基于混合消息传递和部分高斯近似的联合信道估计MIMO-OFDM接收机

本文提出了一种基于混合消息传递和部分高斯近似(Partial Gaussian Approximation,PGA)的多用户干扰消除方法,并应用到联合信道估计MIMO-OFDM接收机中。由于多用户干扰模型中存在的"乘积-求和"结构,使得选择标准消息传递规则,如置信传播(Belief Propagation,BP),期望传播(Expectation Propagation,EP),平均场规则(Mean Field,MF),或者联合方法时只能在性能或复杂度方面有所取舍。现有根据标准消息传递规则得到的最优性能接收机复杂度高,而近似程度大的低复杂度接收机性能损失严重。本文根据多用户干扰模型的自身特点,对标准消息传递规则进行了修改,提出了一种基于混合消息传递规则和部分高斯近似的多用户干扰消除方法。依据信道估计过程中不同用户的信道权重,采用不同的消息传递规则,可以实现复杂度和性能的均衡调整。仿真结果表明,本文提出的多用户干扰消除方法,在性能接近已知最优接收机的情况下,能够大幅降低复杂度。

高性能的MIMO-OFDM接收机IQ不平衡补偿新算法

在分析MIMO-OFDM接收机IQ不平衡信号模型基础上,以OFDM物理层为背景提出了一种新的时频结合的MIMO-OFDM接收机IQ不平衡补偿算法,即先在时域对IQ不平衡预补偿,然后在频域对残余的IQ不平衡进行校正。仿真结果表明:本文所提算法性能优于传统的频域补偿算法,该算法在AWGN信道下能达到理想性能,在多径衰落信道下当误比特率等于10-3时性能损失可以减小到0.5dB左右。

基于隐聚类和狄利特雷过程的大规模MIMO-OFDM接收机设计

本文首先讨论了大规模MIMO-OFDM(Multiple-Input Multiple-Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统信道的空间相关性,提出了一种基于隐聚类假设的信道建模方法,利用概率参数模拟不同的传播环境.然后,将机器学习领域的狄利特雷过程(Dirichlet Process,DP)引入到稀疏贝叶斯学习(Sparse Bayesian Learning,SBL)模型中,建立了DP-SBL结构,在信道估计的同时挖掘并利用大规模MIMO系统所特有的隐聚类特征.接着,将DP-SBL结构应用于大规模MIMO-OFDM系统中,在因子图上利用消息传递算法推导了一种基于隐聚类和狄利特雷过程的接收机算法.最后,将本文提出的接收机算法和现有算法进行对比分析.结果表明,本文提出的接收机算法充分利用了大规模MIMO-OFDM系统特有的空间相关性,能够以较低的计算复杂度获得较强的鲁棒性和显著的性能增益.

信号极化方式对跟踪接收机相位影响研究

移动卫通站大范围机动时可能会出现跟踪接收机相位漂移问题,这与使用的信号极化方式有关,必需采取相应的相位补偿措施才能保持天线的稳定跟踪。以典型卫通地面站天线馈源网络结构为参考,结合圆极化器工作原理,解析了不同状态下各接收端口输出信号的表达式,并根据单通道单脉冲跟踪接收机工作原理及其相位物理含义,全面研究了和、差信号不同极化组合时相位与极化角的关系,据此进行相位补偿,可有效解决地理位置变化引起的跟踪接收机相位漂移问题,并通过多个应用案例进行了验证。最后给出了信号极化方式选择建议,跟踪圆极化卫星时和、差信号极化方式应相同,跟踪线极化卫星时差信号极化方式应保持不变。

一种100 MHz~4 GHz宽带抗干扰射频接收机的设计

为满足导航、通信、相控阵雷达以及电子对抗等领域对高性能接收终端的需求,提高系统的抗干扰、通用化和小型化性能,设计了一款工作频率在100 MHz~4 GHz的宽带抗干扰接收机芯片。接收机结构采用直接下变频形式,包括单转差巴伦、无源混频器和移相器等,能够有效抑制频带内的干扰信号,在强干扰信号下整个接收机通道不阻塞,能检测出极小的有用信号,同时保证与没有干扰状态相比性能不恶化。针对零中频(zero-Intermediate Frequency,zero-IF)接收机容易产生本振泄露、自混频等现象,设计了直流失调校准、本振相位调整等功能,可实现直流偏置点5 mV的补偿。射频输入100 MHz~4 GHz变化时,混频器转换增益≥31.2 dB。

