移动物联网通信中的UFMC调制波形优化设计

移动物联网(Internet of Things, IoT)通信是6G的关键技术之一,面对多变的地面基站环境,无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)辅助通信被认为是物联网通信的重要组成部分,已受到广泛关注。通用滤波器多载波(Universal Filtered Multi-carrier, UFMC)作为一种新型非正交多载波调制技术,继承了正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)的优势,主要应用在短数据包突发通信场景中,被认为适用于下一代无线物联网通信。但是,在无人机的高速移动环境下,通信信号会遭受显著的多普勒频移影响,产生严重的载波间干扰(Inter Carrier Interference, ICI),导致UFMC系统性能的显著下降。为了缓解ICI问题,本文首先理论分析、推导了存在多普勒频移时UFMC系统的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)。根据SINR分析,可见将UFMC波形滤波器通带波动优化调控的足够小以及加快过渡带衰减有利于提升系统抗ICI能力。因此,本文提出了基于波形滤波器优化设计的干扰抑制方法,构建了符合UFMC通信需求的波形滤波器最优化设计数学模型,该模型可以有效地调控波形滤波器的通带波动,通过遍历搜索可求解得到使系统误符号率(Symbol Error Rate, SER)相对最优的波形滤波器。在考虑多普勒频移的系统仿真中,SER对比结果表明:与采用传统波形滤波器的UFMC系统相比,本文根据约束最小最大(Constraint Minimax, CMM)准则遍历搜索设计的波形滤波器可以有效地抑制系统ICI从而改善SER。这为未来移动物联网通信系统的波形设计提供了参考。

基于CP重构的高时间传输效率CP-UFMC接收方法

针对循环前缀(cyclic prefix,CP)不足的情况对循环前缀通用滤波多载波(cyclic prefix-universal filtered multi-carrier,CP-UFMC)系统的影响进行了数学推导,提出了一种基于CP重构的高时间传输效率CP-UFMC接收方法来改善系统性能,并进一步研究了选择性重构方法的性能。之后仿真研究了不同CP长度,不同载波频率偏移和不同正交振幅调制阶数时的系统误符号率(symbol error rate,SER)表现。仿真结果表明,基于CP重构的CP-UFMC接收方法可以改善CP不足导致的系统SER恶化问题,使其接近CP充足时的SER,并优于对比的其他通用滤波多载波系统接收方法。

基于改进相位差校正法的高精度码元速率估计

针对非协作通信中的码元速率精确估计等问题,文中在包络平方法的基础上,提出基于改进相位差校正法的高精度码元速率估计算法。该算法通过对比具有最小时移关系的两段序列包络平方谱峰位置一致情况,舍弃受噪声干扰严重导致谱峰位置不一致的序列,并选取谱峰位置一致的两段序列,通过相位差校正法精确估计信号的码元速率。相较于包络平方法,所提算法突破了码元速率估计精度依赖信号采样点数的限制,具有较高的估计精度。仿真实验结果表明,所提算法可在较低信噪比条件下对MPSK(Multiple Phase Shift Keying)、MPAM(Multiple Pulse Amplitude Modulation)和MQAM(Multiple Quadrature Amplitude Modulation)信号码元速率进行精确估计,且相较于现有高精度估计算法,该算法复杂度更低,适合应用于工程实践。

符号熵与证据理论集成的转子故障识别研究

针对转子振动信号的非线性、非平稳性造成的故障状态难以准确识别问题,提出了一种符号熵与证据理论集成的转子故障识别方法。首先对转子系统的监测数据进行去均值处理和差分运算得到波动序列,继而通过二进制处理得到二进制序列,再通过编码得到符号序列而计算符号熵。通过一个符号熵均值相对增长率的指标来确定符号熵计算中的编码长度。通过实验分析,以转子四个通道的符号熵作为识别向量,再与历史数据得到的识别标准向量做对比,得到各状态的识别概率,最后通过D-S证据理论将其中两次测试的结果进行融合得到最终的判别结果。通过与传统的基于符号熵的故障识别方法的对比,能准确识别转子系统的常见状态,为振动信号处于非线性、非平稳条件下的转子故障状态识别问题提供了一个解决方案。

2*2MIMO系统模型搭建及误码率分析

针对普通单天线收发系统无法满足现有互联网通信容量日益增大的问题,提出了一种多天线技术MIMO(Multiple Input Multiple Output)。首先搭建了2*2MIMO通信系统,其中发送端包括QPSK映射模块和Alamouti编码模块,信道为瑞利衰落信道,接收端包括最大比合并模块;然后对所设计的系统用Matlab软件进行了仿真;最后通过仿真对2*2MIMO系统的误码率性能进行了分析。仿真结果表明,2*2MIMO系统比2*1MIMO系统在相同信噪比的情况下误符号率性能更好,证实了2*2MIMO系统可增大信道的容量并提高系统的可靠性。

