基于FPGA的无人机非平稳信道动态模拟研究

针对无人机高速移动导致的信道状态快速时变以及多普勒频率起伏大的特点,本文基于现场可编程门阵列平台设计了无人机非平稳信道模拟方案。该方案采用调频谐波叠加方法产生非平稳信道衰落,并提出了一种信道参数实时产生算法,提高了信道模拟的实时性,保证了信道状态的实时更新。同时,针对多普勒频率起伏大导致的功率随机波动问题,本文设计了一种自适应功率均衡模块,使得输出功率最大波动仅为1.13%,保证了衰落功率的稳定性。最后,硬件消耗资源结果表明,相较于复播方案以及预存式方案,本文方案对存储资源的消耗分别降低了52.44%和9.31%,更适合长时间无人机非平稳信道衰落的模拟。同时,实测分析结果表明,相较于未均衡的模拟方案,本文硬件模拟方案输出的信道特性如路径损耗和多普勒功率谱密度与理论结果更加吻合,可用于无人机通信系统的设计、优化等领域。

非正交多址光通信系统信道均衡的虚拟时反方法

室内非正交多址(non-orthogonal multiple access, NOMA)可见光通信系统(visible light communications, VLC)可实现高速率多用户通信,但多径效应会造成通信可靠性及用户公平性明显下降,为此,提出一种虚拟时间反转技术(virtual time reversal mirror, VTRM)对NOMA-VLC进行信道均衡,消除多径效应对通信过程的影响。分析了多用户场景下室内NOMA-VLC系统模型及其通信光链路的特性,依据光链路增益的稀疏特性采用稀疏度自适应匹配追踪(sparsity adaptive matching pursuit,SAMP)算法,估计NOMA-VLC系统的信道冲激响应(channel impulse response, CIR)。在此基础上,采用VTRM方法对NOMA-VLC进行信道均衡,通过VTRM的时空聚焦特性减少信道衰落影响,并重构接收信号,抑制多径效应。理论分析和实验结果表明:经论文算法均衡后的NOMAVLC系统,在满足前向纠错(forward error correction,FEC)误码率阈值的同时,用户1性能提高了4.4 dB,用户2性能提高了5.7 dB,两用户平均性能提高了5.05 dB,用户间性能差异由1.6 dB降为0.5 dB,为NOMA-VLC信道均衡提供了有效的解决方案。

QBNs-时空非齐次开放量子游荡的量子信道表示

量子 Bernoulli 噪声(QBNs) 是 Bernoulli 泛函空间和作用于其上的涅灭、增生算子族,满足一 种等时的典则反交换关系。 本文基于量子 Bernoulli 噪声方法,考虑了一维时空非齐次开放量子 游荡,通过时空非齐次性的 coin 算子对序列引入 Kraus 算子系并进行了相关研究,利用 Kraus 算子系给出该游荡的量子信道表示并讨论其性质。

NR-U与其他非授权频谱共存的下行信道填充方法

针对当5G非授权频谱与其他非授权频谱共存时,现有下行信道频域分配方法可能遇到的占有信道带宽(Occupied Channel Bandwidth,OCB)问题,提出了一种基于隔行填充伪数据的下行物理信道频域资源分配方法,并将分配颗粒度下调至物理资源块(Physical Resource Block,PRB)级别,满足了OCB规范要求,有助于非授权频谱共存,同时明显地降低了能耗,达到了节能的目的。最后,通过举例5 GHz非授权频段的计算数据分析,验证了所提方法的有效性。

基于多模态注意力机制的频域非平稳信道估计

信道估计对现代无线通信系统至关重要,在超大规模多输入多输出正交频分复用系统中,信道具有频域非平稳性。将单频段信道估计拓展至多频段,对频域非平稳sub-6 GHz—毫米波系统进行信道建模和问题建模,提出了基于多模态注意力机制的频域非平稳信道估计框架。该框架基于多模态对信道信息进行特征提取,利用注意力机制动态调整不同信息的权重并进行特征融合,最终输出毫米波信道估计的结果。在理论分析的基础上,结合数值仿真实验,验证了所提算法在适应频域非平稳信道估计任务的可靠性和有效性。

特殊非Rayleigh相关信道的MIMO-MRC系统性能

基于矩阵变量复超几何函数的性质,提出一种分析低Rician因子信道下MIMO-MRC系统性能的近似方法.该方法利用非中心复Wishart矩阵有序特征值概率密度函数的上界得到最大特征值的近似概率密度函数,据此求得Rician信道下发射相关MIMO-MRC系统的中断容量、平均信噪比及误符号率等性能的封闭表达式.此外还研究了发射相关Nakagami锁孔信道下MIMO-MRC系统信噪比的概率密度函数,并求得系统平均信噪比的封闭表达式.与已有结果相比,所得到的公式更易于计算.仿真结果验证了推导的正确性.

