飞行自组织网的全双工双向时间传递技术研究

针对飞行自组网(FANET)中节点间相对运动导致双向时间传递精度下降的问题,该文提出一种全双工双向时间传递(TWTT)方法。首先,根据全双工双向时间传递过程构造了需要求解的方程组,推导了单次时间传递的同步误差表达式;然后,分析了在无频偏和有频偏条件下,迭代进行全双工双向时间传递的收敛性;最后,通过仿真分析和实验验证比较了全双工双向时间传递方法和传统双向时间传递方法的性能。仿真和实验结果表明,全双工双向时间传递方法在节点高速机动下,时间同步精度可达到与物理层时间戳相同的精度,优于现有的运动补偿方法。

无人机平台运动状态下节点间高精度时间同步

节点间的时间同步是无人机集群资源调度、协同定位、数据融合的基础,在同步精度要求较高的场景中常用双向时间同步进行节点间的时间同步。然而无人机的相对运动会导致两次同步消息的传播时延不等,进而引起时间同步误差。针对该问题,首先从线性方程组求解角度分析了时间同步误差的产生原因,提出了一种利用双触发双向时间同步以增加方程个数、并在节点匀速运动前提下减少未知量个数的方法。然后推导了该方法下钟差的求解公式,结果表明钟差求解与节点的匀速运动速度无关。随后比较了在加性高斯白噪声信道中双触发式双向时间同步方法与现有运动补偿方法的钟差估计性能,并分析了时间戳处理时延和速度改变对钟差求解精度的影响。最后通过外场实验验证了双触发式双向时间同步的有效性。仿真及实验结果表明,相比于传统双向时间同步,双触发式双向时间同步不会因节点的匀速运动导致主从节点间的时间同步出现系统偏差。

面向阵列级同时同频收发的宽带自干扰空域抑制

具备阵列级同时同频收发能力的多功能一体化平台,面临发射阵列对接收阵列的强自干扰问题。针对这一问题,该文设计了一种宽带自干扰空域抑制方法,构造了限制主波束增益损失条件下,最小化残余自干扰和噪声功率的非凸优化问题,提出了交替迭代的优化算法联合求解发射和接收数字波束成形系数,从理论上分析了所提算法的自干扰抑制极限性能,并给出了所提算法的计算复杂度。分析和仿真结果表明,给定2.4 GHz工作频率,100 MHz带宽,主波束增益损失限制在3 dB时,收发各30阵元的相控阵列宽带自干扰空域抑制能力,即有效各向同性隔离度达到168 dB,距离自干扰抑制性能极限差距7 dB。

蜂窝网络下同时同频全双工设备到设备组网的干扰协调算法

蜂窝网络下的同时同频全双工(CCFD)设备到设备(D2D)组网可以进一步提升网络频谱效率,然而由此引入的残余自干扰(RSI)及蜂窝用户(CU)与D2D用户(DU)之间共享频谱的干扰会严重影响到蜂窝用户的体验。因此,该文为蜂窝网络下同时同频全双工组网设计了两种干扰协调算法,即CU和速率最大化算法(MaxSumCU)与CU最小速率最大化算法(MaxMinCU),在小区频谱效率得到提升的同时尽可能地保证CU的体验。对于MaxSumCU算法,该文以CU和速率为优化目标建立混合整数非线性规划问题(MINLP),其在数学上为非确定性多项式(NP-hard)问题。算法将其分解为功率控制与频谱资源分配两个子问题,并用图形规划找到最优功率解后,使用二向图最大权值匹配算法决定频谱共享的CU与DU。为了保证每一个蜂窝用户体验的公平性,该文设计了Max Min CU算法用以最大化所有CU速率中的最小值,该算法基于二分查找与二向图最小权值匹配算法来完成用户的资源分配。数值结果表明,与小区和速率最大化(MaxSumCell)设计相比,该文所提的两种算法在提升小区和速率的同时均有效地提升了蜂窝用户的体验。

