基于两分量广义加权分数傅里叶变换的大规模MIMO波形设计

针对大规模多输入多输出(MIMO)系统下传统信号分集技术需要牺牲通信速率或频谱等通信资源的缺陷,提出了一种基于两分量广义加权分数傅里叶变换(DCGWFRFT)的波形设计方法。该方法通过引入计算分集的概念,以一定的计算资源为代价提升系统的分集性能,且发送端不需要已知信道状态信息。分析了基于DCGWFRFT的波形的计算分集原理,并根据该原理提出了一种基于DCGWFRFT的波形设计与变换流程,在保持物理层安全特性的基础上提升波形的抗衰落能力。理论分析证明,在无噪声的情况下,所提出的波形设计与变换流程能够完美恢复原始发送信号;在有噪声的情况下,所提出的波形相比于未经变换的波形的误差能量分布更加平均。仿真结果显示,在误码率为10^(−3)时,基于DCGWFRFT的波形相比于未经变换的波形有至少1.7 dB的比特信噪比性能优势。

广义加权分数傅里叶变换两分量组合抗衰落技术

为了在不改变载波体制的情况下,提升传统单载波(Single Carrier,SC)和多载波系统(Multi-Carrier,MC)的抗衰落能力,本文利用广义混合载波(Generalized Hybrid Carrier,GHC)系统在信号设计方面的高灵活性,提出基于广义加权分数傅里叶变换(Generalized Weighted Fractional Fourier Transform,GWFRFT)的两分量组合抗衰落方案.针对SC系统,所提两分量方案包含时域和时域反转两个分量,可以有效提升系统抗时间选择性衰落的能力;针对MC系统,所提两分量方案由频域和频域反转两个分量组成,能够有效提升系统抗频率选择性衰落的能力.为了充分挖掘两分量组合信号的潜力,本文对这种信号形式获得性能优势的机理进行了分析.分析结果表明,两分量之间的功率分配和同一符号在两分量中所经历衰落的独立性是影响两分量信号性能的关键因素.鉴于此,本文提出两分量等功率设计和半码块反转方案,进一步优化了两分量组合信号的性能.在此基础上,本文给出两分量组合信号生成方法,并分析其实现复杂度和频谱特性.仿真结果表明,两分量组合方案可以在不占用额外时间和频谱资源的前提下,实现对传统SC和MC系统抗衰落性能的有效提升,而基于分量等功率分配和半码块反转的优化可以进一步增强这种性能提升的效果.

一种跳转向量的隐性加权分数傅里叶变换通信方法

加权分数傅里叶变换(Weighted fractional Fourier transform,WFRFT)技术可以极大地改变信号的特性,使信号的统计特性多样化,从而有效地保障通信信息安全。为解决单参数WFRFT通信抗扫描能力不足的问题,以单参数WFRFT为切入点,深入研究单参数分数域的形成机理,分析其潜在的微观特征和暗特征,从而提出了一种基于跳转向量的隐性WFRFT通信方法(Implicit WFRFT communication method of jump vector,IWVJ)。利用调制阶数与星座图的关系,建立了跳变矩阵和跳变向量,并以此制定了控制规则。此外,通过跳变向量控制获得动态调制阶数,从而达到安全通信的目的。仿真结果表明,IWVJ方法对授权接收机具有较高的反变换解调相似度和较低的误码率,相比于具有普适扫描能力的非授权接收机性能更优。同时对解调阶数误差、基础调制阶数和跳转频率等参数的设置给出了适用的建议,使IWVJ方法能够更好地应用于通信系统,为具有抗干扰、抗截获和抗欺骗能力的保密通信提供技术依据。

加权分数傅里叶变换信号参数估计方法

加权分数傅里叶变换(WFRFT)信号具有抗截获和抗调制识别等优点,在未来混合载波通信领域得到了广泛的应用;目前的研究大多集中在混合载波的应用及特性分析上,而在WFRFT参数估计方面研究较少;为了解决非协作通信场景中参数未知的问题,提出了一种基于Shintaro_K特征量的WFRFT参数估计理论;首先通过理论推导得到,最小化接收信号的Shintaro_K值可以准确估计出参数,然后对抛物线搜索算法进行改进,来搜索Shintaro_K特征量的最小值点;仿真结果表明,该WFRFT参数估计理论有效可靠,且与已有的研究方法相比,该方法具有相似的参数估计准确度,但具有更少的搜索次数和计算复杂度。

