通信信息类专业实验平台建设探索与实践

从先进教学理念的落地与生根,体现“大专业”概念的体系化实验平台,与新技术、真工程和实企业的深度融合等需要解决的实验教学主要问题出发,给出了以“强实践动手、铸工程素养、培创新能力”为宗旨的新工科人才培养新实验教学模式,将能力培养贯穿始终,形成工程思维与系统思维贯穿全链条模式。在多年教学实践的基础上探索开发了通信信息类专业实验平台,构建了模块化和通用化的课程群和教学资源。让实践体系内的各环节、各要素、各层次联动起来。

卷积码盲识别树图遍历算法研究与仿真实验

针对现有卷积码盲识别算法在校验矩阵相同的情况下识别性能不佳的问题,提出一种基于树图遍历的卷积码盲识别算法,并对算法识别准确率进行仿真实验。算法基本思想是:遍历所有可能的输入序列,并依据输入序列构造下一状态,根据输入序列和状态这两个参数在卷积码树图中寻找符合要求的路径,识别出卷积码的输入⁃状态⁃输出转移表,然后构造方程组,估计出生成矩阵。实验结果表明,该算法能够有效地对卷积码进行盲识别,规避了从校验矩阵反推生成矩阵的过程中存在多个可能的生成矩阵的问题。

“随机信号分析实验”在线教学设计

在“新冠”疫情爆发的特殊时期,学校无法正常教学,需要为大学生开展在线教学任务。“随机信号分析实验”作为通信工程、信息工程专业的必修课,正常实施该课程教学对学生的培养至关重要。由此,为该课程设计了一种切实可行的在线教学方案,并针对课程的培养目标,提出了多维度的考核方式、评价标准,既保证了教学内容的顺利完成,又完成了该课程的培养目标,学生综合实践能力到达课程预期。

多径效应对无线通信系统性能的影响

无线通信过程中由于信道中障碍物的影响,使得信号从发射端到达接收端时存在多条路径,在接收端引起多径效应。信道模拟器在基带处理多径信号,然后变换到射频段,这与实际情况有所出入。软件仿真模块呈现为一个黑盒子,屏蔽了多径效应的本质。针对这一问题,采用虚拟仿真技术开发多径模型,将抽象的理论知识呈现为直观的现象。利用多径效应模型分析多径效应对无线通信系统的性能影响,给实验者提供身临其境的感受,并且界面友好、实验操作简单,帮助实验者掌握无线通信中的多径效应问题。多径效应对无线通信系统的性能影响实验采用浏览器/服务器模式,可以远程操作实验平台,同时多人进行操作,相互之间不存在操作干扰,便于开展实验,实现个性化学习。

用于通信系统测量的射频开关矩阵

为了解决通信系统测量时需要频繁更换测量仪器的问题,分析通信系统的测量类别、接口要求及常用通信测量仪器的特性、输入输出方式、频率使用范围、功率限制等指标。在此基础上设计了用于通信系统测量的射频开关矩阵,采用高性能程控开关切换测量仪器,在信号通路上增加衰减器控制信号功率,将待测通信系统和多种通信测量仪器有机组合,构成一个完整的测量系统。射频开关矩阵可以进行灵活连接,实现多入多出。所有测量仪器都使用射频开关矩阵选择,测量仪器受限于实验空间的情况得到极大改善。测量时不需手动更换待测模块和测量仪器,只需在射频开关矩阵的操作界面进行选择,即可方便地在仪器常开状态下进行测量且不会对仪器产生影响。

无线局域网虚拟仿真实验平台设计与实现

设计和实现了一种基于LabVIEW和USRP的IEEE 802.11无线局域网虚拟仿真平台。阐述了IEEE 802.11的关键特征和基于NI USRP的IEEE 802.11系统架构设计,包括FPGA部分和上位机部分。给出仿真平台的测试结果与分析。该平台是一个灵活的演示、开发、验证平台,有助于对该领域新技术的认识和探讨。基于该虚拟仿真实验平台,可开发更多形式的IEEE 802.11原型系统或进行关键技术验证。

一种面向区块链验证节点的声誉证明共识机制

针对现有的区块链共识机制缺乏对验证节点的信用度评估以及不能有效地应对节点作恶的不足,提出一种面向区块链验证节点的声誉证明共识机制。首先,通过为验证节点设计的交互指标来表示验证节点在区块链网络中的贡献度,作为验证节点的声誉基准;其次,从验证节点的有效区块数、有效投票数等方面评估验证节点的可靠度,并作为验证节点的声誉提升权重;最后,综合计算当前回合验证节点的声誉,并基于声誉排名来选取当前回合的出块节点集合。实验结果表明,声誉证明共识机制在处理作恶和懒惰行为方面具有一定的优势,且在保证信用度评估有效性的同时可以降低资本、能耗对共识机制的影响。

