QAM signal with electric field sensor based on thin-film lithium niobate [Invited]

Large-bandwidth,high-sensitivity,and large dynamic range electric field sensors are gradually replacing their traditional counterparts.The lithium-niobate-on-insulator(LNOI)material has emerged as an ideal platform for developing such devices,owing to its low optical loss,high electro-optical modulation efficiency,and significant bandwidth potential.In this paper,we propose and demonstrate an electric field sensor based on LNOI.The sensor consists of an asymmetric Mach–Zehnder interferometer(MZI)and a tapered dipole antenna array.The measured fiber-to-fiber loss is less than−6.7 dB,while the MZI structure exhibits an extinction ratio of greater than 20 dB.Moreover,64-QAM signals at 2 GHz were measured,showing an error vector magnitude(EVM)of less than 8%.

基于循环累积量的星形QAM载波盲估计

针对通信对抗和正交幅度调制(QAM)信号解调的实际应用,提出一种利用特定高阶循环累积量估计星形QAM载波的方法。由于高阶循环累积量能有效抑制平稳噪声和非平稳高斯噪声,通过理论分析可证明在上述噪声背景下,星形8、16 QAM信号的特定四阶循环累积量仅在载波位置处存在,因此可以通过检测此循环频率实现载波的估计。该算法可推广到更高阶星形QAM信号。仿真实验验证了该算法的有效性。

高阶QAM信号盲均衡算法及其FPGA实现

针对高阶QAM信号的盲均衡问题,提出一种将广义多模算法(GMMA)与判决引导(DD)算法相结合的混合型盲均衡算法GMMA-DD。该算法融合GMMA算法与DD算法的优势,采用均方误差控制2类误差信号在总误差信号中所占的比例,从而提高高阶QAM信号的盲均衡性能。为便于现场可编程门阵列(FPGA)实现,对GMMA-DD算法进行改进,以降低算法复杂度、节省硬件资源。在FPGA上采用串行结构,以流水线的方式设计并实现该算法。实验结果表明,该盲均衡器能够较好地完成对高阶QAM信号的均衡。

基于实虚型连续多值复数Hopfield神经网络的QAM盲检测

针对统计量算法盲检测QAM信号的缺陷,该文提出了一个实虚型连续多值复数Hopfield神经网络算法,该网络的实部、虚部各含一个连续多值实激活函数.该文构造了适用于该网络的能量函数,并分别在异步和同步更新模式下证明了该神经网的稳定性.当该神经网的权矩阵借助接收数据补投影算子构成时,该实虚型连续多值复数Hopfield神经网络可有效地实现QAM信号盲检测.仿真试验表明:该算法采用较短接收数据即可到达全局真解点,并且适用于含公零点信道.

频率选择性衰落信道下的星形QAM信号载波盲估计

针对通信对抗和QAM信号解调的实际应用,建立多径和频率选择性衰落信道下的QAM信号模型,提出一种利用特定高阶循环累积量估计星形QAM载波的方法。通过理论分析可证明在平稳和非平稳高斯噪声背景和衰落信道特性下,星形8、16QAM信号的特定四阶循环累积量仅在载波位置处存在,因此可通过检测此循环频率实现载波的估计。该算法可推广到更高阶星形QAM信号。仿真实验验证了该算法的有效性。

QAM信号的非数据辅助信噪比估计方法

该文利用统计量的知识,推导了QAM信号在加性高斯白噪声信道且星座任意一点的发送概率相同条件下的非数据辅助(盲)信噪比估计算法。文章以128QAM信号为例进行了具体的分析和计算机仿真,分析和仿真的结果表明该算法对实际感兴趣的信噪比范围都可进行有效估计。

一种新的适用于高阶QAM系统的均衡算法

均衡器是通信信号解调的必要部分,对系统性能有较大的影响。针对高阶QAM信号,提出了一种新的判决反馈自适应均衡算法,该均衡器的系数为实数,便于算法的实现。当使用训练序列时,该算法不仅可以消除传输系统的符号间干扰,还可以纠正小的载波频偏。与文献[4]中的均衡算法相比,提出的算法具有低的稳态误差。当应用于可等效为加性高斯噪声信道的视距传输时,该算法可以进行盲均衡处理来纠正较小的载波频偏,且收敛速度很快。理论分析和仿真结果证明了该算法的有效性。