基于分数阶傅里叶变换和图像加权熵的chirp scaling算法

针对传统的基于傅里叶变换和匹配滤波实现的chirp scaling(CS)成像算法中多普勒参数随斜距变化以及成像分辨率低的问题,提出利用分数阶傅里叶变换(FRFT)对CS成像算法进行优化。首先建立斜视合成孔径雷达(SAR)回波信号模型,理论推导利用FRFT代替匹配滤波进行信号压缩。针对方位向最优旋转角的搜索问题,对得到的图像基于加权最小熵建立代价函数,利用动量法的梯度下降优化算法进行迭代计算,最终得到分辨率更高的SAR图像。为验证算法的有效性,分别在点目标仿真数据和实测SAR数据集上进行实验。结果表明,与传统CS成像算法相比,该算法的成像结果成像主瓣宽度更窄、旁瓣更低、成像更加清晰。

基于余幂-激活离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换安全通信方法

为提高物理层安全传输性能,该文提出一种新的基于2维余幂-激活(2D-CPA)离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换(MP-WFRFT)安全通信方法。首先,将激活函数和余弦函数作为非线性因子引入1维立方(cubic)混沌映射,构造2维混沌映射。非线性因子可对原始cubic混沌映射的迭代过程进行扰动,从而获得更加饱满的相轨。利用分岔图、相图、Lyapunov指数谱等对提出的2维混沌映射动力学特性进行了验证。结果表明,构造的2维混沌序列随机性良好,可进入超混沌状态。然后,利用余幂-激活离散超混沌序列分别构建幅度变换矩阵、相位旋转矩阵和MP-WFRFT参数池,完成对星座幅相加密,以及MP-WFRFT动态变换加密过程,进一步消除数据统计特征,同时提升MP-WFRFT变换的抗参数扫描性能。数值仿真结果表明,加密数据的星座图呈类高斯分布,且传输系统对密钥的敏感性良好。

融合反距离加权和傅里叶变换的MODIS水汽校正方法

MODIS反演的可降水量(PWV)为连续的面状数据,精度不高;而GNSS水汽探测技术精度高,但为离散的点数据。本文综合两者优势,提出一种融合反距离加权和傅里叶变换的MODIS水汽校正方法,利用GNSS PWV来校正MODIS PWV产品,并采用香港地区GNSS数据和MODIS水汽产品进行实验验证。该方法首先考虑空间插值问题,使GNSS PWV与MODIS水汽在空间点位上一致。选取不同数量的MODIS像元点,对比6种插值算法的精度,发现选取5个插值参数时插值效果最佳,选择反距离加权法得到的插值水汽产品精度最高,平均偏差为-0.99 mm。其次考虑水汽校正问题,构建3种模型对MODIS PWV进行校正,发现傅里叶变换模型的均方根误差改进率可达70%以上。新模型的MODIS水汽校正方法能够减弱局部数据的影响,更准确地反映该地区的水汽分布情况。

基于加权傅里叶变换数学模型的通信数据加密传输方法

传统通信数据加密传输方法直接对通信数据加密传输密钥进行设定未对数据帧进行替换处理,造成传统方法加密传输安全性差。提出基于加权傅里叶变换数学模型的通信数据加密传输方法。基于加权傅里叶变换数学模型对数据帧进行替换处理,设定通信数据加密传输密钥,提高数据处理传输的安全性和可靠性,设计通信数据加密传输流程,从而实现通信数据加密传输,设计对比实验,实验结果表明该研究方法丢包率相比传统传输系统更低,安全性更高。