基于低采样率数模转换器和模数转换器的太赫兹发射机线性化

太赫兹(THz)频率高、带宽大,是6G移动通信中极具优势的潜在无线频谱资源。然而太赫兹器件的非线性失真,限制了功率转换效率与通信传输距离。若采用传统数字预失真(DPD)技术对其进行非线性校正,通常要求数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)的采样速率达到信号带宽的5倍,对于太赫兹频段难以应用。因此,该文提出一种低速率DAC和ADC的DPD算法对太赫兹发射机的非线性进行校正。该方法主要分为3个步骤:首先利用低采样率ADC获取的观测数据进行上采样,恢复出带宽受限的高采样率的观测信号,此时信号采样率为信号带宽的5倍,可以有效表征出5阶非线性失真;然后建立带宽受限的DPD模型,采用最小二乘算法提取DPD校正系数;最后对校正后的信号进行下采样送往DAC以校正发射通道的非线性失真。仿真结果表明,当DAC和ADC工作在1.25倍基带信号速率的采样率条件下,对于64-QAM调制信号,该方法可以把误差矢量幅值(EVM)从8.46%降低到2.27%,从而可以支持更高阶的调制方式。

全双工测控链路自干扰抑制设计与实验验证

为解决航天测控业务日益增加与航天测控链路频谱资源紧缺之间的矛盾,提出、设计并实验验证了一种同时同频全双工测控链路的实现架构,采用空域、射频域和数字域联合的多域自干扰抵消机制,在保证测距精度的前提下,达到提升频谱效率的目的。空域自干扰抵消模块设计了共口面馈源高隔离度一体化抛物面天线,收发阵元间采用结构化扼流措施,降低了收发阵元间的耦合效应,提高了天线系统的隔离度。射频域自干扰抵消模块采用多抽头自干扰抵消方法,建立了多抽头重建射频信号模型,以残余干扰功率最小化为目标,给出了多抽头系数的最小范数解。数字域自干扰抵消模块采用重建自干扰抵消方式,建立了数字域非线性自干扰信号模型,提出了最小二乘估计非线性系数的方法。通过计算仿真和外场实验验证了全双工测控链路多域自干扰抵消架构的可行性和有效性,在确保测距精度条件下自干扰总抑制度达到156.5 dB。

线性分布式定向阵列波束空间覆盖面积分析

相控阵天线因具有高增益、高可靠性、波束指向可控等优点,已广泛应用于雷达、通信等领域。考虑到阵列天线体积、部署地形、设备功耗等因素的限制,单一相控阵天线在某些复杂场景下难以满足需求。特别是在天地间通信、侦察及干扰等场景下,需要多部相控阵天线分布式部署,进行协同波束合成,以获得与单部阵列天线相比更高的功率增益。分布式定向阵列利用多个分布式阵列节点形成虚拟天线阵列,通过调整各阵元的相位收发同一信号,合成定向波束。针对分布式定向阵列合成波束在特定高度平面上增益覆盖面积的计算问题,利用阵列天线波束合成原理、方向图乘积定理以及空间解析几何,提出一种理论解析计算方法。建模分析及仿真结果表明,线性分布式定向阵列波束合成的增益覆盖面积,包括主瓣及栅瓣波束增益覆盖面积,与分布式阵列的俯仰角、目标平面高度、信号载频以及分布式节点个数强相关,但与分布式节点间距关联较弱;且所提方法的解析值与计算机仿真值相符,可为远距离大功率分布式阵列的工程实现提供理论参考。

运动平台分布式功率合成效能分析

针对运动平台的位置摄动问题,分析了位置摄动对分布式功率合成效能影响,建立了存在位置摄动的分布式功率合成模型,推导了平均远场波束图、互补累积分布函数表达式以及3 dB波束宽度近似表达式。理论分析和数值仿真表明,位置摄动加剧会导致分布式功率合成的平均远场波束图、峰值功率、3 dB波束宽度和互补累积分布函数不断恶化。当位置摄动达到信号波长的9%时,运动平台进行分布式功率合成后的信号峰值功率下降到其理论上限的90%。

