一种多输入多输出变换域通信系统的设计与仿真

传统的变换域通信系统TDCS(Transform Domain Communication System)在获得强抗干扰能力的同时,存在传输有效性差的问题,这已成为制约其广泛应用的技术瓶颈。通过引入多输入多输出MIMO(Multiple-input Multiple-output)技术改进收发端天线,提出了一种多输入多输出变换域通信系统(MIMO-TDCS)。对其基本原理和收发信机模型作了简要介绍,并进行了信道容量的分析和仿真,结果表明,MIMO-TDCS是一种兼具传输有效性和可靠性的通信手段。

多输入多输出变换域通信系统设计与研究

传统的变换域通信系统(T ransform D om a in Comm un ication System,TDCS)在获得强抗干扰能力的同时,其传输的有效性差也成为制约其广泛应用的技术瓶颈。通过引入多输入多输出(M u ltip le-inpu tM u ltip le-ou tpu t,M IM O)技术改进收发端天线,提出了一种多输入多输出变换域通信系统(M IM O-TDCS),旨在保持TDCS抗干扰能力的同时,利用空间分集和空间复用改善其性能。对该系统的基本原理、收发信机模型和军事应用作了简要分析和介绍,通过研究表明,M IM O-TDCS是一种可实现的、具有一定研究价值的通信手段。

一种多输入多输出变换域通信系统的设计及其抗干扰性能研究

传统多输入多输出技术可以提高信道容量,但不能解决信号抗干扰问题;而变换域通信系统已经被证明是一种良好的抗干扰通信系统。通过引入变换域处理技术,提出了一种多输入多输出变换域通信系统(MIMO-TDCS),旨在突破传统MIMO系统的应用瓶颈。对其收发信机模型和抗干扰机制作了简要介绍,并通过仿真窄带干扰下的误码率性能,表明MIMO-TDCS是一种可靠的抗干扰通信手段。

多输入多输出变换域通信系统抗干扰性能分析

为实现变换域通信系统(TDCS)与多输入多输出技术(MIMO)的优势互补,将两者结合,使系统的数据传输速率和抗干扰性能得到进一步的提升。在对TDCS和MIMO理论研究和前人研究的基础上,细化了MIMO-TDCS系统收发机结构模型,详细分析了系统抗干扰原理,仿真了系统受到单音干扰、多音干扰以及窄带干扰时系统的误码率性能。实验结果表明,MIMO-TDCS是一种可靠的抗干扰通信系统。

变换域通信系统研究现状与问题分析

变换域通信系统(TDCS)通过感知周边电磁环境,在收发两端设计出相同的基础调制波形,该波形具有伪噪声性质且规避了干扰频段,从而降低了信号被截获的概率,有效地提高了通信抗干扰能力。文中介绍了TDCS的基本原理,综述了TDCS相关技术的研究现状,分析了当前TDCS应用中面临的关键问题及未来技术发展。

一种多输入多输出变换域通信频谱感知方法

频谱感知是提高MIMO-TDCS(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO;Transform Domain Communication System,TDCS)通信性能的关键技术,是当前的研究热点,针对当前MIMO-TDCS频谱利用率低的缺陷,提出一种新型的MIMO-TDCS频谱感知方法。首先对工作原理进行阐述,并建立MIMO-TDCS的数学模型,然后采用低于乃奎斯特速率对信号进行采样,并用正交匹配追踪算法对信号进行重构,对信号进行有效消除,消除干扰音对频谱感知的不利影响,最后与经典MIMO-TDCS频谱感知方法进行对比测试,结果表明,该方法有效降低了误码率,提高了频谱利用率,可以很好的实现信号恢复。

不确定噪声下变换域通信系统隐蔽传输性能分析

针对不确定噪声下变换域通信系统(Transform Domain Communication System,TDCS)的隐蔽传输性能展开研究,分析了当不确定噪声功率服从均匀分布和对数均匀分布时,TDCS在给定隐蔽约束条件下所能达到的最大隐蔽吞吐量。首先,对两种不确定噪声下敌对方的最优检测门限进行了推导;其次,推导了在这两种噪声下,以平均隐蔽概率和隐蔽中断概率为约束时,TDCS发射功率所对应的最大值和最小值,并分析了发射功率最大值随注入能量子载波数目的渐近收敛性;最后,基于两个约束条件对发射功率的限制,得到TDCS所能达到的最大隐蔽吞吐量。仿真结果验证了发射功率最大值的渐近收敛性,以及最大隐蔽吞吐量与距离比值、噪声不确定程度之间的关系。

