多径信道下无线通信系统性能分析虚拟仿真实验——以“无线通信”课程为例

信道特性直接影响通信的容量和质量。多径是无线信道的重要特性,分析多径特性,对基于多径信道特性进行无线系统性能评估、设计和优化具有重要工程意义。面向通信工程、信息工程专业本科生,文章介绍了多径信道下无线通信系统性能分析虚拟仿真实验的设计思想、主要内容、实施方案和评价方式。教学实践表明,实验有效激发了学生的学习兴趣,明显改善了教学效果,学生的实践能力和工程素养得到了显著提升。

机载米波雷达基于镜面反射多径模型的目标高度计算和距离计算方法研究

本文建立了基于球面的电磁波镜面反射模型,推导了由多径距离计算目标海拔高度的公式和由目标海拔高度计算多径距离的公式,考虑到公式无解析解,依据单调性提出了近似解的二分算法,与迭代算法相比,该算法能够完全收敛于真实解。此外,给出了海面多径产生的条件、多径点的信息特征及多径测高的边界。同一目标的多径点与真实点具有相同的多普勒速度、方位角度,且多径距离与直达波距离满足相应的距离差值,依据该特征,对检测的点迹进行配对,并区分真实点和多径点,可以有效解决多径引起的双航迹和短航迹问题。以外,由多径距离还可以获得目标的海拔高度。最后,基于仿真数据,给出了典型参数下的多径测高精度。

典型高铁线路城区场景多径能量分布研究

在高铁列车运行场景中,研究多径能量分布有助于设计、优化无线通信系统。利用射线跟踪技术,在5G-R系统2.1GHz频段开展无线信道仿真研究,从射线跟踪计算结果中分类统计不同类型地物多径能量,对典型高铁线路城区场景的空间域特征和多径能量分布进行分析。研究表明:在密集城区高架桥场景下,多径能量的来源主要是结构模型、城市开阔区域反射体和建筑物,其分别占据总能量的58%、32%和10%,其余绿地等地物类型产生的多径能量可以忽略不计;而在开阔城区场景下,绿地产生的多径能量占比为14%,远高于密集城区场景下的1%,因此不能忽略绿地等地物类型的影响。该研究成果对射线跟踪技术在场景建模方面的轻量化处理具有参考价值,可为高速铁路5G-R的设计和优化提供技术支撑。

一种基于动态门限与LMS算法相结合的多径干扰抑制算法

在船舰行驶过程中,信号的传输在岛屿反射与海面散射影响下易产生多径效应,使船舰的无线地空数据接收系统受到影响。为提高接收机的接收性能,首先完成了多径信道的建模,搭建了三径信道模型,并在此模型下,将动态门限法与最小均方(LMS)算法进行改进结合,并用此算法完成了信号处理的研究与仿真。仿真结果表明,所提算法优化方案可以提高在此种情况下信号接收系统的准确性。

基于文氏谱海浪的无人机海面多径信号传播特性研究

针对无人机海上通信场景,对其海面多径信号传播特性进行了重点研究分析。完成了基于文氏谱的海浪模型建模;分析了海浪对多径信号传播的影响,建立了适用于不同海况下的无人机海面多径信号传播模型;仿真得到在不同海况下多径信号有效反射点数目与多径信号衰减幅度,并给出无人机通信链路误码率曲线;分析结果表明,海况恶劣程度决定海面多径信号传播情况,进而对无人机通信系统效能造成干扰,该研究为海上无人机通信系统设计具有重要意义。

深海远程单阵元水声通信的逐多径簇联合均衡方法

利用深海远程水声信道的稀疏多径簇具有簇间长时延、簇内结构简单的特性,提出一种用于深海远程单阵元水声通信的低复杂度逐多径簇联合均衡方法。首先,在数据帧中插入无保护间隔的m序列进行稀疏多径簇的检测和同步;然后,对选择的多径簇信号逐个进行基于比例快速后验误差技术的低复杂度均衡,并逐个对均衡器的输出根据对应多径簇的时延进行对齐;最后,将时延对齐的均衡器输出进行最大比合并,从而以并–串转换方式将逐个多径簇软解调信息合并后输入到译码器。相对于常规均衡方法,所提方法将对整体信道多径的均衡分解为对具有简单结构多径簇的逐个均衡,获得多径簇分集增益的同时结合Polar信道编码进一步改善解调性能。数值仿真和深海实验结果表明,所提方法的输出信噪比和误比特率性能明显优于单阵元及双阵元常规均衡,在30 km的通信距离中实现了通信速率为4000 bit/s的单阵元无误码通信,可有效应用于深海远程单阵元水声通信。

