Several Modulation in Direct-Sequence Spectrum-Spread Systems

Performances of BPSK, balanced quaternary modulation, dual quaternary modulation and complex quaternary modulation in direct sequence spectrum spread (DS SS) system are discussed in this paper. Based on the criterion the power of original signal is the same, it is shown that complex quaternary modulation has the best performance, and dual quaternary modulation degrades 2dB. Moreover, the frequency efficient of the two modulations is 2bit/Hz. Balanced quaternary has the same performance as BPSK with frequency efficient 1bit/Hz.

LoRa扩频信道干扰与扩展性分析

为了提高LoRa通信系统节点的接入量,对LoRa通信系统的干扰及扩展性进行了详细分析。首先分析了LoRa相同扩频信道间和不同扩频信道间的干扰,得出相同扩频信道干扰严重的原因,以及不同扩频信道存在一定的干扰的情况,进而发现扩频信道间的码片间距越近干扰越严重;其次提出了一种LoRa不同扩频信道间的干扰消除算法,通过仿真验证了该算法能有效消除低扩频信道干扰的可行性;最后从理论上对LoRa原有调制解调算法进行了扩展性分析,结合LoRa技术的特点及干扰仿真结果得到LoRa技术新增扩频信道与相邻扩频信道的码片数之差大于等于128,并仿真验证了4条典型新增扩频信道的抗噪声性能、可行性,系统节点的可接入量能增加36.94%。

时间反转直扩通信系统及性能分析

时间反转传输技术的空时聚焦特性能够有效地提升通信系统的性能.本文设计了一种将时间反转技术应用于直扩通信系统的方案,并对多径衰落信道下单用户和多用户系统的接收信干噪比、系统容量、误比特率等性能进行了理论分析与仿真验证.理论与仿真结果表明,通过时间反转预处理,直扩通信系统的性能得到了改善,且优于复杂度较高的多通道Rake接收的系统,且多径数目越多,优势越明显.

基于LoRa通信的无线发射台信号智能监测技术研究

为实现大面积无线发射台信号覆盖监测,有效地抵御监测过程中多径干扰和频率选择性衰减等干扰因素的影响,研究基于LoRa通信的无线发射台信号智能监测技术。在无线发射台发出信号后,转换成数字信号进行对比,识别出有效发射台信号后,通过级联型LoRa组网方式以及LoRa通信技术,将数据发送到服务器中存储,实现无线发射台信号的传输。利用循环位移因子对基带产生的Chirp信号完成调频扩频调制,扩展信号频谱,增强信号抗干扰能力以及传输可靠性,增强信号监测的效果。实验结果表明:该方法能够在距离LoRa终端设备2.5 km处依旧接收到发射台信号,丢包率为12%,能够准确地监测到无线发射台是否存在发射信号。

基于扩频的大功率无线充电EMI抑制研究

感应式无线电能传输(IPT)是电动汽车、移动机器人等中高功率无线充电应用中最受欢迎的解决方案。然而,大功率无线电能传输系统存在宽频带电磁干扰(EMI)问题,影响周边电子设备的正常工作。因此,高功率无线电能传输系统必须采取有效的EMI抑制方案。此处提出了一种通过电力电子电路实现无线扩频传输的方案,从源头上抑制了EMI的峰值幅度,从而降低EMI对周围设备的影响。该方案无需增加额外设备,可在一定范围内降低传统EMI问题的困扰。最后,通过搭建实验平台,验证了所提方案的可行性和优越性。

多分辨分解下扩频通信信号重叠变换干扰仿真

非理想条件下的干扰会对扩频通信信号的传输质量产生负面影响,为提高扩频通信的安全性和稳定性,提出一种多分辨重叠变换下扩频通信信号抗干扰方法。利用多陪集采样技术采集扩频通信信号,通过对扩频通信信号展开多分辨分解获得多尺度下的扩频通信信号特征。利用重叠变换对扩频通信信号特征展开分离,获得干扰信号的特征,并对其展开抑制,再利用重叠逆变换恢复扩频通信信号中的有效信号,实现扩频通信信号抗干扰。仿真结果表明,上述方法的信号分离准确性高,抗干扰性能强。