变换域通信系统基函数的最佳门限设计

提出了一种具有最优误码率性能的变换域通信系统基函数门限设计方法。首先分析干扰存在条件下变换域通信系统调制及解调信号的组成,推导出系统误码率与基函数门限的关系式,然后以误码率最小化为准则,采用遍历搜索门限的办法对系统的最优误码率进行求解,从而得到基函数的最佳门限。仿真结果表明,采用该方法得到的系统误码率是全局最优的,且适用于各种干扰条件的基函数门限设计,具有较低的计算复杂度。

采用时频分析的变换域通信系统基函数设计

为使变换域通信系统基函数充分利用背景信号的频谱分布信息以进一步提高系统抗干扰能力,提出了采用多进制序列设计基函数幅度谱的方法.首先在干扰存在的条件下,对单码片成型基函数调制及解调信号的短时频谱特性进行分析,由此推导出系统误码率的解析表达式,将求解系统误码率解析式的最优化问题转化为求最大信号干扰噪声比问题,利用随机相位的均匀分布特性对最大信号干扰噪声比问题进行求解,从而得到多进制序列基函数.仿真结果表明:该系统具有更好的抗干扰性能,在高干信比条件下也具有良好的通信效果;当干信比为25～41dB且信噪比为-6～3dB时,系统误码率均低于二元序列基函数的系统误码率;干信比为36dB、信噪比为0dB时,系统误码率可低于10-4.

双门限频谱估计的变换域通信系统

为了提高变换域通信系统(Transform Domain Communication System,TDCS)的频谱利用率和将降低它所受到的干扰,提出采用双门限能量检测估计TDCS周围的频谱环境.提出的TDCS将频谱检测值与双门限作比较,大于高门限和小于低门限的频谱被分别标记为0和1,而位于双门限之间的频谱被标记为0.5,频谱标记信息乘以伪随机相位经过离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete Fourier Transform,IDFT)产生时域基函数,TDCS采用循环码移位键控(Cyclic Code ShiftKeying,CCSK)将数据调制到基函数上实现通信.仿真表明,当频谱存在干扰时,相比传统的单门限TDCS,提出的双门限TDCS具有更低的误码率(Bit Error Rate,BER)和更高的吞吐量.

基于扩频相位编码的变换域通信系统多址接入能力

为了改善变换域通信系统(Transform domain communication system,TDCS)的多址接入能力,提出基于扩频相位编码(Spread phase coding,SPC)的TDCS方案SPC-TDCS,给出了其系统框架,对扩频序列的选取及扩频基函数的互相关性进行了研究,并对SPC-TDCS的系统性能进行了分析。仿真结果表明,提出的SPC-TDCS具有良好的多址接入能力,同时保证用户间干扰最小。

变换域通信系统:原理、技术与发展趋势

变换域通信系统(TDCS)是指能适应快速变化的无线通信环境,主动避开干扰,具有低截获(LPI)传输信号波形的一种智能无线电技术,它以其良好的自适应性和兼容性受到越来越广泛的关注,有望成为实现认知无线电(CR)的一项潜在的候选技术。TDCS的提出为解决不断增长的无线通信应用需求与日益紧张的无线频谱资源之间的矛盾提供了一种有效的途径。简述了TDCS的基本原理,对TDCS涉及的变换域技术、频谱估计和数据调制等关键技术进行了总结分析,并结合当前的发展状况对该技术未来的发展趋势进行了预测。

变换域通信系统的分形门限研究

变换域通信系统中,存在无法准确辨识的各种复杂干扰和难以找到对各种干扰均适用的阈值问题。基于分形理论的谱峰检测思想,提出分形门限概念,采用以盒维数为判据的谱峰检测算法,对干扰频谱的起点、终点进行判断,据此对干扰进行剔除,从而达到降低误码率的目的。仿真实验表明:该算法能显著降低变换域通信系统的误码率,特别对TDCS抗70%部分带宽干扰,改善尤为明显,达1dB以上;而对于TDCS抗线性调频干扰条件下,在大干信比时,对误码率的减小最为明显,约为1.7dB。该算法简单可靠,对提高变换域通信系统的抗干扰能力具有实用价值。

变换域通信系统中干扰信号的逐次消除

该文通过对影响变换域通信系统(TDCS)抗干扰性能的基函数相关参数的理论分析,提出基于RAT+ FRFT+IFRFT的环境干扰的逐次估计方法,避免强干扰对弱干扰的屏蔽,实现了TDCS环境干扰的准确估计;提出基于环境干扰参数的准确估计,产生与各干扰分量相正交的子基函数,通过子基函数级联产生系统基函数的方法,彻底剔除基函数中的干扰谱。采用该方法生成的基函数使TDCS系统具有良好的抗干扰性能及环境适应性。

