正交时频空间调制移动水声通信方法

为提高移动水声通信可靠性,提出了一种基于正交时频空间(OTFS)调制的移动水声通信方法。针对水声信道长时延扩展的特点,设计了一种低复杂度交叉域Turbo迭代均衡算法,先在时域内对接收信号进行最小均方误差(MMSE)均衡,将均衡后的外部信息传递到时延-多普勒域进行软译码;再将译码后的软信息反馈回时域,作为下一次时域均衡的先验信息,实现均衡与译码的迭代检测。此外,针对OTFS水声通信中OTFS符号维度过大导致MMSE均衡复杂度过高的问题,采用了一种低复杂度MMSE算法,先利用矩阵对角线元素得到一组初始估计值,再将矩阵求逆问题转换为求解初始估计值与准确求解值之间的误差,继而通过对误差向量的不断迭代估计来实现低复杂度计算。湖试数据处理结果表明,所提方法可在最大移动速度4 kn的情况下实现OTFS信号的可靠检测。

脉冲干扰下基于变分贝叶斯推断的水声正交频分复用联合估计方法

脉冲干扰环境下水声正交频分复用通信性能严重下降,为此提出了基于变分贝叶斯推断的信道估计方法。该方法利用水声信道和脉冲干扰的稀疏特性,基于平均场变分贝叶斯推断,将信道向量和脉冲干扰向量的后验概率分布分别分解为简单概率分布进行拟合,基于导频子载波迭代直至收敛,得到信道和脉冲干扰的最大后验估计。所提方法改进了基于稀疏贝叶斯学习的干扰、信道联合估计方法中信道和干扰构成的联合向量无法分离二者稀疏度的问题,并且显著降低了计算复杂度。在此基础上,进一步提出了基于变分贝叶斯推断的干扰、信道和符号联合估计方法,将未知符号融入变分贝叶斯推断框架,与干扰和信道一起迭代,最终得到更精确的符号估计。仿真和试验结果验证了所提算法的有效性,与现有方法相比,本文所提方法具有更低的误码率和复杂度。

基于改进子载波预留算法的正交频分复用信号峰均比抑制方法研究

由于系统对线性元器件的要求非常严格,导致目前正交频分复用(OFDM)系统产生峰值平均功率比(PAPR)过高的问题,引起OFDM和基于OFDM的雷达一体化系统的信号失真,影响系统性能。针对该问题,该文提出了基于加权最小二乘法的子载波预留法(TR)。该算法首先将OFDM设计方案中的子载波分为数据子载波和预留的空白子载波,数据子载波调制数据子载波,空白子载波调制空白数据。然后利用原始数据通过加权最小二乘法得到最佳削峰系数和削峰数据,并将削峰数据调制在空白子载波上面。最后将削峰数据叠加到原始数据上,完成PAPR的抑制。仿真表明,基于加权最小二乘法的TR算法能够在1~3次迭代下实现良好的PAPR抑制效果,并且它的收敛速度相比于传统算法有了明显的提高。

基于误比特信息区间斜率的正交频分复用水声通信多普勒估计

针对正交频分复用水声通信中直接误比特率搜索多普勒估计算法存在的高计算复杂度问题,提出了一种基于误比特信息区间斜率的多普勒估计算法,采用计算误比特信息区间斜率取代逐网格搜索最优误比特信息寻优过程,设计根据多普勒估计分辨率动态可变的斜率区间,在进一步提升寻优速率的同时有效减小陷入局部最优解的可能性,并有效降低算法的计算复杂度。仿真实验和海上试验结果表明:所提算法以较低的计算代价实现了与误比特率搜索多普勒估计算法近乎一致的估计性能,在本文试验条件下其相对块多普勒估计、基于互模糊度函数多普勒估计以及准梯度互相关多普勒估计算法可获得不低于14%的误比特率性能改善。

基于信息熵特征的正交频分复用无源光网络系统

越来越多的ONU接入无源光网络,易发生网络拥塞问题,信息传输延迟,数据丢包等现象出现,为此,设计了基于信息熵特征的正交频分复用无源光网络系统。由光线路终端(OLT)、光分配网络(ODN)和光网络单元(ONU)组成系统框架结构,采用分散分光形式设计系统组网结构,借助My SQL,设计系统数据库以及数据表。设计系统三个主要功能模块,即无源光信息收发模块、基于信息熵的ONU负载判断模块以及无源光网络带宽分配模块,通过合理分配带宽资源,提高无源光网络传输能力。结果表明:无源光网络系统5次轮询后传输时隙长度均在4 ms以下,无源光网络通信传输效率高,能够快速实现信息传递,极大避免时延问题。

