卫星通信中基于流量均衡的跳波束分簇构型研究

星上资源有限且珍贵,而在真实的通信场景中,地面终端用户地理位置分布和卫星通信业务需求各不相同,因此需要进行动态星上资源管理,并设计灵活高效的资源管理方案。本文利用跳波束技术提供波束级别灵活的资源管理,解决高通量卫星产生的点波束覆盖地面小区之间业务需求量不均衡的问题。首先,针对跳波束卫星存在共信道干扰的问题,提出了基于频率模式切换的跳波束簇间干扰避免策略;然后,提出均匀分簇和非均匀分簇两种分簇构型策略,针对均匀分簇均衡效果差、不适用于地面动态变化的问题和共信道干扰问题,提出了基于频率模式切换的跳波束簇间干扰避免策略的非均匀分簇构型方案;最后,对干扰避免策略进行仿真,同时基于多种智能优化算法对不同的分簇策略进行验证,证明所提分簇构型的可行性,并表明无距离限制的非均匀分簇算法的流量均衡能力较传统分簇算法更强。

基于长短期记忆网络的无线通信智能抗干扰研究

为提高无线通信网络的抗干扰能力,提出一种基于长短期记忆(LSTM)网络的无线通信智能抗干扰方法。首先,结合无线通信抗干扰的原理,提出深度学习的通信抗干扰基本思路;其次,采用基于长短期记忆网络的逐时隙频谱状态预测方案进行空闲频谱预测;最后,根据预测结果进行空闲频段优化选择,以实现跳频通信。实验结果表明,在3 GHz频点中,逐时隙预测的信道状态信息与真实信道状态信息相同,预测结果与真实结果一致,说明采用所提方法可准确预测到下一时隙的信道状态并进行跳频频段选择,这有助于用户提前避开干扰,保障用户的通信质量。

5G城域传输网络信号抗干扰传输方法

由于5G城域传输网络信道状态在干扰下会出现不同程度的波动,导致信号传输稳定性难以得到保障,为此,提出5G城域传输网络信号抗干扰传输方法研究。发送端按顺序发送短测试数据至每个信道后,根据每个信道停留的时间长短确定当前5G城域传输网络的Best Channel;在抗干扰传输阶段,引入了调频机制,利用传输微网将一个较小的频率集作为执行跳频通信的域,确保频率集中的信道均为Best Channel,并通过更新频率集,以最小额度信道数执行传输任务。在测试结果中,设计传输方法在干扰信号介入的情况下仍能保持信号波形的稳定输出。

跳波束波位优化与干扰避免的跳变图案设计

跳波束技术利用时间分片的方式提高了通信系统的资源利用率,但现有的跳波束波位相对固定,不能随业务需求的变化而变化;且跳变波束服务的波束越多,系统排队时延越大;当多个波束同时工作时,同频干扰也不容忽视。对此,本文在波位优化的基础上,进一步提出一种将时隙分配与跳波束图案设计联合优化的资源分配算法。以最大化系统吞吐量为目标,首先利用相控阵天线可波束赋形的特点,根据业务需求,配置合适大小的波位;其次利用遗传算法对跳波束图案进行设计,从而避免共信道干扰。对比联合优化前后系统性能参数,结果表明,该方法能够提高系统吞吐量和业务满意度,降低系统排队时延。

低轨星座的跳波束资源调度策略

跳波束技术作为一种高通量卫星资源分配方法,能够根据地面业务需求灵活配置星上资源,提高星上资源利用率。本文将跳波束技术应用到低轨星座场景中,针对用户业务先验未知和先验已知两种情况,考虑波束间的共信道干扰,基于迭代算法和凸优化制定了适用于低轨星座的两种跳波束资源调度策略。与传统策略对比,能达到更高的系统吞吐量,同时具有较好的时延性能,且适应用户业务的不均分布。

突发流量自适应的6TiSCH网络分布式PID调度

工业物联网络6TiSCH通过对时隙跳频模式和IPv6协议的引入,在支持海量节点接入、确定性可靠传输以及低功耗运行方面优势明显。虽然6TiSCH操作子层的定义为用户自定义调度策略提供了规范化的调度执行过程,但在实际应用中仍面临不同应用场景的上层调度函数(即决策实体)个性化设计的问题。本文将控制理论引入确定性工业无线网络的资源调度应用中,将分布式节点间通信资源调控抽象为闭环控制问题,结合经典比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制算法,阐述基于PID控制理念的6TiSCH网络资源调度原理,设计面向突发流量场景的6TiSCH网络分布式PID调度算法,构建突发流量友好的上层调度函数。基于OpenMote-B的6TiSCH网络平台实验表明,所提方法支持流量需求动态变化的节点间通信资源的自适应调度,尤其对多种类型突发流量可以快速响应。

