粒子群优化径向基网络的空间调制信号检测算法

针对径向基函数神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)参数确定不当时易陷入局部最优的问题,提出一种粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)优化RBFNN的空间调制正交频分复用(Optical Spatial Modulation Orthogonal Frequency Division Multiplexing,O-SM-OFDM)信号检测算法。在离线训练阶段,接收端收集部分信号作为训练集并建立RBFNN模型,利用PSO算法搜索RBFNN的最优宽度值,再将得到的模型用于系统进行在线检测。实验结果表明,PSO-RBFNN算法的误码率性能基本近似于最大似然(Maximum Likelihood,ML)检测算法,优于其他对比检测算法,且计算复杂度在光源数目为32、64及128时相较于ML检测算法分别降低了约39.59%、70.24%及85.24%。

多接收子阵下特征波束的角度空间调制方法

基于波束赋形的波束切换空间调制算法,不仅可以提高频谱效率,还可以利用天线阵列增益提高能量效率。该文利用信道响应构造统计平均的协方差矩阵,构造正交特征向量作为阵列的加权矢量,形成相互独立的多个等效传输信道,利用波束赋形增益和分集增益提高无线通信的传输可靠性和传输能力。进一步采用天线子阵分组方法,克服信道相关性带来的不利影响。性能分析和仿真结果表明,特征波束角度空间调制方案可获得更多的波束组合数目,会明显改善译码性能和频谱效率。

自由空间光通信中的带符号光正交空间调制

【目的】针对光正交空间调制(OQSM)中频谱效率较低和系统吞吐量受限的问题,文章在自由空间光通信(FSOC)中提出了一种带符号的光正交空间调制(SOQSM)方案;另外,针对OQSM性能分析时所用信道不适合所有湍流的情况,文章采取适合所有湍流强度的Málaga信道对系统的误码性能进行分析。【方法】首先,该方案在发送端将输入的二进制比特流划分为5个部分,第1个部分用于星座符号映射,后4个部分用于激光器映射;然后,星座符号映射用于传输星座符号及其逆符号的实部和虚部;激光器映射分为同相相位与正交相位两部分,用于激活激光器的序列映射;最后,通过信道进行传输,在接收端进行信号的接收和处理。【结果】相比OQSM,SOQSM在一个传输周期内空间域额外携带了2log2 Nt比特的信息,并在符号域和空间域分别计算出平均误码率上界,最终得到SOQSM方案的平均误码率上界,其中计算平均误码率上界的方法具有较好的收敛性。该方案较大程度地提高了系统的频谱效率和传输速率,拥有较好的误码性能。【结论】蒙特卡洛仿真结果表明:在频谱效率相同时,相比光空间调制(OSM)和OQSM,SOQSM方案的误码性能更好,能在信噪比为16 dB时就达到10-6;当调制阶数相同时,SOQSM的误码性能更优,特别是在高信噪比时,仿真与理论契合度较高。在Málaga信道中弱湍流的误码性能更好;另外,不同湍流强度对SOQSM方案误码性能趋势的影响较小,但随着信噪比提高,影响会逐渐增大。因此,SOQSM相比OQSM和OSM具有更好的误码性能。

正交时频空间调制移动水声通信方法

为提高移动水声通信可靠性,提出了一种基于正交时频空间(OTFS)调制的移动水声通信方法。针对水声信道长时延扩展的特点,设计了一种低复杂度交叉域Turbo迭代均衡算法,先在时域内对接收信号进行最小均方误差(MMSE)均衡,将均衡后的外部信息传递到时延-多普勒域进行软译码;再将译码后的软信息反馈回时域,作为下一次时域均衡的先验信息,实现均衡与译码的迭代检测。此外,针对OTFS水声通信中OTFS符号维度过大导致MMSE均衡复杂度过高的问题,采用了一种低复杂度MMSE算法,先利用矩阵对角线元素得到一组初始估计值,再将矩阵求逆问题转换为求解初始估计值与准确求解值之间的误差,继而通过对误差向量的不断迭代估计来实现低复杂度计算。湖试数据处理结果表明,所提方法可在最大移动速度4 kn的情况下实现OTFS信号的可靠检测。

线性剪切空间调制快拍成像偏振仪动态定标数据处理技术

基于动态定标的线性剪切空间调制快拍成像测偏技术能够在动态环境(如温度变化)下对目标偏振信息进行更精确的实时测量,但实验噪声会引起反演图像的条状畸变。针对这一问题,系统分析了快拍成像偏振仪动态定标技术原理和目标相位的定量求解过程,提出了结合相位差分与双线性插值算法的噪声识别与相位修正方法。实验和计算结果表明,经过相位求解和修正计算,条带状失真得到去除,反演成像质量提升。为高相位变化和低信噪比环境下空间调制快拍成像测偏技术的实时应用提供支持,推动其在动态环境下的工程实际应用进程。

