA估计误差分别了建立概率密度模型.在定位模块中有效利用这些可信度信息,可进一步提高定位精度.

IR-UWB定位系统距离误差建模及性能研究

基于相干TOA测距算法,研究了IR-UWB无线室内定位系统中由脉冲信号传播特性导致的多径误差和NLOS误差的建模问题。首先利用IEEE 802.15.4a信道模型中的多径信息给出了与系统带宽有关的多径距离误差分布参数。结合IR-UWB信号穿墙传播几何结构,理论推导了穿墙额外传播时延导致的几何距离误差限。对完全NLOS环境下定位的仿真结果表明,利用NLOS距离误差信息直接对TOA测距结果的修正可以显著提高定位精度。

深空通信中Ka频段自适应纠删编码研究

未来深空通信将采用Ka频段进行深空探测任务,但余量有限的Ka频段链路受地面站区域天气的影响较大,容易产生中断。将Ka频段链路的噪声温度建模为两状态马尔科夫链的Gilbert-Elliot信道,结合异步CFDP传输模式,设计了低误差的天气状态预测模型,同时针对给定噪声阈值下天气状态转换对下行链路丢包率的影响,提出一种基于天气状态转换的RS码与弱鲁棒孤波分布LT码级联的分组纠删编码技术,通过预测模型实现自适应码率调整以保持Ka频段的数据链路连续性以及有效吞吐量。仿真表明算法可实现对数据分组的纠删保护,提高接收端的译码性能,增大系统吞吐量,提高文件传输效率。

基于随机置换展开与停止集的LT码联合编译码算法

针对短码长LT码(码长在103以下)的随机编码方式,需要较高的编码冗余才能保证一定的译码性能的问题。设计了一种基于限制Tanner图连接边随机关系的随机置换展开编码算法,可以实现在较小编码冗余开销下提高短码长LT码的可译码概率。在此基础上,针对短码长LT码的传统BP译码算法效率不高的问题,充分利用BP算法译码失败的停止集剩余信息,设计了采用上述编码算法的短码长LT码的停止集高斯译码算法,可以获得接近最大似然译码的性能。仿真结果表明,所提出的编译码联合算法有效降低了短码长LT码满足10 4译码失败概率时所需的编码冗余开销。

实现MIMO系统串行干扰消除迫零检测的快速递归算法

针对贝尔实验室分层空时架构中串行干扰消除迫零检测复杂度较高的问题,提出了一种低复杂度快速递归算法,并给出该算法的快速实现方案及其复杂度分析。理论分析与仿真结果表明,与快速递归算法(FRA)相比,所提算法具有低复杂度、易于实现和低存储需求等优势,且其误码性能在实际条件下接近最优,因此具有较高的实用性和良好的应用前景。

基于能量感知的ad hoc路由算法研究

针对移动ad hoc网络终端能量资源受限对全网路由的影响,提出一种具有终端节点能量感知的路由协议(EARP,energy-aware routing protocol)。该协议能够根据单个节点能量的使用情况以及全路径的能量消耗情况选择不同的传输路径,在路径断裂时,增加本地维护策略,有效减少了由此引起的发包重传情况,提高了路由效率。通过节点能级的设定,防止链路传输过程中由于能量耗尽而导致的路由断裂情况。经过NS2仿真实验与其他相关路由协议进行比较,结果表明在相同的实验环境下,该路由协议能够有效均衡负载,保护低能量节点,延长网络生存时间。

新颖的基于门限比较的脉冲超宽带TOA估计算法

针对IR-UWB(impulse radio-ultra wideband)测距定位系统中目前已有的几种非相干TOA(time of arrival)估计算法的不足,提出了一种基于能量采样序列的最大最小值比(MMR,maximum to minimum energy sample ratio)进行归一化门限设置的TC(threshold comparison)算法。通过仿真考察了最优归一化门限与MMR之间的关系,建立了以MMR为参量的最优归一化门限计算模型。该模型独立于信道模式,具有极好的通用性;同时还考虑了能量积分周期的影响,使得模型无须任何更动即可应用到不同的能量积分周期取值情况下,极大地增强了模型的灵活性。与已有的几种非相干TOA估计算法的性能对比表明,基于MMR进行门限设置的MMR-TC算法在所有信噪比范围内均能取得最优性能,验证了算法的有效性。