一种基于加权K⁃means的边缘服务器部署方案

随着5G时代的到来,移动边缘计算(MEC)在移动网络的RAN侧提供计算、资源存储和IT服务等系统功能,实现高带宽、低时延的业务支撑和本地管理。从长远角度来看,边缘服务器的合理部署可以提高MEC的服务质量,节省运营商的成本,降低网络资源的浪费。为此,文中提出一种加权K⁃means算法来优化边缘服务器的部署问题。所提方案根据基站侧的日统计流量计算不同区域范围内移动终端的权值,通过目标方程和约束进行算法设计。在实验阶段,分别通过加权K⁃means算法、传统K⁃means算法和随机选择的方法得到边缘服务器的部署位置。在不考虑传输链路异常等情况下,基于不同服务器个数和测试时段,分别计算移动设备与边缘服务器的响应时延。评估结果表明,在相同的移动终端分布和资源分配的条件下,相较于传统K⁃means算法和随机选择方法,所提方案能够提供更好的部署位置,减少设备的响应时延。

温度和频率对互连线信号完整性的影响

针对VLSI中的互连线信号完整性问题,研究温度和频率对电阻、电感和电容的影响。在温度和频率的作用下,采用多节RLC模型,分别探讨温度和频率对互连线电学特性的影响,研究互连线的信号完整性问题。结果表明:在温度和频率的双重影响下,对温度和频率比较敏感的第5层互连线,在信号上升时间为0. 05 ns,负载是0. 1pF电容时,信号的延迟比没有考虑温度和频率影响时的延迟多121 ps;当负载是电阻时,延迟变化不大。温度对串扰的影响较小,频率对串扰的影响较大,在温度和频率的双重影响下,阻性负载时远端串扰变大,近端串扰变小,而容性负载时近端串扰和远端串扰都变小。

虚实一体无线通信综合实验系统

该实验系统包括基带部分、射频前端、天线和控制计算机,每部分均采用模块化设计,每个功能模块可替换。采用积木式搭建方式,既可构成一个完整的无线通信系统,开展无线通信系统实验,也可构成一个独立的子系统,开展相应的实验,支持多门实验课程。该系统采用网络化模式,支持远程实验教学,通过互联网可随时、随地开展实验,不受时间、地点和实验内容的限制。功能模块可通过网络随时加载二次开发算法,支持二次开发实验。

矩形火羽流燃烧特征的实验研究

针对矩形火羽流的燃烧特征进行了实验研究,着重分析了火源长宽比的影响.结果表明:矩形火羽流的火焰高度受到火源长宽比和热释放速率的耦合影响.基于空气卷吸理论推导了火焰高度的预测表达式,可以计算不同热释放速率和长宽比下的火焰高度.矩形火羽流的轴向温度分布整体上类似于经典的火羽流温度分区规律.相同热释放速率下,连续火焰区的峰值温度随长宽比的增加先增后减,而羽流区的温度衰减速率随长宽比的增加而降低.

基于传输线的无线信道多径实验模块

无线通信中信道环境复杂,存在多径效应,使传输信号受到符号间干扰,引起失真,严重影响通信系统的性能。为了模拟多径信道,分析了射频电路里的传输线。传输线与无线信道的特征阻抗都恒定不变,信号路径数量可变,传播的信号相位都呈现周期性变化,传播延迟与距离呈线性关系。在每条传输线中增加可变电阻模拟信号在自由空间的衰减,采用微波电路实现无线通信实验中的多径模块,模拟无线信道的多径效应。多径模块可与发射机和接收机构成一个完整的无线通信系统实验平台。

虚实一体化的DQPSK调制与解调系统

基于DQPSK调制与解调教学知识点和基于半实物虚拟仿真理念,架构了网络化的实验室和虚实一体化的DQPSK调制与解调系统实验平台。该平台允许学生完成真正的硬件实验,逐层认识DQPSK调制与解调、观察真实的电信号,并且大大扩展了实验时间和地点。虚实一体化的DQPSK调制与解调系统实验符合教育部实验室建设"能实不虚,虚实结合"的理念,并且有助于向社会普及通信基本知识。