基于MC-FH/DPSK 水声通信信道编码研究

基于多载波跳频差分相移键控(multi-carrier frequency-hopping/DPSK,MC-FH/DPSK)的水声通信系统,与四进制频移键控(4FSK)跳频通信系统相比,频带利用率成倍提升,但系统误码率仍达不到10^(−5)级。通过将信道编解码技术与MC-FH/DPSK通信系统相结合,使误码率达到10^(−5)级。在实测水声信道下进行了Turbo码及准循环低密度奇偶校验码(QC-LDPC)码的纠错性能仿真,结果表明:实测信道中,2种编码方式在一定信噪比下都能达到10^(−5)的误码率要求,但QC-LDPC码比Turbo码具有更强的纠错性能。在符号持续时间为8 ms,编码速率为1/2,信息长度为840 bit情况下,采用SOVA译码方式的Turbo码,在Eb/N0≥22 dB时误码率低于10^(−5),而采用BP译码方式的QC-LDPC码,在Eb/N0≥20 dB时即可使误码率降至10^(−5)以下,获得了2 dB的信噪比增益。

DSFH系统的双信道接收平衡检测及判决结构设计

对偶序列跳频系统较传统跳频通信具有很强的抗综合干扰能力,基于实际情况中存在的接收结构双信道平衡问题,提出了AWGN环境下仿真模型的信道平衡检测方法,分析了在AWGN环境平衡信道下的误码率及非平衡信道下的门限调整,设计了动态门限的判决结构。由链路仿真结果表明:在无信号时能够检测双信道接收结构的平衡状态;当信噪比在-22 dB~-14 dB变化时,非平衡信道下判决结构的检测性能达到了平衡信道时的性能要求。

一种异步的认知无线电网络跳频算法

针对认知无线电网络中次用户对之间的交会问题,即次用户对在同一时间接入到相同的信道,提出了一种异步的基于循环请求集的跳频算法(ACHA).首先,次用户将可用的空闲信道按照循环请求集的结构生成跳频序列,然后再跟随跳频序列依次接入到可用信道中.利用循环请求集系统的旋转相交特性,ACHA算法能够保证任意2个次用户之间的交会必然发生在一个基本跳频序列周期之内.仿真结果表明:与正交序列跳频算法和基于三角形数的跳频算法相比,ACHA算法能将平均交会时间降低20%和40%

IETF 6TiSCH工业物联网研究综述：标准、关键技术与平台

互联网工程任务组(IETF)正在制定一套基于IPv6的低功耗工业物联网协议栈6TiSCH,其主要应用于复杂的工业过程控制及自动化领域。IETF 6Ti SCH协议栈在网络层上引入IPv6协议,使得海量的物联网节点可以无缝接入互联网;在链路层引入了IEEE802.15.4e TSCH新协议,可以有效降低节点能耗和增强无线通信可靠性。OpenWSN开源项目提供了一套该协议栈完整实现的代码。对IETF 6TiSCH工业物联网的标准、关键技术与平台进行了系统总结。首先对其发展历程及现状进行了详细的介绍;接着分析了CoAP应用层协议、UDP传输层协议、IPv6网络层协议、IEEE802.15.4e链路层协议及其物理层标准协议;随后总结了其高精度时间同步、资源调度与安全等关键技术,并对其实现平台进行了深入剖析;最后对未来研究可能面临的挑战进行了展望。

面向信道跳转认知无线电网络的CSMA/CA MAC协议

现有基于信道跳转序列（CHS）的盲信道交汇策略研究多针对认知无线电网络媒体访问控制（MAC）协议的接入协商问题,较少关注接入控制方面。为此,分析载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）MAC协议面临的假冲突问题,提出一种概率性加倍竞争窗口调节机制p-DOUBLE。根据假冲突不会在收发双方实现信道交汇的跳转时槽内出现的特点,利用现有基于CHS的盲信道交汇策略在每个跳转时槽内实现信道交汇的概率加倍竞争窗口大小,以降低假冲突对延长回退倒数过程的影响,提高收发双方在实现信道交汇时抓住传输机会的概率。实验结果表明,与传统确定性加倍竞争窗口调节机制1-DOUBLE相比,p-DOUBLE能将报文投递延迟降低14%~20%,网络吞吐量提高17.1%~29.3%。

分布式多天线跳空收发技术(Ⅱ)——权值反馈型反向训练模式下的0/1式跳空技术

针对正向训练模式下的0/1式跳空技术在跳空图案泄露后存在的安全隐患,提出了权值反馈型反向训练模式下的0/1式跳空技术。该技术在发射方和目标用户均使用多天线,双方采用反向训练技术,使目标用户获得与正向训练模式下一致的权值,而侦听方即使窃取了跳空图案,但由于无线信道的差异性,仍然无法正确解调,这一点完全不同于传统跳频扩频方案。反向训练技术以从根源上解决无线通信安全问题为出发点,充分利用无线信号丰富的时空谱资源,保证了物理层安全传输。仿真结果表明,在跳空图案和反馈权值都泄露的情况下,侦听方的误符号率始终极高,根本无法侦听信息。