卫星导航接收机欺骗攻击及防护综述

本文主要研究卫星导航欺骗干扰技术与欺骗防护技术,首先介绍欺骗干扰的生成方式、欺骗干扰实施策略与播发策略,并从欺骗威胁、实现难度、防护难度等多方面给出现有欺骗技术的对比分析。其次从信号体制、终端处理技术、辅助信息校验技术等三个层面介绍现有欺骗防护技术,并从欺骗适应性、实现需求、实现难度、实现效果等几方面给出防护技术对比分析。在此基础上,研究在面对不同欺骗攻击时接收机的欺骗防护框架,对于评估导航接收机的防护能力有借鉴意义。

滤波器阶数对导航接收机时域抗干扰的影响研究

随着电磁环境恶化以及干扰强度和复杂度的升级,对导航接收机的抗干扰能力提出了更高的要求。针对目前导航接收机对滤波器阶数缺乏深入研究的现状,文中从时域自适应滤波器的阶数入手,对其抗干扰性能进行了研究。然后对不同干扰环境下的滤波器级抗干扰性能进行了分析,提出了一种基于抗干扰需求的最优阶数设计方法。仿真结果显示,适当增大滤波器的长度,可提高其抗干扰的能力,在工程实践中可以针对具体的抗干扰要求来优化滤波器的阶数。

基于北斗接收机的大型厂区无人机智能安防监控系统

随着城市大型工业园区的不断发展和快速扩张,厂区、办公区混合,传统的以摄像头为主的安防系统极易出现监控盲区;不规范的有害气体排放、盗窃和火灾险情的及早发现对于大型厂区尤其是有危险品存储的厂区极为重要。文中提出利用装载北斗接收机的无人机实现灵活、无盲区的多功能厂区智能安防监控系统。在无人机上装载监控摄像头和检测传感器,实现图像获取及烟雾探测,利用通信收发模块将检测到的图像及数据传输到地面监控平台,监控平台进行图像识别及异常情况判定,给出相应的告警信息。地面平台可以规划无人机的巡查路线,实现监控轨迹的全覆盖和灵活可控,达到无盲区监控及近距离监控,取得了良好效果。

某型射频接收机强电磁耦合的仿真预测

针对强电磁环境下射频接收机仿真预测的问题,开展强电磁脉冲信号构建、射频接收机建模、场路结合方式预测等研究,得到射频接收机内部监测点场强、壳体表面电流、接收机线缆耦合电压等仿真结果,实现对某型射频接收机电磁防护的优化设计,为射频接收机强电磁防护实施提供支撑。

基于肖特基二极管的310 GHz紧凑型接收机前端

肖特基混频器是固态太赫兹接收系统的关键部件,与基于超导体-绝缘体-超导体混频器、热电子辐射热计混频器的接收机相比,基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收机系统不依赖低温附属设备,具有成本低、重量轻、体积小、功耗低等优点。目前基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收前端结构相对复杂,集成度普遍不高且损耗较大。针对太赫兹接收前端结构复杂、集成度低、损耗大等问题,基于太赫兹肖特基二极管设计了288~318 GHz二次谐波混频器及其本振驱动链路,并基于此混频器构建了太赫兹接收机系统。太赫兹接收机本振驱动链路由一个75 GHz的六倍频功放集成模块与一个150 GHz二倍频模块组成。本振链路的集成化设计使得该接收机集成度大大提高,集成模块尺寸为20 mm×20 mm×43 mm,测试结果表明:在288~318 GHz带宽内,实测的双边带变频损耗为5.8~9.4 dB,噪声温度为1055~1722 K,具有良好的射频性能。

基于RFSoC的超宽带数字接收机设计

现代雷达越来越向小型化、智能化、多功能化方向发展,宽带数字化相控阵已成为雷达发展的必然趋势。文中介绍了当前的宽带数字接收机架构,中频数字化和射频数字化接收机的基本原理和发展需求。结合当前微电子技术及信号处理器件的发展,直接对射频信号进行处理已成为可能。为实现基于射频数字化的超宽带数字接收机设计,文中给出了一种基于RFSoC技术的超宽带数字接收机设计。该接收机可实现直接射频采样和宽带任意波形产生,瞬时带宽可支持2 GHz,测试指标满足雷达、电子战应用需求。基于RFSoC技术的超宽带数字接收机具备多通道、低成本、低功耗的优点,在雷达、电子战设备及综合射频系统中将获得广泛应用。

