一种基于多频带PSWFs组合的CUWB自适应脉冲波形设计

本文简述了认知超宽带(CUWB)系统的工作原理,并从自适应频谱环境和兼容FCC频谱模板的角度出发,建立了基于频谱感知来动态构建CUWB系统自适应辐射掩蔽的机制。然后,利用PSWFs函数的特性,提出了一种基于多频带的回转椭球波函数(PSWFs)基的加权线性组合来设计CUWB自适应脉冲波形的算法。仿真结果表明,该算法所产生的脉冲波形不仅能满足CUWB系统频谱模板的要求,而且能自适应模板的动态变化。

基于盲超分辨的超大规模MIMO-OFDM信道与感知参数联合估计

面向未来6G网络,ISAC与XL-MIMO技术有机结合、共同演进,有望进一步提升ISAC性能。然而,XL-MIMO-ISAC中部署大量天线会产生近场效应,为准确获取CSI和目标参数信息带来关键挑战。为此,采用线性修改的原子范数最小化方法,建模毫米波通信信道和感知阵列响应这两种盲源之间极坐标域的子空间一致关联,并提出了一种基于盲超分辨技术的CSI与感知参数并行估计方案,以避免从叠加信号中串行估计通信信道与目标参数信息造成误差传播。将联合盲源估计建模为非完全观测条件下的低秩矩阵重构问题,并引入PSWF将问题转化为SDP。仿真结果验证了提出的算法在CSI精度和目标参数分辨率方面的有效性。

高斯白噪声对PSWFs信号时频分布影响研究

文中引入STFT和WVD两种时频分析方法,重点分析了高斯白噪声时频域统计特性、其对PSWFs信号时频分布的影响。理论与数值分析发现,高斯白噪声经两种时频变换后,其均值和方差均为常数,噪声能量随机平铺在整个时频域上。当噪声平均功率较小时,在两种时频域上噪声方差较为接近,随着噪声平均功率增加,在WVD时频域上噪声方差呈几何增长,加重对PSWFs信号时频分布的影响。相对于WVD,STFT能够较好地平滑高斯白噪声,降低高斯白噪声对PSWFs信号时频分布的影响。同时,对于相同阶数的PSWFs信号,随着时间带宽积的增加,信号能量聚集性不断提高,其在时频域的能量峰值增加,高斯白噪声对其影响程度不断减小。大时间带宽积和低阶PSWFs信号在噪声中更容易识别和检测。在这为下一步探索PSWFs信号时频检测的边界条件,设计新的PSWFs信号时频检测方法提供了理论依据。

PSWFs信号时频域能量分布特性与正交性研究

建立了PSWFs信号时频域能量分布特性与信号时域、频域能量分布特性间的联系,采用STFT,ST,WVD三种时频分析方法分析PSWFs信号时频分布特性,重点研究了PSWFs信号在不同时频分析方法下,时频域能量分布呈现的共性和差异,旨在确定适合用于PSWFs信号时频检测的时频分析方法。理论和仿真分析表明,PSWFs信号在时频域具有良好的能量聚集性和对称性,且其时频分布特性与信号时间带宽积和阶数密切相关。此外,通过对比分析不同时频分析方法在时频域正交性和特征提取两方面的差异,发现STFT能够更好地保持PSWFs信号间正交性;WVD能够更好地保持PSWFs信号的能量聚集度。这为下一步探索研究基于PSWFs信号时频分布特性的时频检测方法,进一步提升PSWFs信号检测性能提供了理论依据。

多载波PSWFs-CPM联合调制信号设计与分析

连续相位调制(continuous phase modulation,CPM)信号具有恒包络、较高功率效率等优势,基于椭圆球面波函数(prolate spheroidal wave functions,PSWFs)信号多载波调制解调系统具有较高频带利用率。结合CPM技术和基于PSWFs信号的多载波调制方法,提出一种基于PSWFs信号的多载波调制与CPM联合调制信号(multi-carriers modulation based on PSWFs with CPM,MCM-PSWFs-CPM)模型,对该信号的功率谱特性、峰均功率比、误码率性能等进行了分析。仿真结果表明,相比现有基于PSWFs的多载波调制解调系统,该模型所得信号功率谱带外衰减可以相对较快,当载波数为64、互补累计分布函数(complementary cumulative distribution function,CCDF)为10-3时,可有效降低峰均功率比值约2.70dB,采用多符号周期检测方法,可以获得较好的解调增益,且符号数越大,检测性能越好,但是检测复杂度也会相应增加。