基于循环自相关的符号率估计

深入分析了数字通信中常用调制信号的循环自相关特性 ,研究循环自相关同符号率、延时的关系 ,并由此导出了一种估计数字信号符号率的新方法。理论分析和仿真结果表明 ,新的方法不仅具有较小的计算量 ,而且估计的精度较高 ,基本不受信噪比的影响。提出的新方法可用于调制方式识别与调制信号的盲解调 。

现代化GNSS导航电文设计分析

导航电文是导航卫星信号的重要组成部分,其设计优劣将直接影响系统的时效性、完整性、灵活性、可靠性、可扩展性等服务性能以及用户使用成本。该文分析比较了各种导航电文的设计以及现代化GNSS(全球导航卫星系统)导航电文在数据内容、编码性能、编排结构以及播发方式等方面的改进措施。结果表明,这些改进措施使系统服务性能得到进一步改善且更便于用户使用。借鉴现代化GNSS导航电文在纠错码、校验码以及交织码相结合的多重差错控制方案,帧结构与数据块结构相结合的电文编排方式,星间、频间电文交叉播发方式等方面的设计,提出了我国COMPASS系统导航电文基本设计思路。

一种抑制符号速率估计背景色噪声的非线性滤波算法

数字调制信号符号速率估计的依据是循环平稳理论,由于信号的符号速率就是其基本循环频率,因此可以通过提取信号非线性变换(例如循环自相关函数)的循环频率获知符号速率.但是,非线性变换不仅能产生对应于符号速率的正弦分量及其各次谐波,还会将信号自身转变成不利于谱线提取的连续有色噪声(其能量主要分布在低频部分).当观察数据长度有限时,自噪声对谱线提取的影响尤其明显.本文深入研究了数字调制信号非线性变换的频域特征,充分利用离散频率分量不同于连续噪声而在其邻域内突起的显著特点,提出一种能够有效抑制背景色噪声的非线性滤波算法.文中详尽的Monte Carlo仿真验证了算法的有效性.

基于小波变换的通信信号码元速率估计

自动调制识别在电子侦察和电子战领域中扮演突出角色。怎样在没有先验知识的情况下对码元速率进行估计是调制识别领域一个重要的问题。小波变换可以有效地提取数字通信信号的瞬时突变特征。本文提出了一种估计码元速率的方法,这种方法在无先验知识的情况下对MPSK信号的码元速率进行估计。在matlab仿真中,如果我们选取合适的小波函数,小波变换幅度在相位突变时就会出现峰值,而且峰值之间的间隔是码元周期的整数倍。计算机仿真结果证明了该方法在低载噪比(CNR)下的有效性。

基于多尺度Haar小波变换的MPSK信号码速率盲估计

研究了相位编码信号的码速率估计,提出基于Haar小波变换的多尺度MPSK信号码速率盲估计方法。首先对接收信号作FFT得到信号频谱,对频谱进行平滑之后估计其中心频率,接着由估计出的频率构造相关接收机;然后估计信号的3dB带宽,由估计的带宽作为参考选取三个小波尺度,利用Haar小波的边缘检测特性对相关接收机的输出进行多尺度码元相位跳变点检测,多尺度检测的结果进行叠加;最后对叠加的结果作DFT估计频率得到MPSK信号的码速率估计。仿真表明,高于信噪比门限时本算法可以对码速率进行有效估计。

一种基于最优尺度小波变换的符号率估计算法

在限带数字通信系统的一般模型框架下,提出了一种基于最优尺度小波变换的符号率估计算法.首先深入分析了经典Haar小波符号率估计方法的基本原理及其性能缺陷,然后从奇异性和消失矩的角度,从理论上证明了小波基函数选择受信道特性影响较小.新算法利用归一化能量最大化准则获得最优尺度参数,并选取具有高阶消失矩的小波基函数进行小波变换,从而可以获得数字调制信号符号率信息.仿真结果表明,新算法在数据量较少和低信噪比条件下,估计性能优于经典Haar小波方法,具有较好的普适性和较高的实用价值.