多径利用雷达目标探测技术综述与展望

多径利用雷达(MER)目标探测技术主要基于电磁波在介质表面的反射、衍射等非直视(NLOS)多路径传播特性,实现对城市街角、车辆遮挡等“视觉”盲区内隐蔽目标的有效探测,其能够为城市作战、智能驾驶等多种应用提供服务,具有重要的现实意义和研究价值。为获知该领域的发展脉络,并预测未来可能的发展趋势,该文对21世纪初以来该领域国内外公开文献进行了归纳总结。相关文献的梳理结果表明,根据探测平台类型的不同,多径利用雷达目标探测技术目前主要包括两类:基于空中平台的多径探测技术和基于地面平台的多径探测技术。这两类技术均已取得一定具有实际意义的研究成果。针对空中平台,该文围绕可行性验证、影响因素分析、建筑环境感知和非视距目标探测4个方面展开梳理;针对地面平台,该文则从目标检测与识别、目标二维定位、目标三维信息获取及新型探测方法4个方面展开论述。最后,对多径利用雷达目标探测技术进行总结和展望,指出该技术在目前实际应用中所面临的潜在问题和挑战。这些结果表明,多径利用雷达目标探测技术正朝着多样化、智能化的方向发展。

RIS辅助的ISAC系统抗多径衰落及路径损耗方法研究

车联网作为未来智慧交通系统中的重要组成部分,对通信和感知的要求也越来越高。通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)作为车联网方向极具潜力的一项技术,因可以解决通信场景下的位置感知问题而引起业内的广泛关注。由于城市场景中电磁环境更加随机和不可控,使得当前传统的通信系统架构已经无法满足车-路侧单元(Vehicle-to-Infrastructure,V2I)系统中的通信与感知需求。对此,考虑在传统的V2I系统加入智能反射面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS),将其与ISAC技术结合,构建多径场景下新的被动感知模型。深入分析了在新的被动感知模型下,RIS辅助ISAC通信系统的抗多径性能优化。提出一种大尺寸RIS单元优化分组方法,使部分单元参与信号的反射,并将单元优化分组后的大尺寸RIS与相同单元数的小尺寸RIS进行系统性能对比。仿真结果表明,优化设计大尺寸RIS实现了高于小尺寸RIS大约1.5 bit/s的信号传输效率,在提升系统信号传输性能的同时有效地减少了信道的估计开销。

复杂多径下IR-UWB自适应频偏估计算法研究

在脉冲超宽带定位系统中,时钟频率偏移是影响测距和测角精度的重要因素;针对复杂多径下频偏估计精度低的问题,设计了一种适应复杂多径环境的脉冲超宽带自适应频偏估计算法;首先,借助脉冲超宽带信号的抗多径优势,将实时估计的信道脉冲响应作为自适应匹配滤波模板,以保证复杂多径下相关峰的准确提取;利用相关峰辐角信息得到前导符号的相位序列;再使用贝叶斯估计算法提高频偏估计精度;在IEEE 802.15.4a标准CM1、CM2多径信道下进行仿真,仿真结果表明,低信噪比情况下,频偏估计精度保证在0.2 ppm以内;在巷道环境实验结果表明,50 m范围内频偏估计标准差在0.06 ppm以内;实现了复杂多径环境下高精度频偏估计,具有较强的实用性。