基于WFRFT的噪声式隐蔽传输方案研究

隐蔽无线通信旨在实现通信双方信息的隐藏传输,以保证信息的安全性。提出一种基于加权分数傅里叶变换的混沌扩频噪声式信号隐蔽通信方法,该方法利用改进后的Logistic映射产生的两个不同的混沌序列对隐蔽信号进行符号扩频,再对其进行加权分数傅里叶变换生成噪声式隐蔽信号。发送方将隐蔽信号与公开信号叠加到一起一同传输,同步等问题交由公开信号解决,而经过处理的隐蔽信号具有低能量和类高斯特性,能够很好地与背景噪声混淆在一起,具有较强的隐蔽性和抗截获能力。仿真结果表明,所提出的方法具有较好的隐蔽性能,仿真误码率与理论推导一致,并且功率比取值在0.007~0.01之间时,可以使隐蔽信号和公开信号都能达到较好的误码率。

星间链路通信收发一体化系统设计

随着卫星制造发射成本的降低以及全球通信需求的增加,低轨星间链路技术成为研究热点;星间链路可将多颗卫星互联,建立具有导航和通信功能的自主运行系统,可靠的通信技术是当前的研究重点;为了适应外太空具有较大多普勒频移的高动态环境,设计了星间链路通信收发一体化系统;发射端采用UQPSK直接序列扩频技术,双通道架构可同时完成不同速率的导航与通信数据的发射,再运用LDPC编码技术提升数据发射速率与稳定性;接收端采用改进的PMF-FFT分段捕获算法与归一化最小和LDPC译码算法,以快速准确捕获星间信息;在FPGA硬件平台经过多次测试,该系统均可在高动态环境下,正确快速捕获到多普勒频移高达±341 kHz的信号,捕获算法时间均可保持在200 ms以内,符合实际应用中的性能需求。

基于可逆元胞自动机加密的扩展码索引调制方案

针对直接序列扩频系统伪随机(Pseudo Noise,PN)码资源有限且码索引调制系统误码率性能下降的问题,提出了一种基于可逆的初等元胞自动机加密的扩展码索引调制方案。首先,针对PN码资源有限的问题,提出使用混沌规则的初等元胞自动机对PN码进行迭代的方案,从而实现扩展PN码的目的;其次,针对码索引调制误码率性能下降的问题,提出了一种可逆元胞自动机加密的码索引调制方案,在发射端,把信息比特切割成调制比特和映射比特,并分别映射为调制符号和扩频码索引,使用对应索引的扩频码对同相分量进行扩频,同时使用可逆元胞自动机对映射比特进行加密,加密后的映射比特为调制符号的正交分量选取对应索引的扩频码进行扩频。仿真与分析结果表明,在相同频谱效率条件下,在加性高斯白噪声信道中,当误码率为10-5时,扩展码索引调制方案的误码率性能优于码索引调制和广义码索引调制方案约2~4 dB,优于非正交码移键控码索引调制方案约0.5 dB。

带残余频偏的软扩频信号伪码序列盲估计

针对带残余频偏的软扩频信号伪码序列盲估计难的问题,提出一种奇异值分解(singular value decomposition,SVD)结合全数字锁相环(digital phase locked loop,DPLL)的方法。所提方法首先对待处理信号通过不重叠分段生成数据矩阵,每段信号长度为一倍伪码周期;然后利用其自相关矩阵的右上角元素估计失步点进行同步,并且在重新计算自相关矩阵后根据较大特征值个数估计进制数;最后通过多次快速SVD算法结合DPLL最终实现伪码序列的盲估计。仿真结果显示,所提方法在低信噪比条件下可以有效估计出带残余频偏的软扩频信号的伪码序列,并且性能优于其他对比方法。