一种基于瞬时幅度的PSK信号符号速率估计方法

本文通过对PSK调制信号的瞬时幅度进行DFT运算,检测变换后离散谱线对应的频率值得到符号速率的估计。文章对方法原理和性能进行了详细推导,并通过Matlab仿真和实际短波信号验证了该方法的可行性和有效性。

基于循环自相关的PSK信号码速率估计的噪声影响分析

采用循环自相关函数或基于循环自相关的循环统计量可以有效地估计PSK信号的码速率。与理论分析结果不符的是,实际中不具有循环平稳性的平稳噪声仍对基于循环自相关处理的PSK码速率估计有影响。该文分析了这类影响产生的原因,推导了循环自相关处理后,不期望项(即由平稳噪声所产生的项)的均值和方差的数学表达式,并给出了高斯白噪声情况下的简化表达式。仿真实验证明了这些结论的正确性。

长码直扩信号的符号速率盲估计方法

针对长码直接序列扩频(DSSS)信号的符号速率估计的难题,提出了基于相关处理的方法。该方法首先估计长码直扩信号的相关函数二阶矩,然后将相关函数二阶矩的估计作为输入信号进行预处理,以去除扩频码周期处的峰值。对预处理后的信号再次进行自相关处理,则所得的信号的频谱中含有符号速率谱线。理论分析和计算机仿真证明了所提出的算法的有效性。

一种基于循环谱的MPSK信号符号速率估计方法

针对频谱感知的实际应用,在循环平稳理论的基础上,研究了经过脉冲成形滤波器滤波后的MPSK信号的循环谱特性,通过分析有限数据条件下剩余带宽对循环谱估计的影响,提出一种恒包络处理与频域平滑循环周期图结合的符号速率估计算法。仿真表明该方法在有限数据条件下具有良好的性能,而且在剩余带宽较小时,也能有效地估计MPSK信号的符号速率。

基于小波变换的数字信号符号率估计

小波变换对暂态信号有很好的检测能力。数字信号在其符号边界上具有暂态特性,即有幅度、频率、相 位的变化。而且数字信号经过小波变换后其边界仍为暂态。因此利用二次小波变换,在未知信号类型的情况下,可 对数字信号进行符号率估计。计算机仿真结果表明,该方法具有较高的精确度及抗噪性。

一种非数据辅助的连续相位调制信号符号速率估计算法

在对连续相位调制信号(Continuous Phase Modulation,CPM)的循环平稳性分析的基础上,本文推导了其谱频率为载频的循环截面上离散谱线与调制参数的关系,提出一种非数据辅助的CPM信号符号速率估计算法。该算法采用频域谱平滑的方法得到循环谱估计,利用非线性滤波方法进行离散谱线提取,根据信号的谱线特征,判断信号为单指数或多指数CPM信号,进而得到符号速率的有效估计。仿真实验结果表明,该算法不需精确载频估计,具有较好的抗噪声性能,并能用于频率选择性衰落信道。

16QAM-LFM雷达通信一体化信号设计

设计了一种16QAM信号与LFM脉冲相结合的高阶雷达通信一体化波形,把LFM信号作为16QAM信号的载波,在不影响雷达基本功能的前提下实现高速率的通信。对16QAM-LFM这一新型一体化波形的性能分析和计算机仿真表明,在通信性能方面,该波形与16QAM信号的通信误码率特性相同,具有比BPSK-LFM、MSK-LFM等低阶调制的一体化信号更高的频带利用率,比OFDM-LFM等高效率一体化信号更低的复杂度;在雷达性能方面,该波形因为其雷达模糊函数接近图钉型,具有比LFM信号更高的距离和速度分辨力,对低速目标的检测概率则相同。

基于DG-PSP的不同符号速率PCMA信号盲分离算法

针对非合作接收不同符号速率PCMA混合信号,提出一种基于双网格逐幸存路径处理(DG-PSP,double grid per-survivor processing)的分离算法。将2路信号分量的信道状态与输入分别视为2组动态网格,通过分别迭代更新2组网格状态实现混合信号重构,进而实现PCMA信号盲分离。重点研究了联合译码的迭代分离结构,并对不同参数估计误差下算法性能做了详细分析比较。所提算法复杂度与传统PSP算法相当,同时仿真结果表明,算法性能逼近联合界,当采用迭代处理时,在误比特率10^(-2)数量级上经过一次迭代就能获得2 dB的信噪比增益,经过2次迭代则有近3 dB的信噪比增益。

数据链抗干扰性能分析

美军联合战术信息分发系统(JTIDS)采用扩频、MSK调制和跳频的组合调制体制以及RS编码、交织多层纠检错编码体系,使系统具有很强的抗干扰性能。以JTIDS为背景,研究数据链通信系统的结构以及采用的抗干扰体制,分析该系统在不同信道环境和人为干扰方式下的符号误码率,并运用SIMULINK通信仿真平台对该系统在高斯白噪声及部分频带干扰情况下的抗干扰性能进行了仿真,对仿真结果进行了分析。