非同分布Rayleigh衰落信道下认知中继网络中断概率精确解

研究了underlay频谱共享模式下认知中继网络的中断性能,推导出独立非同分布Rayleigh衰落信道下次用户中断概率精确解的闭合表达式。通过对具有不同分布参数的Rayleigh衰落信道下系统性能进行MonteCarlo仿真,验证了理论推导的正确性。仿真结果表明,次用户发射机与中继之间(S_T→S_R)的中继链路以及次用户发射机与主用户接收机之间(ST→PD)的干扰链路——这两种链路的信道状态是影响认知中继网络中断性能的主要因素。

非合作水声通信辐射源个体识别初探

辐射源个体识别是非合作水声通信信号调制样式识别之后进一步获取对方通信设备固有信息的重要途径。为解决海洋信道中非合作水声通信辐射源个体识别的难题,文章对水声通信发射机性能差异进行分析,重点对水声发射机根升余弦滚降滤波器的非线性进行描述,并针对非合作水声通信信号先验信息缺失且信号具有循环平稳性的特点,提出了一种利用循环谱等值线图区分不同辐射源的个体识别方法。以二进制相移键控信号为例,进行不同滚降因子条件下循环谱特征的仿真分析。研究结果验证了当信噪比不小于3 dB时文中所提辐射源个体识别方法的可行性。

基于分集的非相干多进制正交调制迭代译码研究

为了解决无线通信系统低速率传输面临的瞬时快衰落明显、归一化多普勒很大、接收信号弱等多种难题,提出了基于分集的非相干多进制正交调制迭代译码体制。首先,构建了非相干多进制正交调制迭代译码模型,给出了基于最大值映射的简化解调译码方法;其次,设计了基于分集的非相干多进制正交调制迭代译码系统方案,分析了信道容量极限关键参数,推算出编码码率与信噪比关系,提出了基于分集合并信号概率密度的性能分析方法;最后,采用蒙特卡洛仿真方法,结合高斯信道与瑞利衰落信道进行了系统仿真验证及性能分析。结果表明:在归一化多普勒0.5的瑞利衰落信道仿真环境下,采用16重分集、32阶正交调制、Turbo/低密度奇偶校验码(LDPC)迭代译码,编码码率为2/3、编码信息长度为384的设计方案,可实现信噪比低至3 dB时的稳定通信。所提出的基于分集的非相干多进制正交调制迭代译码方法,实现了低信噪比高可靠传输,可为低速率无线通信系统设计提供参考。

基于近似消息传递的NOMA系统信道和脉冲噪声联合估计方法

针对非高斯脉冲噪声背景下的非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)系统的信道估计问题,利用信道和脉冲噪声的稀疏特性,提出一种基于近似消息传递的信道和脉冲噪声联合估计方法。首先构建全子载波的压缩感知方程,然后基于稀疏贝叶斯学习理论提出一种信道、脉冲噪声和数据符号的联合估计优化问题。为解决这一超参量非线性非凸问题,设计了一种基于高斯广义近似消息传递和稀疏贝叶斯学习理论的期望最大化实现算法。仿真结果表明,与基于期望最大化的稀疏贝叶斯学习方法相比,所提算法在信道和脉冲噪声估计的均方误差、误码率等方面性能虽略有下降,但算法复杂度降低了1个数量级。