基于多角度双层偏差度量的封闭空间SAR多径抑制方法

合成孔径雷达(SAR)具有全天时全天候非接触式监测的优势,是封闭空间安全监测的重要工具。然而,SAR应用于复杂封闭空间时,易受多径效应影响,导致图像存在大量虚像,严重影响判读。现有方法需要场景先验进行多径推算或通过子孔径加权融合抑制多径,但都难以准确区分多径虚像与目标图像。该文提出了一种新的多角度双层偏差度量方法,可有效获取多径虚像与目标间的特征差异。该方法首先采用大视角差对观测场景进行多角度观测,可充分利用多径虚像位置随观测角度变化,而实际目标位置保持不变的特性。然后使用双层偏差度量算法,该算法根据多径在多角度序列中的稀疏性,两次计算序列幅度值与序列均值的偏差,精准检测出稀疏、不稳定的多径成分并去除,对剩余稳定成分取均值。这样,在保留目标信息的同时有效抑制多径。最后,仿真和毫米波雷达实际数据处理验证了该文方法的有效性。

基于声学宽带扩频信号的抗多径测距技术研究

为研究宽带扩频信号在复杂水声信道下的测距精度,提高水声定位系统的抗多径性能,以BELLHOP模型的多径干扰冲激响应作为水声信道环境基础,通过构造不同传播距离、海洋环境特征的多径水声信道,对宽带扩频编码进行同步相关测距仿真;提出一种基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,利用载波携带的宽带特征信息进行相关同步以提高理论测距精度。实验结果表明:在有直达声且不考虑声线弯曲条件下,浅海多径信道条件测距精度可达厘米级,中深水信道维持分米级测距精度,较基带同步方法的抗干扰性能有所提升,基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,能够为声学定位系统的高性能测距技术提供理论依据。

车载毫米波雷达多径假目标分析与消除方法

针对城市道路环境下车载毫米波雷达存在的多径假目标干扰真实目标定位的问题,提出了一种多径假目标消除方法,以实现真实目标的准确定位。首先分析了简化的城市道路多径场景的电磁传播路径并建立回波模型,然后应用恒虚警率检测方法及最小方差无失真响应测角定位算法得到目标的初始定位结果,最后通过理论分析多径假目标空间位置分布规律并将初始定位点迹与多径假目标进行匹配消除,保留了真实目标定位点迹。实测试验结果表明,所提出的多径假目标消除方法能够有效消除假目标定位点,获得真实目标的定位结果。

云环境下电子信息多径通信协同抗干扰方法

由于云环境中存在各种各样的无线设备和通信网络,会产生大量的干扰源,对电子信息传输造成干扰并降低通信质量。为提高通信稳定性、保证环境中用户隐私数据安全,提出一种云环境电子信息多径通信协同抗干扰算法。处理云环境下电子信息多径通信的传输信号,离散分解原始信号并对其降噪处理,求解信号干扰的判定门限,利用威希特矩阵计算信号特征值范围,分析特征矩阵能量均值,通过判定门限描述信号采集矩阵的虚警概率,定位干扰项,根据设置全局条件奖励函数,确定损失评价函数,实现信号的抗干扰处理。经实验证明,所研究算法能很好地完成多径通信的协同抗干扰,具有可降低环境噪声、抗干扰性能强的优势,提取信号特征完整性达到90%以上。

混响室内模拟多径衰落场环境的概率统计模型

已有混响室概率统计模型不能同时模拟多种多径衰落场环境。通过扩展经典混响室平面波叠加模型,建立了更具普适性的混响室内模拟多径衰落场环境的概率统计模型。推导了电场直角分量模值的概率密度函数(PDF),在理论上验证了新模型能同时模拟瑞利分布、莱斯分布及更多多径衰落场环境。通过蒙特卡洛模拟仿真了电场直角分量模值的PDF,并与理论PDF对比,进一步验证了新模型同时模拟多种多径衰落场环境的能力。