基于导频的PSWFs通信系统信道估计方法研究

针对基于椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)的非正弦通信系统在双选择信道下,系统误码性能较低的不足,基于PSWFs多频率分量的特点,提出了基于导频的PSWFs通信系统信道估计方法。首先,结合相同参数PSWFs信号占用相同时宽、带宽的特点,分析了双选择信道对PSWFs调制信号的影响,并给出了基于一点导频图和梳状导频图的2种PSWFs信号导频设计方案。进而,给出了基于PSWFs的最小二乘估计(Least Square Estimation,LS)、最小均方误差估计(Minimum Mean Square Error Estimation,MMSE)2种信道估计算法;最后,对比分析了2种导频设计方案的系统误码性能。理论与数值分析表明,在双选择信道下,基于导频的PSWFs信道估计方法,能够有效提升系统的误码性能,其中,梳状导频图能够更为有效地跟踪信道特性的变化,误码性能最好;一点导频图所需导频符号最少,信噪比损失最小。通过以上研究分析,为PSWFs在移动通信中的应用提供理论参考和依据。

一种基于多窗宽度STFT的PSWFs信号时频分析方法

固定窗宽度的短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform,STFT)时频分辨率是固定的,难以对频率时变的椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)信号的时频分布特性进行全面分析。剖析了窗宽度对不同参数PSWFs信号STFT时频分布的影响,并提出了一种基于多窗宽度STFT的PSWFs信号时频分析方法。该方法基于PSWFs信号阶数、时间带宽积,计算PSWFs信号时域、频域零点间距离,根据零点间距离与STFT时频分辨率的关系,选取多个STFT窗宽度分别对PSWFs信号整体时频分布范围、时间轴方向的时频特征以及频率轴方向的时频特征进行分析。数值分析表明,相对于固定窗宽度的STFT,该方法兼顾时间分辨率与频率分辨率,能够更为全面地分析PSWFs信号整体时频分布范围情况以及时间轴方向与频率轴方向的时频特征情况。

基于PSWFs的非正弦通信系统正交多址接入技术研究

针对椭圆球面波函数(PSWFs)非正弦通信系统多个用户如何共享时频资源进行通信的问题,展开基于PSWFs的非正弦通信系统正交多址接入技术研究。首先,基于PSWFs的信号特性,提出了PSWFs非正弦通信系统频分多址(PSWFs-FDMA)、时分多址(PSWFs-TDMA)和阶分多址接入(PSWFs-ODMA)方法。其次,与循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)对比分析了调制信号的能量聚集性、频谱效率和相邻子波带间的干扰,证明所提正交多址技术的可行性。最后,在双选择信道下,将PSWFs-TDMA/FDMA、PSWFs-ODMA与CP-OFDM对比分析了系统吞吐量,与正交频分多址接入(OFDMA)对比了不同接入方式的误码性能。理论与仿真分析表明,PSWFs非正弦通信系统正交多址能够比CP-OFDM通信系统提高约1.4倍的系统吞吐量。在多径信道下,PSWFs-ODMA增加时宽情况下的误码性能最好;在双选择信道,多普勒频移较小的中低速场景下,PSWFs-TDMA/FDMA的误码性能比OFDMA要好。

一种基于半符号的PSWFs调制信号PAPR抑制方法

针对椭圆球面波(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)调制信号峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)较高,易受信道非线性特性影响这一问题,文章引入半符号的思想,针对仅传输半个周期的奇对称、偶对称信号,降低并行传输信号路数,提出了一种基于半符号PSWFs调制信号PAPR抑制方法。该方法在发射端仅传输部分波形,用以降低调制信号PAPR;在接收端,利用函数良好的奇偶对称性,对信号进行恢复。理论与仿真分析结果表明,所提方法在未明显降低系统误码性能的前提下,能够有效降低椭圆球面波调制信号峰均功率比。

