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。

多径信道中MPSK信号的调制识别算法

针对多径信道中MPSK信号的调制分类问题,提出一种新的基于高阶累量的分类算法。算法所用特征对平坦衰落信道具有衰落不变性,对频率选择性衰落信道也具有很强的抗多径能力。与已有方法相比,本文算活极大地降低了对多径信道冲激响应模式的限制,更具适应性。理论分析和计算机仿真试验都证明了新分类算法的稳健性和有效性。

多路延迟正交合成的多径信道射频干扰对消

该文针对单路延迟对消系统不能有效解决多径信道的超短波无线电台共址干扰消除问题,给出了等间隔多路延迟正交合成的射频干扰对消方案,进而提出了新的衰减系数求解方法。在设定时间延迟范围和参考信号路数基础上,该方法通过迭代加权实时有效估计多路参考信号的相关矩阵,接收信号与参考信号的相关向量,进而求解维纳霍夫方程得到各路衰减系数,有效抑制多径信道的自干扰,克服了已有方法需同时调节幅度和相位,以及相关向量和相关矩阵估计精度低的不足。另外,理论分析了衰减系数的求解过程,并推导了自干扰对消比的闭合表达式。分析和仿真结果表明,该方法在一定延迟误差情况下,可获得90 d B以上的对消比,比已有方法提高了约9 d B,有效解决了多径信道的射频干扰对消问题。

稀疏多径信道环境中MIMO-OFDM系统的IQ不平衡和信道联合估计

该文针对稀疏多径信道环境中的MIMO-OFDM系统所存在的IQ不平衡问题,提出了一种IQ不平衡参数和信道的联合估计方法。推导了联合估计的时域模型,提出了基于1 2l-l优化模型和平行坐标下降算法的联合估计算法。仿真结果表明,所提方法与传统的频域最小二乘算法和匹配追踪算法相比,显著提高了系统性能。

多径信道下基于循环谱特征的调制识别算法

针对多径衰落环境下通信信号调制方式识别算法识别类型少、稳定的特征参数提取困难、识别率低的问题,提出一种基于循环谱特征的自动识别算法。首先,提取待识别信号循环谱、平方循环谱及四次方循环谱的特征面和投影面;然后,利用特征面和投影面的相关系数作为特征参数;最后,选择合适的判决门限,对BPSK、QPSK、2FSK、4FSK、MSK、16QAM和OFDM信号进行自动识别。实验表明,该算法提取的特征参数抗多径干扰能力强,识别率高;当信噪比大于2 dB时其总体识别率达到94%以上。与已有算法的比较结果也证明了该算法的优越性。

多径信道下调制信号识别新方法

针对多径信道中存在调制信号识别难以实现及识别率低的问题,提出了一种全盲的基于小波变换和高阶循环累积量相结合的算法(W-HOCC).该算法利用小波变换的线性性质和循环累积量的叠加性质构造识别特征,即把接收信号在小波变换前后的四阶累积量的比值作为识别特征参数.从理论上证明了该算法能够消除多径信道参数的影响.仿真结果表明:在信噪比为0dB的多径瑞利衰落信道下,分类2ASK、2PSK和4QAM信号的识别率几乎达到100%;与基于高阶累积量的算法相比,在识别BPSK和QPSK时,W-HOCC算法的性能明显优于基于高级累积量的算法,而且具有更强的抗噪声和抗多径能力.

基于压缩感知的稀疏多径信道估计

提出了一种基于压缩感知理论的稀疏多径信道估计方法。利用训练序列设计了一种简化的Toeplitz结构观测矩阵,证明了观测矩阵满足限制等距特性,可以作为压缩感知的观测矩阵。根据此矩阵的近似正交性特点对正则化迭代硬阈值算法进行简化,并引入精英策略提出一种归档正则化迭代硬阈值估计算法。仿真结果表明,该估计方法相对于迭代最小二乘法具有更优的性能,且提出的归档正则化迭代硬阈值算法兼具收敛速度快和稳定性高的优点。

基于多建筑阻挡概率的平流层多径信道模型

本文在单反射几何模型的基础上 ,提出了用于预测平流层通信信道功率延时扩展和空间能量分布的信道传播模型 .一个用于确定空间中不同单反射路径存在概率的地面多建筑阻挡模型在文中被提出 ,同时给出了确定此概率的计算方法 .在所提模型的基础上本文最后给出了一个平流层信道多径分量时空联合分布的典型结果 .

超宽带多径信道的频域建模与仿真

对于超宽带室内多径信道,由于信号传播的成簇特性,一般常采用较多参数描述的修正的S-V模型,而近年来频域自回归(AR)模型以其独有的特点得到大家的重视。针对频域AR模型,着重讨论了在超宽带室内多径信道的计算机仿真中,如何利用零极点分布进行频域AR建模的方法,并结合实例给出了仿真结果,说明了频域AR模型只需要很少的模型参数就可得到一个比较精确的信道描述,是超宽带信道建模比较理想的选择。

一种多径信道下的OFDM信号盲识别算法

提出了一种新的OFDM信号盲识别算法,由于多载波OFDM信号在时域上具有渐进高斯特性,而单载波信号没有这样的特点。对传统算法进行了改进,提出利用四阶累积量构造识别参数来分类OFDM信号与单载波信号,该参数具有对多径信道不敏感的特点。仿真证明,该算法具有抗多径能力强,识别率高的优点。