正交频分复用水声通信深度神经网络信道估计仿真实验设计

对于正交频分复用(OFDM)水声通信系统,最小二乘(LS)信道估计算法受噪声影响较大,最小均方误差(MMSE)算法需要信道的先验统计信息且计算量较大。针对上述问题,提出了一种基于深度神经网络(DNN)的信道估计算法。首先在接收端构建DNN模型,再采用Bellhop水声信道射线模型完成DNN模型的训练、验证、测试及修正,最后结合OFDM系统对上述DNN网络进行工作场景仿真实验设计,并与传统信道估计算法进行对比研究。试验结果表明:系统满足误码率小于10^(-4)时,DNN算法能够比LS算法下降2 dB,比MMSE算法下降1.5 dB。提出的新方法将对传统OFDM水声通信系统信道估计相关问题进行优化整合,信道估计无需大量导频数据及信道先验统计信息,系统能及时建立非线性映射,具有少样本、快速收敛优势,对于节省系统存储资源及提高实时性具有重要意义。

极化编码调制正交频分复用水声通信中的极化码构造方法

为进一步提高水声通信可靠性和频带利用率,针对极化编码调制的水声通信需求和信道特性,基于蒙特卡洛法提出动态水声信道认知优化统计目标参数、联合译码的判决反馈信道估计两点改进,建立了适用于编码调制水声信道中的极化码构造算法。为验证该算法性能,建立了极化编码调制水声通信的两步应用机制。通过仿真,比对并分析改进前后的极化码构造方法性能、对时变信道的鲁棒性,以及在不同映射规则下的联合比特交织和多级编码的极化编码调制水声通信性能,并与低密度校验(LDPC)编码调制系统进行对比。湖试结果表明,提出的极化编码调制水声通信方案有效保证了信息在浅水水声信道中的可靠传输,在信噪比约为14 dB、通信距离约1 km时,实现无误码传输,性能优于相同条件下的LDPC编码调制系统。

基于正交频分复用-多进制正交幅度调制的DC-DC变换器能量信息一体化技术

电力电子变换器通过功率与数据信息的复合调制,可使其在电能变换传输的同时进行数据信息的传输,从而实现能量信息一体化。该文以交错并联DC-DC变换器为研究对象,提出基于正交频分复用-多进制正交幅度调制(OFDM-MQAM)的能量信息一体化方法,并详细介绍变换器进行OFDM-MQAM的原理和具体实现方式,使能量信息一体化传输中的通信速率得到提升。建立变换器传输电能和信息的数学模型,在模型基础上计算分析输出电压纹波与数据信息传输的关系,并以此提出带有码元组合补零环节的OFDM-MQAM,大幅优化通信所引起的电压纹波。此外,针对多路载波引起的相位延时,通过所设计的解调环节避免OFDM系统的信道间和符号间干扰。最后通过一台交错并联的5 V/10 V Boost变换器完成了技术方法的实验验证。

改善误码性能的索引调制正交频分复用混合映射方案

为进一步提升索引调制正交频分复用(OFDM-IM)系统在高信噪比(SNR)条件下的误比特率(BER),该文提出一种混合映射方案。该方案利用高信噪比时索引比特比数据比特错误率更低的特性,混合使用两种不同位数的索引比特分配策略,提高了索引比特的占比。相应地,将子载波激活模式(SAPs)分为超级SAPs和普通SAPs,相比于普通SAPs,超级SAPs对应的索引比特和数据比特分别增加1 bit和减少1 bit。将超级SAP对应的数据比特采用奇偶校验的方式补齐,然后映射为数据符号,提高了系统的分集度,增大了数据符号间的最小欧氏距离。仿真结果表明,相比于以往的映射方案,混合映射方案在误比特率为10^(-4)时可取得1~3 dB的性能增益,有效改善索引调制OFDM系统的误码性能。