基于QuaDRiGa的无人机非平稳信道模型

为了解决无人机信道模型非平稳参数空时不连续的问题,提出了一种支持三维运动及姿态旋转的无人机非平稳几何随机模型,用于描述和模拟无人机对地多输入多输出通信信道的真实特性。该模型借鉴QuaDRiGa中的“准确定性”思想,基于收发端拓扑关系更新时变信道参数,考虑路径生灭概率改进信道功率计算方法,引入姿态相位矩阵描述无人机姿态旋转,以实现无人机非平稳信道参数的平滑演进。数值仿真结果表明,本文提出模型能够保证功率和角度等参数的平滑演进,输出信道的自相关函数具有非平稳性且受无人机姿态影响显著,可用于无人机通信系统设计和算法优化等领域。

空间信息网的Ka频段非正交多址接入中继系统

针对深空通信的系统信息传输效率低,时延长的问题,文中设计一种空间信息网的Ka频段非正交多址接入中继系统,推导出中继卫星配备单天线情况下的中断概率和遍历系统容量等关键指标的解析表达式,提出的非正交多址接入中继系统在节约一半传输时间条件下,达到与正交多址接入系统相同遍历系统容量时所需的功率分配方案。通过仿真,验证了该方案的可行性。

基于硬件损伤和非完美CSI的IRS辅助NOMA网络鲁棒传输算法

为提升非正交多址接入(NOMA,non-orthogonal multiple access)网络的鲁棒性并减少其能量消耗,考虑了收发器的硬件损伤(HWI,hardware impairment)和非完美的信道状态信息(CSI,channel state information),提出了智能反射面(IRS,intelligent reflecting surface)辅助的NOMA网络传输功率最小化算法。考虑了用户服务质量(QoS,quality of service)约束、串行干扰消除约束以及IRS的反射相移约束,基于HWI和非完美CSI建立了基站主动波束成形和IRS被动波束成形联合优化问题模型。为求解该非凸优化问题,首先利用线性近似和S-Procedure方法对QoS约束进行转换,然后将优化问题分解为两个子问题,并且利用逐次凸逼近(SCA,successive convex approximation)方法求解主动波束成形子问题,利用惩罚凸凹过程算法求解被动波束成形子问题,最后利用交替优化将子问题交替迭代得到最终解。仿真结果表明,在传输功率方面,所提算法比正交多址鲁棒算法降低了17.05%;在系统鲁棒性方面,所提算法相较于HWI鲁棒算法和CSI鲁棒算法,分别提升了20.69%和31.14%。

非比例阻尼体系等效Rayleigh阻尼模型时域计算方法

Rayleigh阻尼模型具有数学简易性的优点,应用广泛,其阻尼矩阵构造依赖于结构模态阻尼比。结构阻尼(复阻尼)模型的阻尼矩阵直接由材料损耗因子和刚度矩阵决定,在非比例阻尼体系中具有阻尼矩阵便于构造的优点,但存在时域计算结果发散、初值条件不易确定和频响函数非因果等缺陷。本研究结合两种阻尼模型的优点,分别依据阻尼衰减和阻尼耗能,提出了与结构阻尼模型等效的Rayleigh阻尼模型。算例分析结果表明:等效Rayleigh阻尼模型克服了结构阻尼模型的缺陷,同时保留了非比例阻尼体系中阻尼矩阵易构造的优点;与基于阻尼衰减等效的Rayleigh阻尼模型相比,基于阻尼耗能等效的Rayleigh阻尼模型计算结果近似相等,但避免了复模态分析,且计算过程直观简单。

基于NOMA-VLC系统的GWO-DNN信道估计方法

为了解决室内非正交多址(NOMA)可见光通信(VLC)信道估计方法的可靠性和用户公平性低问题,提出了一种在NOMA-VLC系统中使用灰狼优化(GWO)算法对深度神经网络(DNN)进行信号补偿和恢复的方法,即GWO-DNN信道估计方法。该方法引入非线性收敛因子和二维混沌映射,有效提升了系统可靠性和多用户传输公平性。实验结果表明:在误码率(BER)为10^(-4)时,所提方法比最小均方误差(MMSE)方法最高可获得4.3 dB的信噪比(SNR)增益,两用户的SNR差异由3.2 dB降到0.9 dB;在不同阶次的正交幅度调制下,所提方法的性能均优于MMSE方法,且调制阶次越高性能改善越明显。