多径信道下MPSK信号的调制分类算法

针对多径信道中MPSK信号的调制分类问题,提出一种新的基于小波变换的分类算法。算法所用的小波变换相位信息特征对平坦衰落信道具有衰落不变性,对频率选择性衰落信道也具有很强的抗多径能力。与已有方法相比,新算法极大地降低了对多径信道冲激响应模式的限制,更具有普适性。理论分析和计算机仿真试验都证明了新分类算法的稳健性和有效性。

稀疏多径信道的T/2间隔CFE均衡器研究

完全反馈均衡器(Complete Feedback Equalizer,CFE)是判决反馈均衡器(DFE)的改进。该文提出了一种T/2 分数间隔稀疏CFE(T/2 Sparse CFE,T/2-SCFE)结构,以避免接收机对于符号定时误差的敏感性,并有效利用长时延扩展多径信道的稀疏性来降低均衡器的复杂度。理论分析与基于实测信道的计算机仿真表明,T/2-SCFE均衡器对符号定时误差保持了稳健性,总体性能优于符号间隔CFE及分数间隔DFE。

大气波导中多径信道的参数研究

针对海上大气波导环境中电磁波的多径传播特性,基于容量有限的Markov生灭过程得到了大气波导中到达接收站的射线径数.根据差分时延试验数据的近似瑞利分布提出了大气波导中的三参数模型,基于最小方差准则确定了模型参数.利用MUSIC算法对多径到达角进行最佳估计,数值仿真结果表明MUSIC算法极大地提高了到达角位置处的信噪比.

一种多径信道中的调制识别算法

提出了一种新的多径信道中的MPSK/MQAM(M-ary phase shift keying/M-ary quadrature amplitudemodulation)调制识别算法。首先进行基于噪声子空间的信道盲辨识和盲均衡,克服信道带来的影响,然后利用一种新的多级抽取聚类算法,先区分MPSK和MQAM两类调制方式,再提取信号的星座点数作为最终的识别结果。与已有算法相比,该算法结构简单,所需数据量少,适用范围广。仿真结果证实了算法的有效性。

托普利兹矩阵在压缩多径信道估计中的应用

可靠的无线通信需要准确地知道下层信道的信息,因此需要进行信道估计。而许多真实信道表现为仅有一些相对较少的非零信道系数的稀疏多径信道。对于稀疏多径信道的估计,传统方法例如最小二乘法,没有利用稀疏信道本身的低维度特性,所需训练序列的长度较长,因此估计代价较大。基于压缩感知的信道估计方法,利用稀疏先验信息,能较大地缩短所需训练序列的长度,获得较好的估计效果。该文结合压缩感知观测矩阵的特点,证明了当训练序列的长度不长于信道冲激响应的长度,且托普利兹观测矩阵的行数小于列数时,观测矩阵仍然满足有限等距性质;明确提出了稀疏多径信道估计中所使用的观测矩阵的构造条件。实验结果验证了这种优化了的托普利兹观测矩阵的可行性和实用性。

多径信道下MPSK信号调制识别算法的研究

针对室内以及山区多径环境下MPSK信号的调制识别,提出一种基于高阶累积量的识别算法。该算法利用高阶累积量良好的抗噪性能,实现了多径信道下的有效识别。理论分析及仿真结果表明,采用本文所提出的识别算法,在中等信噪比条件的,对多径信道的MPSK信号的整体识别率在90%以上,能满足实际应用的需要。

超宽带室内多径信道特性的最优化分析

分析超宽带(UWB)信道特性并建立合适的信道模型是UWB无线通信研究的重要内容。采用最优化方法分析UWB室内多径信道的特性,并讨论构建UWB信道的数学模型。在此基础上通过引入随机桥过程假设和概率选择性假设,使用最优化方法建立UWB信道冲激响应的有约束布朗桥模型(BBBM);分析BBBM模型有效随机路径判据,给出在最优化框架基础上的建模算法;使用BBBM模型对UWB信道进行仿真分析,得到的UWB信道特性和用实验测量与UTD方法得到的信道特性非常相似,特征参量的取值与实际情况相符。

地铁隧道内多径信道的统计特性

由于地铁隧道内电波的多径特性以及特殊的环境结构,其他环境下的电波传播理论不适用.为此,利用射线跟踪法及无线电统计理论分析了典型地铁隧道环境下多径时变信道的时延扩展、多普勒频谱扩展及多普勒频偏.仿真结果表明,多普勒频谱扩展和多普勒频偏随信号频率和列车移动速度的增加而增加,而RMS时延扩展随信号频率的增加而减小.以上结论可以为4G、5G系统在地铁中的应用提供理论依据.

UWB多径信道下RAKE接收和均衡的作用分析

在超宽带(UWB)通信系统中存在码间干扰(ISI)的多径信道下,RAKE接收机和均衡的作用关系还没有定论.有观点认为UWB中RAKE接收具备信道均衡的特性,因而RAKE接收时不需要均衡器,其出发点是将RAKE接收机中ISI视为与当前符号不相关的高斯噪声,或认为RAKE接收能缩短信道时延扩展.本文针对这两种观点及其依据进行了探讨,通过对存在ISI的RAKE接收机的性能进行分析,并利用IEEE 802.15标准中的多径信道模型进行了RAKE接收与均衡的仿真对比试验.结果表明:RAKE并不能起到抑制ISI的作用,故而对多径信道环境ISI仍然需要均衡器来消除.