基于F-范数的变换域通信系统同步参数估计算法

在异步条件下应用特征值分解算法估计变换域通信系统基函数时,分段得到的特征向量存在模糊现象,此时将造成系统接收性能的下降。为了解决此问题,提出了基函数周期序列的同步算法。详细分析估计基函数的特征值分解算法,推导接收数据的采样延时与其自协方差矩阵特征值的关系式,得到同步参数的最大似然估计方法,依据范数的等价性原理,进一步将最大似然估计中的最大特征值求解问题转化为F-范数的求解以降低算法复杂度。仿真结果表明:相比最大特征值算法,采用F-范数的估计算法性能一致,但计算时间明显减少,算法的估计精度与接收信噪比成正比。异步条件下当估计的基函数存在模糊时,系统接收性能在同步之后能得到较好的改善。

收发频谱不一致条件下的变换域通信系统基函数设计

针对变换域通信系统收发频谱不一致条件下接收端基函数存在错误而导致系统性能下降的问题,提出了具有信噪比次优解的基函数设计方法。详细分析了系统的收发过程,在此基础上研究了系统误码率的最优化与接收端基函数组成的关系,在收发频谱不一致而无法获得最优基函数的情况下,采用类似等增益合并的方法设计了接收端基函数,从而以该基函数完成数据解调。仿真结果表明:在单用户和多用户环境下,当收发频谱不一致比例较高时,接收端采用类似等增益合并的基函数设计方法可以完成系统的次优接收。在单用户环境下,相比不一致比例为40%时,次优接收方法的信噪比增益可达4dB左右,并且发送端频谱可用率为80%时,相比最优接收法的信噪比损失在1.5dB以内。

变换域通信系统自适应N-sigma幅度谱成型算法

针对变换域通信系统传统硬门限判决算法漏检和误检的问题,为提高系统的抗干扰性能,提出一种自适应N-sigma幅度谱成型算法。该算法通过频谱感知获得环境功率谱的幅值信息,计算环境功率谱的均值和标准差;根据正态分布相关理论,自适应设置门限。若电磁环境发生变化,均值和标准差会重新调整更新门限。仿真结果表明,相比传统的硬门限判决算法,自适应N-sigma幅度谱成型算法的门限设置更加灵活精确,降低了干扰的漏检概率和误检概率,提高了系统的抗干扰性能。

基于互谱自回归模型的Levinson算法的变换域通信系统抗干扰性能

对互功率谱估计理论及方法进行了深入研究,提出了基于互谱自回归(AR)模型参数估计的Levinson算法,构建数字仿真模型验证互谱Levinson算法的谱估计性能,结果表明:该方法具有良好的谱估计性能。搭建了测量噪声背景下的仿真平台,对基于互谱AR模型参数估计的Levinson算法的变换域通信系统(TDCS)的抗干扰性能进行了研究,仿真结果表明:该方法下TDCS能够保持较强的抗干扰能力,提高了通信质量和频谱资源的利用率。

变换域通信系统抗干扰编码幅度谱成型算法

针对变换域通信系统收发双方电磁环境不一致、频谱失配导致有用信号能量损失和降低系统抗干扰性能的问题,提出接收端多元编码幅度谱成型算法。首先,在发送信号频谱组成未知的条件下,采用变换域技术对接收端干扰和噪声进行处理,由于干扰会在变换域能量聚焦,而噪声没有能量聚焦特性,因此变换域处理能够有效的将干扰和噪声进行分离;然后,对分离后的干扰和噪声幅度谱进行归一化处理;最后,对归一化处理的幅度谱进行多元编码,无干扰的频点幅度谱设置为1,有干扰的频点幅度谱设置为归一化幅度谱最大值与该点的差值。采用该算法生成的基函数能够有效降低有用信号能量的损失并躲避干扰。仿真结果表明,相比接收端直接生成基函数和基于类似等增益合并的算法,在信噪比为-8~8dB的条件下,多元编码幅度谱成型算法能够有效形成接收端幅度谱,基函数误差分别降低了16.2%和13.1%,提高了系统的抗干扰性能。

CCSK调制的变换域通信系统基函数序列估算算法

针对远距合作变换域通信系统中存在的收发两端基函数不一致的通信问题,基于集平均的方法提出了循环码移键控调制的基函数序列的估算算法。在同步条件下,对接收到的信号按连续基函数周期分段采样,以此构造各分段数据之间的相对偏移量矩阵,根据得到的偏移量对各段接收数据序列进行循环移位,对齐之后累加求平均从而得到基函数的估算。仿真结果表明:该算法估算出的基函数与发送端基函数的时域采样分布基本一致,算法的估算性能要好于传统算法。该算法可以完成接收端数据的可靠接收,当系统误码率性能为10-4时该方法的信噪比损失低于0.2dB,而相比传统方法的信噪比增益可达1.2dB。