基于功率分离接收机方案的低复杂度信号检测算法

为了解决基于分离接收机架构下的移动通信系统中信号检测复杂度较高的问题,提出一种低复杂度的信号检测算法。首先,考虑天线噪声、后级处理噪声和功率分离因子的影响,设计分离接收机架构,并基于三维接收信号建立简化的二维接收信号模型。然后,在变换坐标系下表征二维接收信号的联合概率密度函数,进而提出基于最小距离的低复杂度的信号检测算法。最后,分析分离接收机方案相对于传统相干接收机的联合处理增益。理论分析表明,相比于传统的基于三维接收信号的检测算法,所提信号检测算法具有较低的计算复杂度。仿真结果表明,在一定的功率分离因子下,低复杂度信号检测所获得的近似误符号率(SER)与最优的SER性能接近,且分离接收机架构下的SER性能优于传统的相干接收机方案。

在线学习辅助的智能接收机设计与实现

为了解决复杂场景下的可靠通信问题,设计了一种在线学习辅助的正交频分复用(OFDM)智能接收机。该接收机能够判断信道环境是否发生改变,并在线收集样本数据进行训练,形成当前环境下最佳的接收参数。在OFDM系统的信道估计模块中,设计了基于样本含噪均方误差(MSE)的性能比较器作为信道环境变化的判断依据,并采用轻量化的神经网络结构以实现快速在线训练。最后,通过通用软件无线电外设(USRP)进行了实现和验证。仿真和空口实验表明,所提接收机能够有效感知并适应新的信道环境,并且在导频数量受限的情况下,接收性能和收敛速度均优于现有的机器学习方法。

正交并行混频与多相转置FIR高速数字接收机研究

为弥补数字信号处理器件性能的不足,解决高速通信系统处理实时性不高、面积消耗较大、硬件实现困难等问题,研究了一种基于正交并行混频和多相转置FIR的高速数字接收机系统。首先对射频前端输入的任意高速采样信号和混频本振信号进行多相推导,以正交并行相乘的方式实现信号的下变频;接着推导了FIR滤波器的多相结构,通过改变输入寄存器的位置,建立了多相转置FIR模型,设计了一种低延时、高效率的滤波器,与现有多相FIR相比,节约了30%的面积。在此基础上,采用模块化的设计方法,基于xc7z045完成了高速数字接收机系统的FPGA设计,并在自主研发的宽带信号处理板上以2.048GSPS的采样速率,完成频率为1.536GSPS,带宽为8MHz的BPSK信号接收与传输验证。实验结果表明,所设计系统准确找到了所有码元的信息,对于数据吞吐量大、实时性要求高的数字接收机模型建立与工程实现具有一定的指导意义。

激光雷达接收机中时刻鉴别模块的研究和设计

时刻鉴别在激光雷达接收机电路中决定着系统整体的测量精度。考虑到传统的前沿时刻鉴别法测量精度不高,而恒比定时法又存在大量的器件损耗,提出一种新的时刻鉴别法。首先采用高、低两个增益并联的电压放大器,获得两个具有不同增益的脉冲电压信号;再通过四个比较器获得两个脉冲电压信号的前后沿;最后通过几何平均算法获得回波脉冲的形心,从而确定回波到来的时刻。Matlab仿真结果表明,所提时刻鉴别法的鉴别精度优于传统的时刻鉴别法。通过Multisim对时刻鉴别模块进行仿真,结果显示电压放大器和比较器的输出波形均符合预期效果。最后把设计的时刻鉴别模块应用于接收机中进行实验,结果表明该模块可达到三维成像激光雷达接收机电路的系统精度要求,有较好的三维成像效果。

基于深度学习的互联网接收机中特定信号识别

随着软件无线电技术和互联网技术的发展,有大量的互联网接收机接入互联网,并可任意访问其频谱瀑布图数据。频谱瀑布图是信号频域和时域特性的一种展示方式,将不同频率的信号以图像的方式直观地进行展示,为了更好地监测到频谱瀑布图中的特定信号,需要对频谱瀑布图中的特定信号进行智能识别。通过深度学习技术实现了对频谱瀑布图中特定信号识别,在信噪比大于5 dB时,识别准确率大于90%。