基于混沌序列的MIMO-OFDM雷达通信一体化波形设计

为了解决多输入多输出的正交频分复用(multiple input multiple output orthogonal frequency division multiplexing,MIMO-OFDM)雷达通信一体化信号波形由于通信信息的不确定性导致模糊函数旁瓣水平较高以及系统雷达探测能力较差的问题,提出利用混沌序列对通信信息进行直接扩频。但普通单级混沌序列具有保密性低,可用数量少,容易被破解的缺点。因此采用一种基于加权算法优化的混合型级联混沌序列对通信信息进行扩频调制,然后再通过MIMO-OFDM一体化系统进行传输。由仿真结果可知,加权后的级联混沌序列相关性和误码率性能较m序列和Gold序列更好,经此序列扩频后的一体化信号模糊函数旁瓣水平会更低,故该一体化波形雷达探测性能更佳。且混沌序列越长,信号波形雷达探测能力越好。

基于AT86RF231的无线扩频语音通信方案

随着无线通信技术的发展,适配多种应用场景的短距离无线通信技术应运而生。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。由于传输的时延不固定,ZigBee不适合实时语音通信。为改善时延问题,文章设计了一种以ZigBee芯片AT86RF231为通信芯片的语音对讲系统,使用芯片的MAC层和物理层,通过FPGA控制收发时序,实现了实时无线语音通信,满足了某系统的无线语音通信要求。

GDS-MIMO-OFDM雷达通信一体化波形设计

针对正交频分复用(OFDM)雷达通信一体化波形存在的通信速率较低、自相关旁瓣较高的问题,提出了一种基于Gold码扩频的多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)雷达通信一体化波形。将MIMO-OFDM与扩频序列相结合,利用相关性较好的Gold码对通信信息进行扩频,再与OFDM脉冲符号进行调制,进而设计出一种既能提高通信速率又能改善雷达性能的一体化波形。仿真实验证明,较相同仿真条件下的Gold-OFDM、脉冲压缩-正交频分复用(PC-OFDM)一体化波形而言,所设计的一体化波形的通信速率能够倍数提高且可以在不影响通信性能的前提下降低信号模糊函数的旁瓣,从而改善一体化系统的雷达性能。

基于SVD-K-means算法的软扩频信号伪码序列盲估计

针对通信中软扩频信号伪码序列盲估计困难的问题,提出一种奇异值分解(singular value decomposition,SVD)和K-means聚类相结合的方法。该方法先对接收信号按照一倍伪码周期进行不重叠分段构造数据矩阵。其次对数据矩阵和相似性矩阵分别进行SVD完成对伪码序列集合规模数的估计、数据降噪、粗分类以及初始聚类中心的选取。最后通过K-means算法优化分类结果,得到伪码序列的估计值。该算法在聚类之前事先确定聚类数目,大大减少了迭代次数。同时实验结果表明,该算法在信息码元分组小于5 bit,信噪比大于-10 dB时可以准确估计出软扩频信号的伪码序列,性能较同类算法有所提升。

深海远程正交多载波水声通信簇约束无导频扩频解扩

针对深海远程水声通信,提出了一种基于信道先验的簇约束无导频扩频解扩算法。该算法利用深海远程声道轴通信信道结构随时间缓变特性,将序列检测提取的簇区域信息作为无导频信道估计算法中无导频扩频解扩的约束信息,对信道区域与非信道区域进行区分,充分利用信道结构信息和扩频码正交性对接收信号进行解扩。实测信道仿真和海试结果表明,在深海远程声道轴信道条件下,所提算法性能优于传统信道均衡解扩结果,相较于无导频信道估计方法,所提算法可以在不进行后续迭代信道均衡的情况下得到最优结果,在降低算法计算复杂度的同时,平均误码率降低1~2个数量级。

多途混响环境中声扩频信号线性与相关性分析

为分析浅海多途信道中声扩频信号的相关性和线性,建立了计入频率衰减与海底损耗的浅海Pekeris波导虚源法计算模型;对浅海中的脉冲信号与扩频信号进行了仿真计算,通过混响室试验初步研究了多途混响环境中扩频信号的线性。仿真结果显示:虚源法和简正波法的频域解一致,得到了与简正波理论相同的低频模式频散现象,验证了虚源法适用于浅海理想波导、Pekeris波导中的低频问题;当发生模式频散,低频扩频信号的相关性能强于同扩频参数的高频信号。试验结果表明:低频脉冲的时域波形发生畸变、展宽时,同频率的扩频信号能准确测出反射信号的几何时延,证明了低频多途效果仍可看作每个“路径”信号的线性叠加。