面向大规模MIMO的分块空间调制技术研究

广义空间调制(Generalized Spatial Modulation,GSM)是一种基于多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统的高效的数字调制技术,在传统调制符号之外同时通过激活天线模式组合发送信息比特。针对大规模MIMO系统中发送天线数量过多导致的激活天线模式组合的数量过多的问题,提出了一种分块空间调制算法,将每个发送天线子块的激活模式组合构成完整的激活天线模式组合,可有效降低大规模MIMO系统中发送端的调制复杂度。在接收端使用球形译码方法实现逐个子块的天线激活模式组合的解调,可以大幅降低接收端的计算复杂度。仿真分析表明,提出的球形译码算法可以在大幅降低计算复杂度的情况下,实现接近最大似然(Maximum Likelihood,ML)接收机算法的误比特率(Bit Error Rate,BER)性能,且可实现接收端检测性能和计算复杂度之间的最佳折衷。

空间调制型偏振成像的滤波器带宽优化方法研究

针对空间调制型全偏振成像系统在不同目标场景下成像效果不稳定的问题,使其在多目标场景均能保持最佳性能,提出了一种基于仿真干涉水印条纹的滤波器带宽优化计算方法,实现了对系统成像透镜的选型理论指导。通过在强度图像上叠加不同稀疏程度仿真干涉水印条纹的二维正弦函数得到仿真干涉图像,应用快速傅里叶变换和频域低通滤波算法对仿真干涉图解调得到全偏振图像,再对与强度图像结构相似度最高的偏振图像进行求解。提出了基于改进粒子群优化算法的最优滤波器带宽计算方法,通过引入疫苗提取选择策略和模拟退火机制实现了最优滤波器带宽的自适应选取,再结合不同目标场景下选定的图像分辨率、入射光波长及Savart偏光镜单束光偏移量等系统参数,计算得到成像透镜最优焦距,从而完成理论选型。实验部分对比分析了基于最优滤波器带宽选型与传统的自行经验选型的空间调制型全偏振成像系统稳定性,实验结果表明,基于最优滤波器带宽搭建的空间调制型全偏振成像系统性能较好,所提出的基于最优滤波器带宽选型相比于自行经验选型的频谱图反演面积增大4.16倍、图像结构相似度提高了63%,显著提高了系统的偏振成像质量。

基于门限的5G空间调制消息传递检测算法

针对经典消息传递检测算法中存在复杂度高与性能低的问题,文中基于门限和消息传递机制,提出一种适用于5G通信的空间调制信息检测算法。该算法通过引入组合数学表示方法,在广义空间调制系统完成大规模天线组合的表示,进而构建基本的分层消息传递检测模型。在此基础上,利用设定门限的方法快速地判定接收信号的欧氏距离,以减少消息传递检测算法执行无效的迭代,从而实现具有较低复杂度的消息传递检测算法。理论分析及实验仿真结果表明,与分层消息传递检测算法相比,基于门限的消息传递检测算法具有更高的检测性能与较低的计算复杂度。

一种基于CNN自编码器的空间调制技术

针对传统空间调制系统结构优化及复杂度较高的缺陷,提出了一种基于自动编码器的空间调制系统设计方案(Autoencoder Based Spatial Modulation Multiple-Input Multiple-Output,AE-SM-MIMO)。该方案通过使用卷积神经网络来构建系统的编码器和解码器,进行空间调制的端到端学习,进而实现不同发射天线、接收天线以及调制方式下信息比特流的传输与接收,在系统误码性能和复杂度之间提供了较好的平衡。在瑞利衰落信道环境下,将所提出的基于卷积神经网络的AE-SM-MIMO系统方案与传统的空间调制系统进行性能对比,实验结果表明,AE-SM-MIMO系统方案可获得接近最大似然检测算法的误码性能,并表现出了良好的适应性和泛化能力。此外,相比于传统最大似然检测算法和最大比合并检测算法,在4发2收BPSK调制方式下AE-SM-MIMO系统方案需要更少的计算时间,分别减少了78%和26%,大大降低了系统的时间复杂度。