远海环境低成本RTK接收机多路径效应与平滑伪距单点定位性能

低成本RTK接收机抗多路径性能较弱,导致远海环境中的单点定位性能显著下降。综合分析远海环境中载波相位平滑抑径算法对低成本RTK接收机单点定位性能的影响。结果表明,远海环境中RTK接收机的多路径效应为陆地环境的2~3倍,E5频点的抗多路径性能最强;平滑抑径效果与伪距多路径效应大小有关,采用平滑抑径算法后,RTK接收机SPP定位精度在远海环境提升62%,在陆地环境提升24%;平滑抑径后GPS/Galileo/BDS-3多系统SPP定位精度优于1 m,可满足海上较精细作业的需求。

雷达侦察接收机电磁环境评估和分级方法

针对雷达侦察接收机电磁环境分级困难、描述粗略、评估不准、操作性弱等研究现状,通过深入分析侦察接收机的作战环境、工作原理,以及性能指标受电磁环境的影响程度,提出了一种基于电磁环境效应的雷达侦察接收机电磁环境复杂度评估与分级方法。首先对雷达侦察接收机面临的电磁环境进行了分析,根据侦察接收机的工作机理及其技战术性能提炼并构建了针对侦察接收机复杂电磁环境评估的指标体系,最后给出了层次结构评估模型以及电磁环境等级划分规则,为研究雷达侦察接收机面临的复杂电磁环境及其分析评估提供技术支撑,同时也为提高侦察接收机在复杂电磁环境下的作战能力提供技术支持。

一种模型驱动的深度学习OFDM接收机

针对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)接收机解调精度低和计算复杂度高的问题,采用深度学习方法构建了一种新的模型驱动的接收机模型,称为FBLTNet(Fully Connected,Bi-LSTM and Transformer-encoder Neural Network)。该模型分为信道估计和信号检测两个部分,其中信道估计以全连接神经网络(Fully Connected Deep Neural Network,FCDNN)替代线性插值,信号检测则使用深度自注意力网络编码器Transformer-encoder和双向长短期记忆网络(Bidirectional Long-Short Term Memory,Bi-LSTM)的组合网络,实现信号的解调和比特流的恢复。在瑞利衰落信道下测试了不同调制方式的接收机性能,结果表明FBLTNet与基于深度学习的接收机以及传统接收机相比,误比特率性能得到了显著的改善;与数据驱动的无线接收机算法相比,线下训练模型收敛时间和测试时间分别减少了33.0%和25%,网络结构参数减少了29.5%。

基于ROTI和AATR的测地型GNSS接收机监测北半球高纬度区域电离层闪烁准确性分析

当前,第25个太阳周期已进入强活跃时期,能引发大量电离层不规则体,进而对使得穿行其中的GNSS信号产生电离层闪烁。这已成为影响GNSS全球稳定导航定位服务的重要干扰源。对全球电离层闪烁进行广泛且全面的监测是消除闪烁对GNSS干扰的重要前提,然而传统电离层闪烁监测接收机(ISMR)分布有限,无法满足闪烁全球监测需求;测地型接收机分布广泛,但从其低采样数据中提取的闪烁因子缺乏新太阳周期长时序监测数据验证,导致其闪烁监测可靠性存疑。为此,本文基于近3 a新太阳周期测地型接收机数据,以ISMR提供的闪烁因子为参考,从代表性空间天气事件闪烁响应、日闪烁发生率、闪烁持续时间概率分布、闪烁日发生规律及其随极昼、极夜、地磁指数的特征变化等方面,对比研究了两种测地型接收机电离层闪烁因子(即电离层总电子含量变化率指数ROTI和沿弧段电子含量变化率指数AATR)监测北极高纬度区域电离层闪烁的准确性,并给出了ROTI和AATR在高纬度区域判断闪烁发生的经验阈值。结果表明,ROTI和AATR均能较为准确探测到地磁扰动、太阳活动等因素驱动的区域电离层闪烁,并能有效表征电离层闪烁统计学上的日变化规律,但两种闪烁因子不能准确区分闪烁和电离层电子密度梯度变化,导致在电子密度梯度变化剧烈期间存在较高虚警。该研究成果可为准确选择区域电离层闪烁监测因子提供指导。