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。

基于深度强化学习的正交频分复用多小区蜂窝网资源分配方法

针对正交频分复用的多蜂窝网络系统,提出了一种基于深度强化学习的通信资源分配算法,该算法在满足资源分配高速率、低延时要求的前提下,同时产生信道分配方案和功率控制方案,从而最大化系统的能量效率。首先,在确定好基于正交频分复用的多蜂窝网络系统模型的基础上,将最大化能量效率的约束优化问题同深度Q强化学习算法进行问题映射。其次,将构建的深度Q神经网络(DQN)的多个隐藏层作为状态值函数,用以输出信道分配方案和功率控制方案,并实时与外界环境保持交互,不断迭代更新网络参数用以最大化系统能量效率。通过仿真对比实验可得,所提出的深度强化学习算法在保证低计算时延的同时,可获得接近于或高于其他算法的系统能量效率,且蜂窝网络规模越大,该算法优势越突出。

基于实虚交替导频的CO-OFDM-OQAM通信系统激光器相位噪声抑制方法

针对偏移正交幅度调制的相干光正交频分复用(CO-OFDM-OQAM)通信系统,本文提出了一种基于实虚交替导频的相位噪声抑制算法。该算法利用激光器相位噪声的性质和固有虚部干扰(IMI)系数的对称性规律设计全新的实虚交替导频,结合线性拟合,能够准确估计每个频域符号的公共相位误差(CPE)。由于是在频域进行补偿,与时域相位噪声抑制算法相比,计算复杂度大幅下降。搭建了有效速率为65 GBits/s的偏振复用CO-OFDM-OQAM系统的数值仿真平台,研究了不同激光器线宽和子载波个数下系统的传输性能,考察了所提方法对相位噪声的抑制效果。获得的结果证实:OSNR固定为25 dB,子载波总数分别为256、512和1024时,误码率达到FEC极限时所需要的线宽分别为801.1、349和138.4 kHz。对于使用16-QAM调制格式、子载波个数为256或512的系统,能较好补偿激光器的相位噪声,而且不会影响功率峰均比。

时频调制的MIMO-CE-OFDM-LFM雷达通信一体化信号设计

实际环境中的信道多为参数随时间变化的随参信道。为了更好地适应随参信道环境,设计了4个频率和4个时隙的基于时频调制(Time Frequency Modulation, TFM)的线性调频(Linear Frequency Modulation, LFM)雷达通信一体化(Dual-Functional Radar and Communication, DFRC)脉冲信号。为了进一步增强其抗多径衰落的能力,在其基础上引入正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术来生成基于TFM的OFDM-LFM DFRC脉冲信号。为了实现恒模传输一体化脉冲信号,在其基础上引入恒包络(Constant Envelope, CE)技术来生成基于TFM的CE-OFDM-LFM DFRC脉冲信号。为了突破香农信道容量的上限和增大信号的发射能量,在其基础上引入多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)技术来生成基于TFM的MIMO-CE-OFDM-LFM DFRC脉冲信号。通信误比特率(Bit Error Rate, BER)仿真结果表明,设计的4个信号在通信传输时均具有优良的BER性能。雷达模糊度函数(Radar Ambiguity Function, RAF)仿真结果表明,设计的4个信号在雷达探测中均具备优良的距离和速度分辨率。

深海远程正交频分复用水声通信簇约束的分布式压缩感知信道估计

在深海远程正交频分复用水声通信中,信道时延较长,导致信道频率选择性衰落严重,传统的压缩感知信道估计算法性能大幅下降。为此,该文利用深海远程信道在一定时间内具有相关性并呈较稳定簇状分布的特点,在分布式压缩感知信道估计中引入簇区域信息,进行簇约束的多数据块联合稀疏信道估计,提出一种簇约束的分布式压缩感知信道估计方法,并在深海开展了定点远程水声通信实验进行验证,实验结果表明,与传统的分布式压缩感知信道估计算法相比,本方法的能够降低50%左右的误码率。

基于多维扩展的正交时序复用波形框架及其性能分析

正交时序复用(OTSM)是一种适用于高速移动场景的低复杂度调制方法。然而,单一的波形设计方法难以满足多样化的应用需求和性能需求。因此,该文基于加权分数傅里叶变换(WFRFT)提出了加权分数沃尔什-哈达玛变换(WFRWHT),并提出了多维扩展的一体化的加权分数傅里叶变换-加权分数沃尔什哈达玛变换-正交时序复用(WFRFT-WFRWHT-OTSM)波形框架。通过对2维参数的灵活配置,该框架可退化为OTSM、正交时频空、混合载波、正交频分复用和单载波等波形,同时研究了采用高斯-赛德尔(GS)迭代均衡时一体化WFRFTWFRWHT-OTSM波形在时延-多普勒信道下的误码率(BER)性能以及峰均功率比(PAPR)性能。仿真结果表明,在不同时延-多普勒信道下,该框架可通过改变WFRFT和WFRWHT阶次实现更优的BER和PAPR性能。