非高斯噪声下电力线载波通信压缩感知信道估计方法

传统的基于压缩感知的电力线载波通信信道估计方法,多数在高斯噪声假设下对信道系数进行估计。实际过程中,电力线电磁环境复杂,噪声往往并不服从高斯分布。本文考虑非高斯环境下电力线载波通信信道估计问题,利用高斯混合密度对噪声统计特性进行描述,在此基础上,结合信道系数的稀疏特性对信道系数进行估计。利用数值仿真对本文所提算法的性能进行测试,结果表明,与传统信道估计算法相比,本文所提出的方法具有更好的信道估计性能。

近场信道建模与分析

超大规模天线阵列在近期取得了快速发展并有望在未来无线通信,尤其是在中频和毫米波频段取得广泛应用。随着天线孔径的提升,近场效应变得更为明显和突出,因此传统远场平面波假设不再适用。为更准确地对近场通信进行性能评估,建立准确反映近场信道特性的信道模型尤为关键,基于电磁理论和物理光学,建立了一般散射体的散射模型。通过对近场散射体散射特性的研究,分析了非视距(Non-Line of Sight,NLoS)径信道状态的变化特点以及近场场景中的空间非平稳(Spatial Non-Stationary,SNS)特征。基于大规模收发天线阵元间空间一致性特性,结合散射体散射特性,设计了基于空间一致性的近场信道参数生成方法,并提出一种衰减因子计算方法,用以表征空间非平稳特性。在3GPP标准信道建模流程基础上,设计了一种适用于近场电磁波传播的信道模型。提出的信道模型同时建模了球面波和空间非平稳特性对近场通信的影响,可准确评估近场通信性能,为近场码本设计、波束成型等技术的发展打下基础。

机载PLC非充分循环前缀加窗OFDM容量优化

机载电源线通信(PLC)技术可以减少机载设备间布线的数量和复杂度,但电源线中多径分量衰减小,信道持续时间长,采用常规循环前缀(CP)设计方法,使用长度不小于信道最大多径时延扩展的CP,会导致容量非最优,可通过选择非充分CP,并结合加窗技术进行优化。基于此,采用对内外侧的子载波施加不同长度CP的边窗技术,以提高通信容量为优化目标,提出一种综合分析通信窗函数和内外侧子载波CP长度的参数设计方法。根据分段机载PLC通信的互连拓扑和频变阻抗,利用传输线理论,建立PLC信道衰落模型;分三阶段调整CP和窗函数参数,进行设计优化,第1阶段得到满足邻道干扰(ACI)约束下的最小加窗扩展长度,第2阶段在该窗函数条件下,调整CP长度增大系统容量,第3阶段通过边窗技术分别优化内外侧子载波,得到最终的优选参数。仿真实验分析表明:所提方法能够在减小ACI的同时避免正交频分复用(OFDM)符号的过度时域扩展,使保守的CP和窗函数选择导致的波特率损失得到改善,最终提高OFDM系统容量;同时,所提方法可以接近或达到全空间枚举的优化效果,且使计算量可接受。

工业5G的非授权频段多优先级动态接入方法

为实现工业5G在非授权频段的高实时、高可靠无线通信,提出了一种多优先级的动态信道接入方法,以满足异构工业任务的按需通信。该方法通过对多种无线网络共享的非授权频段进行实时信道监听,可以根据信道占用率动态切换信道接入方式,包括随机接入和确定性接入。其中,根据异构工业任务的实时性要求,定义了多种接入优先级,并确定合适的竞争和退避时间窗口。仿真结果表明,在工业多设备接入场景下,所提方法的信道传输可靠性达到99.99%,并且实时性比WiFi的载波侦听多路接入/碰撞避免机制(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)和授权辅助接入(Licensed Assisted Access,LAA)的先听后说(Listen before Talk,LBT)机制分别提升了24.7%和46.3%。

非完美CSI下的全双工中继网络的能效谱效均衡

为优化非完美信道状态信息下的解码转发全双工中继网络的能效和谱效,提出了一种基于该网络模型的能效谱效均衡策略。通过构建能量效率和频谱效率的折中优化函数,将一个非凸的多目标优化问题转换为一个凸的单目标优化问题,利用求导法和拉格朗日乘子法求解在不同折中因子下的最优中继发射功率。仿真结果表明,可以通过改变折中因子来优化系统的能效和谱效值,获得最优能效和谱效的性能折中。