MM-LoRa-Mod:一种应用于水声通信的非相干LoRa调制方案

LoRa(long-range)是一种新兴的低功耗广域网技术。面对频率选择性衰落多径信道等挑战,现有LoRa方案存在数据速率低、系统复杂度高等问题。针对以上问题,提出一种基于多模的LoRa(MM-LoRa-Mod)调制方案,该方案通过多路复用线性调频信号的频移来传输信息,显著提高了数据速率。此外,针对复杂水声通信场景,提出一种低复杂度的MM-LoRa-Mod非相干检测算法。通过评估MM-LoRa-Mod在多径信道、Watermark仿真平台以及浅海水声信道下的误码率性能,所提方案展现了优异的抗多径衰落和抗多普勒频移性能,表明MM-LoRa-Mod在水声通信场景具备高可靠性。

DS/FH信号跟踪的频率相位修正技术

直序/跳频(direct sequence/frequency hopping,DS/FH)扩频信号的跟踪受到多普勒效应和电离层效应的严重影响,使其难以应用于卫星导航的抗干扰领域。为了解决该问题,提出将递归最小二乘滤波修正的方法应用在DS/FH信号跟踪上。将处于不同通道中心频率的多普勒频率估计转化到DS/FH信号的整体中心频率进行并滤波,在频率捷变时对载波数控振荡器进行修正。根据对频率跳变前后载波相位和码相位突变的观察,实时估计电离层的电子密度,在频率捷变时修正载波相位和码相位。仿真实验证明,所提方法能够有效地消除DS/FH信号跟踪中的频率相位不连续问题,其跟踪精度与直序扩频信号度基本是相同量级。

基于异或自反性与射频指纹的无线组播密钥生成方法

随着物联网技术的发展,组播通信的需求日益增大。异或加密作为最简单高效的加密方法之一,在信息安全方面有着广泛的应用。本文针对组播通信安全需求,设计了一种基于异或自反性和射频指纹的组密钥生成方法。为解决多个终端在密钥生成过程中的传输资源选择冲突问题,提出基于扩频和公私钥密码体系的用户标识方法。先利用射频指纹对用户认证,并在组播用户间形成密钥随机源;然后,利用异或的自反特性实现分布式密钥生成。将射频指纹与公私钥密码体系结合,不仅为射频指纹的识别结果提供了参考,还为组播通信下密钥协商时的通信资源选择提供了方法。为评估射频指纹识别的影响,提出并实验验证了一种基于时频分析与深度学习的射频指纹识别算法。最后,分析了所提方法的密钥生成率、资源选择冲突和密钥生成效率,展示了所提方法的可行性和有效性。分析发现所提方法相比于传统方法,分布式的密钥源使得密钥生成效率随着节点数的增大而提高。对组密钥被攻破概率的窃听模型仿真结果表明,在生成同样长度的密钥时,与遍历搜索密钥空间比较,基于窃听者遍历搜索设备射频指纹特性的条件,破解所提方法组密钥的复杂度要高出一至四个数量级,验证了本文方法的安全性。

卫星5G通信抗干扰时频同步算法

为了提高卫星通信系统的抗干扰和抗频偏能力,提出了一种在5G物理层波形中融入扩频技术的传输波形设计方案和辅同步信号(Secondary Synchroniztion Singnal, SSS)辅助主同步信号(Primary Synchronization Signal, PSS)多步联合抗干扰时频同步算法。该算法的实现分为3步:首先采用SSS辅助PSS二维时间同步得到粗同步点;然后根据粗同步点进行整数倍和小数倍频偏估计与补偿,其中小数倍频偏估计分为PSS扫频粗频偏估计和SSS辅助PSS互相关精频偏估计;最后对频偏补偿后的接收序列再次进行精时间同步和频偏补偿。仿真结果表明,所提设计方案和同步算法可以抗干信比为12 dB的干扰,并且在低信噪比下的性能优于传统算法。