智能反射面辅助广义空间调制的安全传输方案研究

为了提高无线通信系统传输的安全性,提出一种智能反射面(Reconfigure Intelligent Surface, RIS)辅助广义空间调制(Generalized Spatial Modulation, GSM)的方案来实现物理层安全(Physical Layer Security, PLS)传输。首先,从发射端发出信号后,对RIS反射单元进行分组,然后利用GSM激活不同的RIS反射单元组将信号反射到接收端,同时在发射信号中加入人工噪声(Artificial Noise, AN),扩大合法用户和窃听者信道间的差异,减少信息泄露,保证传输的安全性。此外,本方案通过RIS协作实现GSM传输额外索引比特,可有效提高系统的传输效率。最后,对系统误码率和保密速率进行了理论分析和实验仿真。结果表明,该方案不仅可以降低合法接收端的误码率,还能有效提升系统传输的安全性。与传统方案相比,当误码率为10-3时,信噪比大约有2.2 dB的性能增益;在信噪比为20 dB时,平均保密速率提升约200%。

基于可重构智能表面与人工噪声的空间调制安全传输方案

针对远场通信环境的不可控性和抗窃听能力不足,提出一种利用可重构智能表面重塑无线传播环境并通过人工噪声实现空间调制安全传输的方案。考虑到信道相位对信号质量的影响,调节可重构智能表面反射相位使得反射信号相位对齐,从而最大化接收空间调制索引天线的信噪比。全双工接收端在接收信息的同时发送映射在合法信道零空间上的人工噪声矢量干扰窃听者,基于中心极限定理和矩量母函数的近似方法,推导出系统保密速率和误码率的闭式表达式。在此基础上,以最大化保密速率为目标,对有用信息和人工噪声的功率分配进行优化。仿真结果表明,与传统空间调制系统相比,该方案在极低信噪比区域实现了高保密性能,配置可重构智能表面能够极大地改善远场的空间调制接收机的传输速率和误码率。

正交空间调制的低复杂度检测算法

针对正交空间调制(QSM)系统中激活天线数的不确定性、最大似然(ML)检测算法复杂度极高的缺点,提出了一种低复杂度检测算法。首先,该算法基于压缩感知(CS)信号重构理论,对系统模型进行重构,使固定激活天线系统中的低复杂度算法可以在新的系统模型中使用;然后,借鉴正交匹配追踪(OMP)算法的思想,选出一个激活天线备选集;最后,通过ML算法搜索备选集,选出激活天线和调制符号。仿真结果显示,相比ML检测算法,所提算法在性能丢失较小的情况下,降低了约90%的复杂度。

无线通信中空间调制MIMO技术的研究现状与展望

空间调制(Spatial modulation,SM)技术借助于天线序号"隐形"地传输信息,能够获得高数据传输速率,而且可有效克服信道间的干扰和同步问题,降低系统的实现复杂度。多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)技术,能够极大地提高无线通信系统的容量和频谱效率。为了满足无线通信系统高质量和高速率的要求,将SM和MIMO技术有效结合,SM-MIMO技术应运而生,成为近年来无线通信领域研究的热点方向。本文从基本原理和性能分析两方面介绍了SM-MIMO技术及其研究现状,并且探讨了SM-MIMO技术的应用前景。同时也对近年来国内外研究团队在SM-MIMO方面的研究成果进行了综述和概括,最后对该领域的未来研究工作进行了分析和展望。

基于线性剪切空间调制快拍成像测偏动态定标技术的温度宽域变化研究

空间调制快拍成像测偏技术通过单次测量即可获得目标图像的全部斯托克斯参数,在民用、军事、航空等领域有广泛应用.线性剪切空间调制快拍成像测偏技术(SMSIP)可在测量目标的同时实现系统定标,无需预知参考目标,从而能显著提高测量的速度和精度.然而,前期的动态定标技术研究并不适用于温度宽域变化情况,因为温度变化会对系统的空间调制相位产生影响,这将导致自定标解调算法失效.该文针对该问题提出一种动态定标算法,通过引入校准系数对SMSIP系统的动态定标原理进行理论推导,并用计算机仿真进行原理论证,对仿真结果进行评估,为线性剪切空间调制快拍成像偏振动态定标算法的在实际工程化应用提供理论指导.