一种基于双通道非线性反馈架构的模拟域功率放大器线性化技术

该文提出一种在模拟域抑制功率放大器(PA)非线性失真的双通道非线性反馈架构,以改善PA线性度,减少邻道泄露。在该架构中,用于抑制非线性的电路包含非线性提取环路和反馈调整环路。非线性提取环路通过耦合器提取PA输入和输出信号,进行幅度和相位对齐后抵消线性信号,保留PA产生的非线性失真。反馈调整环路包含两条独立反馈通道,且信号通过非线性提取环路和反馈调整环路中两条通道分别反馈后的总时延具有两倍关系,使反馈环路呈现2阶Delta-Sigma结构形式,相比于单通道非线性反馈架构具有更好的失真抑制性能。并且通过所提方法配置反馈通道参数,可以实现不同目标频点下非线性失真的灵活抑制。最后设计了一个使用CMPA0060002F商用功放芯片的实验平台,对于带宽为40 MHz,载频为780 MHz的测试信号,在当前6 ns的硬件反馈时延条件下,可以使邻道功率泄露比(ACLR)单边带改善11 dB或双边带改善6 dB,且通过减小反馈时延能够取得更好的性能。

保密通信中同相和正交通道失衡对干扰抑制性能的影响

针对同时存在恶意干扰与非法窃听的通信环境,提出一种协作干扰(cooperative jamming,CJ)掩护的保密通信架构,收发信机之间采用跳频技术躲避恶意干扰,并采用协作干扰技术阻塞非法窃听。但该架构的通信带宽较大,会在收发频率振荡器中引起显著的同相和正交(in-phase and quadrature,IQ)通道失衡。鉴于此,对收发IQ通道失衡引起的信号失真进行数学建模,给出接收机处信干噪比的数学表达式,并给出干扰抑制比的闭合表达式。仿真结果表明,收发IQ通道失衡引起的信号失真的功率远大于热噪声功率。随着收发IQ通道失衡加剧,所提架构的信干噪比和干扰抑制比性能均会急剧下降,当幅度和相位失衡分别达到0.95和π/50时,信干噪比和干扰抑制比均损失了47 dB。

有限区域同时同频全双工跳频自组网性能研究

该文针对有限区域的同时同频全双工(CCFD)跳频自组网络,通信节点位置不等价,受非对称互干扰和自干扰影响的场景,开展有限区域全双工跳频自组网的通信性能分析。以网络频带利用率为性能指标,推导出节点位置分布条件下的网络频带利用率闭合表达式,并提出一种降低网络互干扰的节点位置优化分布方法。理论和仿真结果表明,有限区域全双工跳频自组网的性能与频点个数、通信距离、节点个数强相关,且全双工自组网络的性能与半双工网络相比,其占优区域受节点个数约束。

集成平台空域辅助阵列共址干扰抑制技术

由于用频设备之间的频段重叠,本地发射机会对接收机产生严重的共址干扰,造成其空口饱和,无法正常工作。针对上述问题,提出了一种利用辅助阵列抵消共址干扰的方法,建立了利用辅助阵列空域抵消共址干扰的系统模型,推导了最小残余干扰功率表达式,提出了共址干扰空域完美抵消需要满足的信道条件。除此之外,分析了主发射阵列非合作情况下,辅助阵列摆放位置,以及主发射阵列合作情况下,二者位置的相对关系,并推导了不完美干扰抵消下的干扰抑制比。理论和仿真结果表明,采用辅助阵列空域共址干扰抑制的方法可以在空口处有效抑制共址干扰,且不影响本地发射机的传输效率。

多径衰落信道中导引符号辅助的二维扩频相干解调的性能分析

在多径衰落信道中,本文分析了导引辅助的二维扩频相干解调的误码率性能.提出了信道的时频二维相关区域的概念,给出了信道时频二维信道相关特性的计算方法.结果表明,分析与仿真的误码率相近;当二维扩频的扩频增益对应的时频二维区域大于信道的时频二维相关区域时,再增大扩频增益会导致误码率性能变差.

瑞利衰落信道下M-ary二维扩频系统的性能分析

本文基于广义二维扩频的方法,结合M-ary扩频方式,提出了一种M-ary广义二维扩频的方法,给出了该方法的发射机和接收机的工作原理.并在瑞利衰落信道中,分析了M-ary广义二维扩频解调的误比特率性能,得到了误比特率的理论分析结果,同时进行了计算机仿真.计算机仿真曲线与理论分析曲线相吻合,进一步验证了理论分析的正确性.