多径信道下解调加权分数傅里叶变换加密的混沌直扩信号

为了在多径信道下解调加权分数傅里叶变换加密的混沌直扩(WFRFT-CD3S)信号,该文提出一种广义信道差分解调算法。在WFRFT-CD3S系统的发射端先对信息码进行差分调制,接收端将差分码与信道的乘积视为广义信道,并通过本地扩频序列构建频域匹配滤波器以估计广义信道冲击响应。接收端通过解差分广义信道冲击响应的估计值来合并各径能量并恢复信息码。对所提算法的误码率进行了理论分析,数值仿真验证了理论分析结果。数值仿真结果表明提出的解调算法可以在低信噪比下解调多径WFRFT-CD3S信号,保证了WFRFT-CD3S系统抗能量检测的能力。

多层多参数多项加权分数阶傅里叶变换复合调制通信信号设计方法

为提高卫星通信信号的安全性能,该文提出一种多层多参数多项加权分数阶傅里叶变换(MWFRFT)复合调制通信信号设计方法。该方法针对传统多项加权分数阶傅里叶变换单层结构的被扫描威胁,将MWFRFT扩展至不同加权系数的多层结构,降低了系统的被扫描概率。同时,多层多参数MWFRFT(MPMWFRFT)系统通过对控制参数集的优化设计,解决了多层结构下的通信信号调制特征模拟。针对复杂电磁环境场景中的目标寄生信号和窄带信号干扰,引入扩频机制,设计了3层多项加权分数阶傅里叶变换和直接序列扩频复合调制系统(TLMWFRFT-DSSS)。仿真结果表明,该方法在保证较好通信性能的前提下,实现了多层通信信号的调制特征模拟,显著提高了系统的抗扫描性能。

加权分数傅里叶辅助的上行NOMA隐蔽通信

针对一个具有两阶段检测器的上行非正交多址接入系统,提出了随机功率分配和加权分数傅里叶变换来实现隐蔽通信。在该非正交多址接入系统中,存在一个可靠用户和隐蔽用户传输信息给基站,同时存在一个监听者企图侦察隐蔽用户的通信行为。设计了一种两阶段检测器,包括能量检测阶段和相似度检测阶段。通过相似度检测阶段为能量检测阶段提供先验概率,降低检错概率。针对所设计的两阶段检测器,提出了一种随机功率分配和加权分数傅里叶变换方案去掩盖隐蔽用户的传输,其中可靠用户采用随机功率分配而隐蔽用户采用加权分数傅里叶变换。给出了期望最小检错概率、可靠用户及隐蔽用户的中断概率的闭合表达式,并进行了仿真。在隐蔽约束和可靠约束下研究了最大期望隐蔽速率,以优化可靠用户的功率分配。研究表明,所设计的检测器有更低的期望最小检错概率,并改进了系统的隐蔽性能。

加权分数傅里叶变换在采样重构中的应用

针对频域非带限信号的重构问题,提出了一种基于加权分数傅里叶变换的采样与重构算法,并利用信号加权分数傅里叶变换在加权分数域的特性,得到了信号可完全重构的条件。理论分析和仿真结果表明,在满足给定误差的条件下,该算法能够以低于香农重构所需的采样率实现对信号的恢复,且简单易行,可利用FFT快速算法实现。

基于高斯加权分数阶傅里叶变换的LFM信号参数估计

针对低占空比下传统算法参数估计性能下降的问题,提出了一种高斯加权分数阶傅里叶变换(GFRFT,Gaussian-weighted fractional Fourier transform)参数估计方法。给出了时限信号GFRFT的定义并推导了其模值平方的特性,研究了高斯白噪声背景下GFRFT的输出信噪比并给出了闭式表达式,进行了仿真实验并讨论说明了该方法的适用条件。仿真结果表明,该方法在低占空比的情况下可以有效地提高参数估计精度。

基于三角形收缩法改进的分数傅里叶变换估计牛顿环参数

针对分数傅里叶变换用于牛顿环参数估计时速度较慢的问题,通过分析牛顿环条纹图分数傅里叶域幅值最大值与相应旋转角的分布规律,提出基于三角形收缩法改进的分数傅里叶变换进行牛顿环参数估计的方法。实验结果表明:该方法具有可行性,对于图像尺寸小于640×640 pixels的条纹图,处理所需时间<1 s,随着图像尺寸增加,条纹图中包含的条纹数目增加,曲率半径估计值相对误差降低,而处理时间仍可满足工程实际需求。以处理1080×1080 pixels的图像为例,估计值相对误差为0.001%,处理时间为3.31 s。该方法估计720×720 pixels高斯噪声污损的牛顿环干涉条纹图像平均用时1.28 s,约为传统分数傅里叶变换用时的1/700。