码间干扰效应对I-UWB频谱效率的限制作用

对于脉冲超宽带(I-UWB)系统,随着传输速率的提高而增强的码间干扰致使误码率恶化,限制了可实现的最高速率,从而降低了频谱效率。作者分析了码间干扰对I-UWB频谱效率的限制作用。首先推导了I-UWB的码间干扰估算公式,然后仿真了在IEEE定义的4种信道模式下,随着传输速率的增加码间干扰对误码率的恶化作用。结果表明,如果要求未编码的误码率不高于千分之一,由于码间干扰效应,系统可实现的最大传输速率远小于传输带宽所允许的最大速率,当采用二阶高斯脉冲时最高频谱效率只有带宽的百分之几。

面向深空通信的喷泉编码技术

喷泉码是一种基于删除信道的前向纠错编码技术,具有不需反馈的特性。针对深空通信环境长时延、高误码率和丢包率大、上下行链路带宽不对称和链路易中断等特点,提出一种级联LDPC码的喷泉编码方案,并给出一种利用接收数据包的冗余信息的改进BP解码算法。与已有的深空通信信道编码算法进行了仿真比较,显示了该级联喷泉码具有良好的纠错性能和较低的编解码复杂度。

基于Mjpg-streamer的移动视频监控系统设计

为了满足视频监控的需求,设计并实现了一种基于Mjpg-streamer的嵌入式无线网络视频监控系统,以S3C6410作为核心处理器,使用CMOS摄像头OV9650作为视频采集设备,通过无线方式传输经过H.264压缩后的视频数据;重点阐述了在开源视频服务器软件Mjpg-streamer的框架结构下实现视频采集和H.264硬编码过程;最后以Android手机作为视频接收显示终端对系统进行测试,传输视频清晰、流畅,系统稳定、可靠,具有良好的扩展性和易用性。

密集多径环境下UWB测距的NLOS误差减小方法

为减小密集多径环境下超宽带(UWB)测距结果中因为障碍物引起的非视距(NLOS)误差,提出了一种有效的NLOS误差减小方法.此方法考虑了NLOS误差的产生原理及特点,以信号传播的路径损耗模型为基础,通过对接收信号中不同时间到达单径的能量比较,实现了对NLOS误差的粗略估计,进而以此估计值对测距结果进行校正.在方法的具体实现上,给出了一种计算量较小、复杂度较低的单径检测算法.对实测数据的处理验证了方法的正确性,结果表明本文提出的NLOS误差减小方法使UWB测距精度有了较大提升.

EtherCAT时钟同步技术研究

EtherCAT是一种实时工业以太网协议;基于EtherCAT实时性强的特点,重点研究了EtherCAT分布时钟机制,并提出了在嵌入式设备上基于实时操作系统μC/OS II完成主站设计的方案;通过分析传输延时补偿、初始偏移补偿、动态漂移补偿等时钟同步过程,完成了对主站系统时钟同步技术的设计;基于环形冗余结构搭建了一主三从的EtherCAT测试系统,并通过计算机、示波器等设备采集得到从站间产生SYNC0信号的时间差值数据;最后,根据SYNC0周期为1ms的数据,分析得到系统时钟误差维持在55ns以内的同步性能,为时钟同步技术的理论研究提供了数据支持。

IR-UWB穿墙测距误差研究

通过将IR-UWB穿墙测距NLOS误差建模为由空间结构导致的几何距离误差和脉冲信号波形失真导致的峰值偏移误差.依据高频射线理论推导了基于收发节点距离和墙体参数的几何距离误差限.通过对IR-UWB信号穿墙透射机理的建模,研究了频率依赖性导致的波形失真问题及相应的TOA测距误差.仿真结果表明,几何距离误差主要由墙体障碍物参数决定,受收发节点间距离的影响不大;IR-UWB信号穿墙传播会发生波形畸变,墙体的非均匀性和相对介电常数越大,波形畸变越严重,由此导致的TOA相关峰值偏移误差维持在脉冲信号距离分辨率范围内.