一种低采样率的UWB信号接收技术

针对目前UWB信号接收机对高采样率A/D器件的依赖给出了一种低采样率的UWB信号接收机结构。简要分析了该接收机的接收原理,以及加性白高斯信道中的接收性能,并以4路并行滤波为例,对该接收机的接收性能进行了计算机仿真。计算机仿真的误比特率结果表明,仿真结果与分析结果相近。

多径衰落信道中导引辅助二维扩频的导引功率优化

在多径衰落信道中,针对BPSK调制的广义二维扩频系统,该文分析了导引符号与数据符号的功率比对导引辅助相干解调的误码率性能的影响,在系统总的发射功率一定的条件下,优化了导引符号与数据符号的功率比。结果表明,分析结果与仿真结果相吻合,导引符号与数据符号功率比的最优值是由多径信道的信噪比、多普勒频移、多径时延、低通滤波器的特性等因素决定的。

同时同频全双工LTE射频自干扰抑制能力分析及实验验证

同时同频全双工本地发射信号会对本地接收信号产生强自干扰,为了使信号能够通过射频接收通道及模数转换器件,需要在射频前端进行自干扰抑制。在自干扰为直射路径的条件下,该文采用直接射频耦合法,对长期演进(LTE)同时同频全双工自干扰抑制进行实验测试;分析推导了自干扰功率、带宽及线缆、幅度、相位调整误差对射频自干扰抑制能力的影响;得到了射频自干扰抑制能力的闭合表达式。分析表明对于20 MHz带宽,-10 dBm接收功率的LTE射频自干扰信号,理论上能抑制54 dB的射频自干扰,而实验测试结果表明能抑制51.2 dB。

ADC量化对同频全双工数字自干扰消除的误码率性能分析

同频全双工由于在同时工作的收发通道上使用相同的频率资源,因此本地接收机需要进行自干扰消除。数字域干扰消除方法在模数转换器(ADC)器件采样后进行,ADC位数、干信比、量化判决准则直接影响干扰消除效果和系统误码性能。该文分析了ADC位数、干信比、QAM调制误码性能三者的内在关系;推导了误码率的闭合表达式;仿真验证了数学推导的正确性和有效性。仿真结果表明,随着干信比的减小和ADC位数的增加,误码率性能呈宏观改善趋势,但从特定的微观片段来看,会出现性能波动,甚至会接近无量化误差的误码率性能。

瑞利信道中无线通信设备误码率测试仪实现

误码率是衡量无线通信设备性能的重要指标。为了获得待测设备在衰落信道下的误码性能,传统方法需要进行外场实验,成本高,效率低。针对这一问题,本文基于现场可编程门阵列(FPGA),采用查找表正弦叠加法,实现了能够模拟单径瑞利衰落信道的误码率测试仪。实验数据表明,在置信度为0.95的假设检验中,经过模拟信道的BPSK信号包络样本服从瑞利分布;测量误比特率为10?3、观测样本数达到4×106个,所研制误码率测试仪在理论误比特率±5%的置信区间内,置信度不小于0.99,能够满足单径瑞利信道中无线通信设备的误码率性能测试,有效降低了测试时间和成本。

一种基于多天线波束成形的全双工自干扰抵消算法

针对同时同频全双工无线通信系统,当基站采用多根发射天线和多根接收天线进行自干扰抵消时,现有技术多集中于自干扰迫零,缺少对发射机射频噪声抑制的研究.本文在考虑射频噪声抑制的基础上,提出一种收发波束联合成形算法,算法首先以信干噪比最大化为原则,优化接收机天线波束成形向量,给出了算法求解表达式;其次以自干扰最小化为原则,优化发射机天线波束成形向量,给出了算法步骤.仿真结果表明,本文算法在发射机信噪比为30.0d B和60.0d B时,3发3收基站的自干扰抵消值分别为65.5d B和89.8d B,与SVD迫零技术相比,分别有25.5d B和19.8d B的性能改善.