太赫兹频段OFDM一体化波形的雷达探测性能分析

传统的正交频分复用(OFDM)信号在太赫兹通信系统中通常会面临峰均功率比(PAPR)过高的问题,严重降低功率放大器的效率,恶化太赫兹链路的非线性效应。恒模雷达-通信一体化波形可以抑制PAPR的影响。本文采用模糊函数作为评价标准,从距离和速度两方面分析和比较了太赫兹频段正交频分复用-16阶正交幅相调制-线调频(OFDM-16QAM-LFM)、正交频分复用-二进制相移键控-线调频(OFDM-BPSK-LFM)、正交频分复用-最小相移键控-线调频(OFDM-MSK-LFM)3种OFDM一体化波形的雷达探测性能。数值仿真结果表明,OFDM-16QAM-LFM波形在太赫兹频段的距离和速度探测性能良好,但PAPR过高;OFDM-BPSK-LFM、OFDM-MSK-LFM波形采用相位调制代替幅度-相位调制,保持恒定包络特性;OFDM-BPSK-LFM一体化波形的距离分辨力不会随着子载波数量增加而恶化,但速度分辨力随着子载波数量的增加而受到很大影响,不适宜用于高速运动状态下多目标的速度检测;OFDM-MSK-LFM波形可承载更多的子载波,适应复杂场景下的多载波雷达探测需求。本文方法为不同应用场景的一体化波形选择提供了参考。

正交频分复用/偏移正交振幅调制半盲信道估计

非合作通信背景下,针对传统干扰近似法(IAM)进行正交频分复用(OFDM)/偏移正交振幅调制(OQAM)系统信道估计需要导频符号值作为先验信息的问题,提出一种基于OQAM符号特征的IAM(OCBIAM)估计算法。该算法利用IAM导频结构和OQAM实符号的有限集特征,将信道衰落系数幅度和相位分开估计,在仅获得导频位置而未知导频符号值的条件下实现了OFDM/OQAM系统半盲信道估计。并且证明了OCB-IAM算法由于利用接收符号的二阶统计量将高斯白噪声变为非随机的单音干扰,从而在中低信噪比条件下具有优于IAM算法的估计性能。仿真实验验证了理论推导的正确性和OCB-IAM算法的可靠性。

正交频分复用水声通信自适应调制算法

分析预估信道长度对信道估计算法的影响规律,提出利用水声通信均衡恢复信号统计量对信道估计质量评估的方法。通过信道长度自适应修正机制,实现对未知水声信道的高精度估计。针对水声信道造成的正交频分复用子载波特性差异,基于信道估计结果,提出在码元总速率、能量约束条件下,各个正交频分复用子载波速率、功率优化分配的自适应调制算法。与传统的等功率、速率分配算法相比,新算法能够显著提升水声通信系统的误码率性能,通过仿真和实地试验,验证了研究内容的有效性。

可见光通信中正交频分复用调制技术

可见光通信(VLC)由于可以弥补射频通信的不足而成为研究热点,正交频分复用(OFDM)技术因其高数据速率和抗频率选择性衰落被广泛应用在VLC中。本文从能量效率、频谱效率、误码率、计算复杂度等方面对可见光通信系统中OFDM调制技术进行研究和比较,主要包括基于离散傅立叶变换的单极性方案、改进或增强型方案和混合型方案,基于哈特莱变换的光OFDM,以及基于LED索引调制的光OFDM。文中介绍了多种光OFDM调制技术的工作原理综合对比了频谱效率等性能;研究了光OFDM系统接收机改进方案;总结了可见光OFDM系统存在的问题和未来研究方向。本文对可见光OFDM系统进行归纳和总结,为提出更加高效的单极化调制技术、进一步提高系统频谱效率及可靠性提供了参考。

低频部署下MIMO-OFDM通信系统的频谱利用效率分析

主要深入研究低频部署下多进多出-正交频分复用(Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,MIMO-OFDM)通信系统的频谱利用效率,探讨低频部署对系统性能的影响,并提出相应的优化策略。详细分析低频部署对信号传输性能和频谱利用效率的影响,评估频谱利用效率,提出针对低频部署的MIMO-OFDM系统的优化策略,最后探讨低频部署下MIMO-OFDM系统的适用场景,为实际应用提供一些建议。