基于多径模型的建筑区SAR三维成像中非视距目标重定位方法

随着合成孔径雷达(SAR)系统小型化技术、SAR三维成像技术的发展,当前已可利用无人机载小型化阵列干涉SAR实现城区三维成像,在城市测绘、复杂环境重建等领域具有重要应用前景。然而,SAR进行城市场景三维成像时,回波中存在多径信号,会导致成像结果解译困难,却也给非视距区域隐蔽目标的发现提供了重要手段。为此,该文针对低空无人机载阵列干涉SAR建筑区三维成像中的非视距目标进行了研究,建立了非视距目标在低空阵列干涉三维成像下的多径模型,给出了城市峡谷区域利用多径扩大可视范围的计算方法,并基于建筑平面拟合提出了非视距目标重定位方法。无人机载阵列干涉SAR的仿真和实际数据处理验证表明,所提出的方法可以对城市峡谷非视距目标进行有效的三维成像和重定位,重定位误差小于0.5 m,实现了对非视距区域信息的获取。

基于RIS多径随机叠加的物理层密钥生成方案

在静态场景下,多径相位和幅度变化缓慢,基于无线信道特征的物理层密钥速率低,难以满足高速数据业务下的通信安全需求。为此,提出了一种基于RIS多径随机叠加的物理层密钥生成方案。首先,收发双方利用RIS天线的实时可控和方向图的捷变特性,通过空间多径的功率谱特性分离多径;然后,在信道相干时间内多次改变空间多径的功率分配,构造等效快变信道,提高密钥源的随机性;最后,通过量化、协商、隐私放大等操作生成一致的安全密钥。仿真结果表明,与现有基于RIS天线的物理层密钥生成方案相比,所提方案一方面通过发掘信道的多径特征提高了信源熵;另一方面通过多径上的功率分配提高了信源的随机性,为密钥速率带来了一定的增益。

多径信道下基于恒模算法的遥测信号盲均衡

运载火箭在塔架静态测试时易受多径衰落影响,导致遥测信号产生码间干扰。本文对PCM-FM体制遥测信号的多径信道使用恒模算法(CMA)进行盲均衡研究,针对遥测信道中的码间干扰展开理论分析和Matlab仿真,并搭建盲均衡功能测试平台开展实验验证。结果表明:CMA收敛速度高、误码率低,对多径干扰具有较好的鲁棒性和实用性。

基于可信度函数的多径电子通信信号抗干扰方法

常规的多径电子通信信号抗干扰方法主要使用DSP(Dig-ital Signal Processing)似然函数决策法提取传输特征信息,易受频率参数周期性变化影响,导致信号抗干扰增益较低,因此本文提出了一种基于可信度函数的多径电子通信信号抗干扰方法。构建了多径电子通信信号模型,利用可信度函数进行电子信号自适应干扰抑制处理,从而实现了多径电子通信信号抗干扰。试验结果表明,在不同信干比下,本文设计方法的通信信号抗干扰增益均较高,误码率较低,证明该信号抗干扰方法的抗干扰效果较好,具有可靠性。

广播电视无线发射中多径干扰的抑制技术研究

随着无线通信技术的飞速发展,传统的信号抑制技术已经无法满足日益复杂的通信需求。评述分集接收技术、均衡技术、扩频技术以及智能天线技术4种现有的无线通信抑制技术,深入分析它们的原理、应用及面临的挑战。阐述当前对新型抑制技术的研究,这些新技术有望在未来解决传统技术所面临的硬件复杂性、频谱资源限制和算法效率低等方面的问题。

考虑抗属性篡改的电力调度多径数据加密传输方法

电力调度数据需要具备高实时性,但网络带宽、数据缓存等因素可能导致数据被传输延迟,且电力调度数据在传输过程中可能会受到黑客入侵、病毒传播等外部网络攻击,导致数据被篡改,对电力系统安全监测造成威胁。为了提高电力调度数据传输的实时性和安全性,提出考虑抗属性篡改的电力调度多径数据加密传输方法。在电力调度数据分割成多个数据块的基础上,建立多路径数据块传输通信链,提高数据传输效率。采用高级加密标准(advanced encryption standard,AES)算法对数据块进行加密处理,为每个数据块生成一个加密密钥,保证电力调度过程的机密性。使用线性回归拟合提取加密后的数据块属性特征,根据属性选择不同路径,将电力调度数据同时传输至接收端,完成多径数据加密传输。实验结果表明,数据传输延迟为0.41 ms,数据完整通过率为97.9%,数据认证准确度为0.97。