基于多信道预约的传感器网络MAC协议研究

针对传感器网络中三重隐终端问题,提出了一种基于自适应占空比的多信道MAC协议—MCR,MCR通过多信道预约机制高效地解决了该问题。在理论分析中,通过最小化节点平均信道切换次数的下界得出了节点的最优占空比。为验证MCR中多信道预约和自适应占空比机制的性能,进行了模拟和真实实验,实验结果表明,与其他MAC协议相比,随着信道数及网络负载的增加,MCR提高了网络吞吐量,降低了传输所消耗的能量。

异步多信道无线传感器网络MAC协议

针对无线传感器网络中控制信道饱和问题以及三重隐终端问题,提出了一种异步多信道MAC协议——RIM(receiver-initiated MAC).RIM利用接收端开始的传输机制有效地解决了控制信道饱和问题,同时采用了基于概率的随机信道选择机制避免了三重隐终端问题.而且,RIM支持一种简单且可靠的异步广播机制.通过基于马尔可夫链的理论分析,得到了RIM中节点的最优占空比.为验证RIM的实际性能,进行了模拟和真实实验.实验结果表明,与其他多信道MAC协议相比,随着信道数及网络负载的增加,RIM增加了网络吞吐量,降低了传输所消耗的能量,同时也提高了广播的可靠性,达到了能量有效的目的.

水声信道中一种抗多途跳频通信的研究

水声通信系统是当代海洋开发和海洋环境立体监测中的重要技术组成部分 ,广泛应用于海洋监测、海洋资源勘探和开发等方面 .然而 ,水声信道的随机起伏、时 空 频变的多途特征使水声通信技术成为当代最为复杂的通信技术之一 .本文介绍近年来在高速水声通信方面的一些研究进展 ,讨论了一种利用高速数字信号处理器(DSP)实现水声信道跳频通信的方案 ,并探讨了该方案在调制信号设计及信号处理实现上所采用的关键技术 .

一种改进的跳频信号信道化检测方法

在通信对抗中,对目标跳频信号进行有效检测是对该信号进行后续处理及实施干扰的前提,利用信道化检测方法实现对跳频信号的盲检测。侦察方作为通信非协作接收者,无法与目标信号发送端实现时间同步,导致信道化检测方法性能不佳,针对此问题,提出一种简单高效的判决门限改进算法。仿真结果表明:采用改进算法,虚警概率显著降低,在信噪比大于-2 dB时检测概率有一定的提高。最后给出了关于进一步提高信道化检测方法性能的几点策略。

短波跳频系统信道差错率的实时监测

基于短波信道Ｗａｔｅｒｓｏｎ模型，提出了短波跳频系统信道差错率实时监测的一种自适应测量方法。该方法是根据伪错监测统计情况，自适应地选择用于线性外推估值的监测路径来估计差错率，模拟结果分析表明：其短波信道差错率的相对误差为６２．５％。

短波跳频FH/QDPSK系统信道自适应监测的研究(Ⅰ)

基于短波跳频FH/QDPSK系统的FFT解调 ,利用FFT解调的结果 ,提出了在瑞利衰落信道中对信道的比特误码率BER进行实时自适应监测方法 ,该方法利用伪错外推较好地解决了在较短的监测时间获取较精确的监测结果。模拟结果表明 :采用伪错的线性外推算法 ,其估值的最大绝对误差不超过 0 89,最大相对误差不超过35 7%。

一种用于双通道跳频技术的时间调制阵列系统

基于波束形成理论和时间调制阵列天线理论,围绕着规避噪声、干扰或者多用户情况下非重复的通道,提出了一种适用于跳频技术的时间调制阵列系统,通过控制天线阵列单元的工作状态对信号进行调制.在将第一边带的波束对准于目标方向的同时,在射频端对载频进行迁移,从而达到跳频通信的目的.仿真结果表明:该时间调制阵列系统在较低运算开销下实现了预期波束指向和实时载频迁移.此外,通过利用天线单元控制时序中的未使用间隙,系统被扩展为独立工作的双通道天线系统,并提供了时序冲突时的解决策略和实验证明.

纠错编码技术在水声跳频通信中的性能研究

将水声跳频通信系统与纠错编码技术相结合进行了研究,针对复杂多变、强多途和起伏干扰的浅水水声信道,建立了基于BELLHOP射线模型的时变衰落水声信道模型,该信道模型建立起了信道特性与海洋环境参数之间的关系,在海洋环境参数给定的条件下可以精确仿真信道。在此基础上通过系统仿真的方法研究了卷积码、RS码和串行级联码三种纠错编码方案在水声跳频通信系统中的性能,给出了两种典型信道下的仿真结果并进行了对比分析,结果表明串行级联码具有更强的纠错能力,比较适合复杂多变的水声衰落信道。