MIMO下预编码辅助空间调制的接收天线选择

预编码辅助空间调制(pre-coding aided spatial modulation,PSM)通过激活接收天线的索引在空间域中传输信息比特。将接收天线选择(receive antenna selection,RAS)技术引入到PSM系统中,可以提高PSM系统的性能。在传统的PAS算法中,穷举搜索算法的系统性能最优,但穷尽搜索会导致其计算复杂度较高;快速RAS算法的计算复杂度较低,但其系统性能较差。因此,针对PSM系统的RAS算法,需要寻找一个折中的方案以适用于实际的通信系统。通过利用信道矩阵的最大和最小特征值(maximum and minimum eigenvalue,MME),设计了MME-RAS算法。分析和仿真结果表明,该算法相比于快速RAS算法计算复杂度略有提升,但可以使系统性能提高1 dB左右;相比于穷举搜索算法可以使计算复杂度降低70%以上,并且其系统性能接近于穷举搜索算法。

扩展空间调制技术的低复杂度检测算法

针对发射天线数可变的扩展空间调制技术(Extended Spatial Modulation,ESM)提出了相应的低复杂度检测算法。传统的空间调制技术(Spatial Modulation,SM)将信息调制在发射的天线上,但是在一个符号周期内活跃的天线数为常数。而ESM允许在不同符号周期以不同数目的发射天线进行组合,不仅能够承载更多信息,同时对发射的天线也有了更多优选的空间,但是传统的检测算法在发射天线数固定时才能正常使用,针对ESM的特殊情况提出了阈值法检测天线,并通过数值实验给出了性能分析。

新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪的设计与仿真

傅里叶变换光谱仪(FTS)在光谱分析中的应用越来越广泛,并且其微型化的趋势也愈加明显。文章设计了一种新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪。在介绍其结构理论的基础上,对其空间的光强分布进行了模拟,通过对该结构下引起相位误差因素的详细分析,采用改进的Mertz相位校正方法对小双边的采样数据进行了光谱复原,其理论分辨率可达到3.43nm@800nm,信噪比的理想分辨极限为6.8dB。该结构的微型FTS可以用微机械加工的方法来实现,具有性能稳定,误差容易校正等优点,文章对空间调制微型傅里叶变换光谱仪的结构设计及仿真,为微型FTS的微机械加工实验提供了理论支持,还为微型傅里叶变换光谱仪的进一步应用提供了更广阔的空间。

基于迈克耳逊干涉仪的空间调制型干涉成像光谱仪

试制了一台基于迈克耳逊干涉仪的空间调制型干涉成像光谱仪原理样机。样机将迈克耳逊干涉仪光路中的一面反射镜偏转一个小角度,使经两平面镜反射后的两束光波面之间产生一维连续的光程差,在图像传感器的像面上形成空间调制干涉条纹,构成空间调制型干涉成像光谱仪。一系列原理验证性实验表明:光谱仪原理正确可行,实验结果与理论相符,并且具有高通量,高信噪比,大视场和体积小,重量轻的优点。

空间调制稳态微型快拍成像测偏技术研究

空间调制快拍成像测偏技术能通过空间调制将目标全部的Stokes参量编码到一幅干涉图像中,实现一次拍摄获取全部偏振信息和二维空间图像,在生物医学、空间遥感和军事监测等方面具有重要的科学意义和广阔的应用前景.在之前的研究中,理论分析了基于改进型萨瓦偏光镜的空间调制稳态微型快拍成像测偏技术(MSPSIP)方案,与基于传统萨瓦偏光镜的空间调制稳态微型快拍成像测偏技术方案相比:前者在空间载频和通道宽度上提高了2倍,反演目标同一Stokes参量的数据面积提高了4倍,这使得它在空间分辨率和信噪比等方面具有明显优势.本文采用计算机仿真从定量和定性两方面论证该理论分析的正确性;采用几何光线模型分析阐明目标的偏振态被MSPSIP调制的详细过程,并给出了像面干涉图表达式.搭建了实验装置,实验验证了该方案的正确性.讨论了调整分析器偏振化方向对干涉强度的影响,为MSPSIP的实际应用和优化提供了理论指导.该技术具有微型轻量、稳态、快拍,结构简洁、直光路和易配准,可同时获取多维偏振信息和目标图像的显著特点.

采用Wollaston棱镜的空间调制干涉成像光谱仪

空间调制干涉成像光谱仪相对时间调制型干涉成像光谱仪具有稳定性强、实时性好、小型化、费用低等特点,Wollaston棱镜分光系统的参数设计直接关系到光谱仪性能的优劣,针对Wollaston棱镜分光原理展开分析和计算,给出不同材料Wollaston棱镜在不同结构角条件下分束角与波长的关系以及不同波长条件下入射角与棱镜厚度的关系,给出了选择和设计Wollaston分光棱镜的一些原则,为可应用于航天遥感的空间调制干涉成像光谱仪的设计及研制提供理论依据。