基于长椭球面波函数去卷积方法的高动态范围太阳射电成像

利用综合孔径射电望远镜对太阳进行观测时,通过对图像中存在的明亮扩展源进行准确建模并移除,可以更好地观测视场内的微弱源并提高图像的动态范围。在射电天文领域,主要利用CLEAN算法对图像中的明亮源进行移除,以显示微弱的背景。然而,使用图像像素作为基函数的CLEAN算法的固有限制导致其对扩展源的建模效果较差。为了克服这种限制,将基于长椭球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWF)的去卷积方法应用于太阳射电成像。PSWF最优正交基由脏图中的感兴趣区域(Region of Interest,ROI)和UV覆盖共同决定。为了验证该方法的有效性,基于PSWF正交基对均匀圆环阵观测的太阳射电图像进行去卷积,并从动态范围和保真度两个方面定量化对比了CLEAN算法和基于PSWF正交基方法的性能。基于PSWF正交基去卷积方法剩余脏图中的微弱源更接近真实情况且动态范围更高。

一种新的椭圆球面波信号时频域滤波方法

针对如何在时频域降低干扰噪声对椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)信号时频域分布特性的影响,引入精细滤波,提出了1种新的椭圆球面波信号时频域滤波方法。仿真结果表明,所提方法在时频域以能量峰值点为基准,构造以距离为依据的滤波算子调节参数,能够有效抑制噪声对PSWFs信号时频域分布特性的影响,提高信号局部区域的能量聚集性。

非正弦波通信时域正交椭圆球面波脉冲设计方法

针对非正弦波信号的频带传输问题,同时为了有效提高非正弦波通信系统的频带利用率及功率利用率,提出了时域正交椭圆球面波脉冲集设计方法。通过参数设置、频段划分、求解方程、Schmidt正交化等步骤设计时域正交椭圆球面波脉冲集,调整脉冲参数实现脉冲集信号的频谱搬移与频谱控制,脉冲集信号为频谱特性可控的带限信号。仿真结果表明:时域正交椭圆球面波脉冲集具有较好的能量聚集性,利用该脉冲集实现多路信息并行传输时,在保证系统具有较好的功率利用率前提下,系统的频带利用率可快速接近奈奎斯特速率。

正交椭圆球面波函数脉冲调制方法

为了提高通信系统的功率效率和频谱效率,该文提出正交椭圆球面波函数(PSWF)脉冲调制方法。该方法利用具有高能量聚集性的椭圆球面波函数作为传输波形来提高通信系统的功率效率,采用时域正交、频谱混叠或交叠的正交脉冲组传输信息,以减小信息传输带宽,提高通信系统的频谱效率。理论分析及仿真结果表明,该方法可使通信系统的单位频带利用率快速接近2 Baud/Hz,且已调信号具有较好的频域能量聚集性,不仅有利于提高系统的功率效率,还可有效减小对相邻通信用户的电磁干扰。

椭圆球面波函数的快速重构算法

椭圆球面波函数是一种极具应用前景的非正弦函数。针对现有求解算法效率低,不易硬件实现的问题,基于带通采样定理并结合椭圆球面波函数的时限带限特性,提出了一种快速重构算法并推导得出了重构函数,给出了近似解析解表达式,对比分析了算法的求解精度和计算复杂度。结果表明:该算法求解速度快、精度高、计算复杂度低,可用于任意频段上的椭圆球面波函数的数值求解。该算法更适于硬件实现。