视频信号无线传输系统实验设计

视频信号传输时所需的传输带宽大,对实时性要求高。摄像头采集到视频信号后,通过发射机经无线信道到达接收机,在接收端恢复出视频信号。学生可以切身感受信号传输质量,认识信道的特性以及电路的特性对信号质量的影响。实验涵盖了基带信道编码和译码、调制和解调、射频收发、天线、无线信道等无线通信系统的所有内容。支持设计性和综合性实验,可进行基带硬件开发、射频电路设计、射频系统设计,满足不同层次学生的需求,帮助其更好地掌握无线通信理论知识。

无线通信中的多径效应实验

无线信道客观存在,却看不见摸不着。由于无线信道距离远,因此不便于在实验室中开展无线通信实验。该文采用无线通信多径模块构建无线信道,用硬件模拟无线通信中的多径效应。实验时根据需要对无线通信多径模块进行并联或串联组合,实现所需的通信路径。根据传输距离调节每条路径的衰减,在所有信号路径中计算信道的最大时延扩展和相干带宽。设置误码仪的数据速率和无线通信系统基带的编码与调制方式,获得信号占用的带宽。将实现的无线信道部分与发射机和接收机直接连接,构成一个完整的无线通信系统。在信道的相干带宽和信号带宽大小不同的情况下测量无线通信系统的性能,获得多径效应对无线通信系统性能的影响。

火前锋附壁的模拟实验研究

设计了可变坡度燃烧实验台,利用气体燃烧器模拟沟槽地形火蔓延中的火前锋。以丙烷为燃料,主要开展了不同坡度和高宽比(挡板高度与燃烧器宽度之比)条件下的气体燃烧实验。结果表明,坡度是影响火焰附壁的关键因素,挡板的存在限制了侧向卷吸从而加快火焰倾斜甚至附着。上坡火前锋存在一个发生火焰部分附着的临界坡度,该临界坡度不随挡板高宽比的变化而改变,该文的临界坡度为10°~15°。随坡度继续升高,高于另一临界坡度时,火焰完全附着在实验台面上,形成薄片状结构,发生火焰完全附着。附着火焰表现出明显的脉动性,随坡度的增大而增强,挡板的存在明显加剧了火焰脉动,而高宽比的变化对火焰脉动特性无显著影响。

电荷泵锁相环系统级功耗估计

功耗问题是制约集成电路设计的一个重要因素.分析了CMOS集成电路中功耗的来源,集成电路设计中功耗设计的目的,估算方法和功耗模型.研究模拟集成电路的特点和相应的功耗估计方法.针对采用环形振荡器的电荷泵锁相环,研究电荷泵锁相环的组成,各模块的工作原理及对功耗的贡献,提出了电荷泵锁相环系统级功耗估计模型.与实际测量结果相比,相对误差小于22%.该模型易于植入集成电路设计工具,可以对锁相环系统级设计提供功耗方面的参考,提高集成电路的设计质量.

油池边沿高度对池火燃烧特性影响的实验研究

研究了油池边沿高度(h)对池火燃烧特性的影响,开展了内径(d)为10 cm的不同h和不同油盘材料(石英、不锈钢、铝和铜)的正庚烷池火实验。结果表明,正庚烷池火的燃烧速率、火焰高度和脉动频率均随着边沿高度的增大而减小,且随着油盘材料的热导率增大,边沿高度的影响逐渐减弱。基于量纲分析分别修正了火焰高度和脉动频率模型,结果能够较好地符合实验值。

可燃物填充比对火蔓延影响的实验研究

提出了一种可精确控制燃料床填充比的方法。以刨花为燃料,开展了可燃物填充比对火蔓延影响的系统性实验研究。分析了火焰长度、火焰倾斜角、火蔓延速率、质量损失速率和热流密度随填充比的变化规律。研究发现,随填充比增大,火焰长度逐渐减小,火焰倾斜角逐渐增加,导致火焰热辐射降低、火蔓延速率减小。当填充比小于0.06时,燃料消耗率接近于1;当填充比在0.06~0.08内变化,燃料消耗率突然降低,说明此区间存在一个临界填充比,使得燃料床由热薄型向热厚型转变。

Algorithm for source recovery in underdetermined blind source separation based on plane pursuit

In order to achieve accurate recovery signals under the underdetermined circumstance in a comparatively short time,an algorithm based on plane pursuit(PP) is proposed. The proposed algorithm selects the atoms according to the correlation between received signals and hyper planes, which are composed by column vectors of the mixing matrix, and uses these atoms to recover source signals. Simulation results demonstrate that the PP algorithm has low complexity and higher accuracy as compared with basic pursuit(BP), orthogonal matching pursuit(OMP), and adaptive sparsity matching pursuit(ASMP) algorithms.