基于多参数加权分数阶傅里叶变换的星座预编码系统研究与实现

针对当前多参数加权分数阶傅里叶变换(Multiple Parameters Weighted-type FRactional Fourier Transform,MP-WFRFT)星座特征缺乏定量研究的缺限,该文提出一种新型的星座叠加数学模型。通过分别研究信号的时域及频域分量,给出了星座模糊及裂变的定性及定量分析结论,并搭建了基于MP-WFRFT的星座预编码系统。通过构建相关混合整数优化模型,并利用遗传算法进行模型优化,进而设计出符合预期通信需求的预编码系统。经仿真分析,验证了所提出的星座叠加数学模型及优化方案的正确性;同时通过USRP硬件平台测试表明了所搭建的基于MP-WFRFT星座预编码系统的可行性。

基于双层多参数加权类分数阶傅里叶变换的双极化卫星安全传输方案

为提高双极化卫星通信的安全传输性能,该文提出一种基于双层多参数加权类分数阶傅里叶变换(DL-MPWFRFT)的安全传输方法。该方法中对相互正交的两路极化状态-幅相联合调制信号进行DLMPWFRFT变换处理,并通过数模转换和射频化处理上载到卫星信道中。仿真结果表明,该方法使传输信号的星座图发生旋转和扩散,抗扫描能力提高,在增加系统容量的同时增强了系统的抗截获性。

标准加权类分数傅里叶变换加权系数的多样性问题

基于标准加权类分数傅里叶变换[Optics comm.118(1995)495],在求解加权系数时,使用一个新的变量代换得到了一组新的加权系数,确定了一类新的标准加权类分数傅里叶变换算子,然后具体分析了这两组加权系数相应的性质以及它们之间的联系.

分数傅里叶余弦-拉普拉斯混合加权卷积及其应用

由于不同的卷积运算具有不同的性质,在实际应用中可以对不同的复杂应用场景进行建模,因此,进一步研究分数域卷积运算及其性质,对揭示非平稳信号分析和处理的内在规律,具有重要的理论意义和实际应用价值.首先定义了两类分数傅里叶余弦-拉普拉斯混合加权卷积运算,推导了相应的卷积定理;其次研究了混合加权卷积运算性质,最后将所得卷积运算应用于卷积积分方程组,给出了相应的显式解.

加权分数傅里叶变换在混合系统中的应用

为提高通信系统在复杂水声环境下的鲁棒性,提出基于加权分数傅里叶变换WFRFT(weighted fractional Fourier transform)的混合载波系统.对混合系统进行优化设计,以最低误比特率为优化目标,求解得到系统的最优变换阶次,得到优化的系统性能.仿真和水池实验表明,基于WFRFT的混合载波系统在多径信道下的误比特率介于传统的单/多载波系统之间;而在双选信道下,其最优阶的系统性能优于单/多载波系统.该混合系统具有单/多载波的优良性能,在提高通信系统鲁棒性方面,具有很大的应用前景.

基于加权分数傅里叶变换域的2天线发射方法

为改善多天线系统误码率,提出一种基于加权分数傅里叶变换域的2天线发射方法.该方法在发射端将待发送信号送入信息调制及合成模块中进行加权分数傅里叶变换,按照时频域信号合并方式将变换后的四路信号分量合并为两路混合载波信号,经时延调整后由2根发射天线发射送入信道;接收端采用单天线接收,对接收信号进行加权分数傅里叶反变换处理后,可得到原发送信号估计值.仿真结果表明:在双弥散信道下,相比于使用空时码2天线发射方法,采用本文提出的发射方法在系统误码率及复杂度方面较有优势,可有效改善系统误码性能,抵抗信道衰落.