一种椭圆球面波调制信号自适应峰均比抑制方法

该文针对椭圆球面波(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)时域正交调制信号峰均功率比过高,易受功率放大器非线性影响,造成信号失真,导致系统解调性能下降的问题,提出一种基于μ律压缩的自适应峰均比抑制方法。该方法能够根据输入信号自适应调节压缩参数,有效压缩信号峰值,降低PSWF调制信号峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR),同时保证压缩前后信号平均功率不变。理论论证和仿真结果表明,该方法能够有效抑制PSWF调制信号PAPR,当压缩参数m为1且互补累计分布函数CCDF为410-时,压缩后调制信号与原调制信号相比PAPR降低约2.1 d B;有效改善经过功放后调制信号功率谱和系统在高斯白噪声信道下的误码性能。

基于Givens旋转变换的PSWF脉冲调制信号PAPR抑制方法

针对基于椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)脉冲的调制信号峰均功率比过高的问题,该文提出一种基于Givens旋转的PSWF脉冲峰均功率比抑制方法。该方法从正交PSWF脉冲组的特征向量加权表示入手,利用Givens旋转矩阵G(i,j,q)对所有子坐标平面(i,j)进行q角度的旋转,搜寻使脉冲组PAPR(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)值最小的旋转矩阵,最后利用该矩阵对原PSWF脉冲组进行Givens变换,从而实现降低PAPR的目标。针对Givens旋转次数较多导致计算复杂度大的问题,该文提出分组flipping迭代的算法实现方案。理论证明了该变换方法能够保持脉冲组的带内能量聚集和正交性。仿真结果表明,该方法有效降低了脉冲组的PAPR,同时系统传输效率、调制信号功率谱密度与系统误码率性能均保持不变。

椭圆球面波信号间交叉项时频分布特性研究

该文引入Wigner-Ville分布中的交叉项,通过建立交叉项时频分布特性与椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)信号及其Hilbert变换信号性质之间的关系,重点研究了PSWF信号间交叉项时频分布特性与信号自身奇偶性、最佳时频能量聚集性等性质的关系,交叉项在时域、频域、时频域的能量密度分布规律。理论和仿真分析表明,PSWF信号间交叉项具有良好的对称性、时频能量聚集性。且交叉项时频分布的局部特征参量,与相互作用的PSWF信号阶数、功率谱局部能量密度峰值点个数以及位置密切相关,能够反映信号在时频域的相干程度,为下一步探索研究高效PSWF信号时频域检测方法提供参考依据。

基于PSWF的非正弦时域正交调制信号的同步方法

该文针对基于PSWF的非正弦时域正交调制信号同步困难的问题,通过分析调制信号的脉冲序列特征,提出了一种基于辅助序列的同步方法。采用Barker码调制0阶基带时限PSWF脉冲设计具有单峰值特性的辅助序列。同步捕获时,先采用滑动相关捕获法将同步大致位置快速定位于一个小的搜索区间,再采用MAX/TC算法在这个小的搜索区间内进行准确捕获并验证正确性。理论推导了AWGN条件下的同步捕获性能,仿真结果表明,该同步方法可行,且在低信噪比条件下具有较好的捕获概率。

基于PSWF的正交载波调制方法

为了提高通信系统的能效,提出了一种高效正交载波调制方法。在该方法中,基于能效优先原则,采用频谱混叠、时域正交的椭圆球面波函数(prolate spheroidal wave function,PSWF)设计基带脉冲波形,通过正交的同频载波实现载波调制。理论分析及数值仿真了该调制方法的差错性能、频域能量集中度。仿真结果表明,带内能量聚集度可达99.8%,该特性可大幅减小对相邻用户的电磁干扰,并有利于提高信号的抗干扰性能。

基于勒让德多项式的椭圆球面波脉冲设计方法

针对椭圆球面波函数(PSWF)硬件实现困难的问题,从PSWF与勒让德多项式二者微分方程定义的相似性出发,提出一种基于归一化勒让德多项式的PSWF脉冲设计方法。该方法根据所设计脉冲的时宽和时间带宽积两个参数生成对称矩阵,计算该矩阵的特征向量,得到各阶归一化勒让德多项式的系数,通过归一化勒让德多项式加权求和的方法构建PSWF脉冲。该方法可以通过改变归一化勒让德多项式的系数快速设计不同的PSWF脉冲,具有实时性好、精度可控和硬件复杂度低的优点。