一种QAM信号多普勒参数盲估计方法

在卫星移动通信中,卫星相对地面接收站的高速运动导致接收信号存在时变多普勒频率,给正交幅度调制(QAM)信号的载波同步带来了极大困难。现有的多普勒参数估计方法多利用导频等先验信息,适用于移相键控(PSK)信号。但在估计多普勒频率变化率时假设多普勒频率较小,不符合实际情况,且现有方法无法估计较大的多普勒频率,另外在非协作通信下先验信息难以获得。对此,本文提出了一种针对高阶QAM信号的多普勒参数盲估计方法。将信号盲去调制后,利用瞬时频率估计函数,可在较大的多普勒频率下估计出多普勒频率变化率;通过检测信号四倍频率处的循环频率,实现了多普勒频率盲估计;最后利用arg运算求出初相。详尽的Monte Carlo仿真分析了方法的估计性能,仿真结果表明,所提方法能有效实现QAM信号的多普勒参数盲估计。

突发QAM信号盲识别算法

针对非协作通信中的7种正交幅度调制(QAM)方式识别问题,提出一种新的基于联合特征的盲识别算法。该算法在对信号的循环平稳性以及QAM瞬时幅度分布特点讨论和分析基础上,采用基于循环平稳检测、四阶零次共轭循环累积量以及瞬时包络的联合特征,并选择二叉树支持向量机作为识别分类器,完成了对7种中频QAM信号的识别。仿真实验表明,该算法在码元数目为1000,信噪比大于6 dB时,正确识别率可达到90%以上。

基于FPGA的QAM信号发生器设计

在直接数字频率合成技术原理和正交幅度调制信号发生器原理的基础上,利用FPGA的DSP开发工具DSPBuilder对正交幅度调制信号发生器建模设计,对模型进行算法仿真产生QAM信号。然后利用ALTERA公司提供的Singalcompiler工具对其进行编译,产生QuartusII能够识别的VHDL源程序和ATOM网表文件,同时用ModelSim和QuartusII进行功能仿真和时序仿真,仿真结果表明设计方法的正确性和实用性。

复数离散Hopfield网络盲检测64QAM信号

针对复数多电平QAM信号的盲检测问题,该文提出了一个新的复数离散多电平Hopfield神经网络。该网络的实部、虚部各含一个多电平离散激励实函数。该文分析了经典两电平离散Hopfield神经网络能量函数的局限性,构造了一个新的复数多电平神经网的能量函数,并用此能量函数讨论了神经网的稳定性。当该神经网的权矩阵借助接收数据补投影算子构成时,该复数离散多电平Hopfield网络可有效地求解带整数约束的二次规划问题,从而实现QAM信号盲检测。仿真试验表明:该算法所需接收数据较短,就可到达全局真平衡点,计算难度大大降低,具有良好的快速性。

一种适用于高阶QAM信号的改进自恢复均衡算法

本文通过对传统的常模算法进行改进和推广,提出了一种新的常模算法。该算法结合了常模算法优势,利用判决符号的指数幂构成的加权项调整代价函数的模值。在均衡器系数迭代的过程中,可以通过选择权系数,调整MSE的估计值,达到提高算法的稳态性能的目的。理论分析和仿真结果表明,对于高阶的QAM信号来说,在相同的条件下,与常规常模算法相比,提出的算法具有更快的收敛速度和更低的稳态残差;当载波频偏较大时,与多模算法相比,提出的算法仅仅均衡信号的能量,不影响其相位,因此,更适合后端的载波同步处理,得到更好的系统性能。

高速光通信低复杂度软信息解调技术

【目的】常用的max-log-map与log-map算法相比降低了软信息计算复杂度,但对高阶正交幅度调制(QAM)资源消耗仍较大,如8QAM、16QAM概率整形(PS)和64QAM PS。【方法】8QAM采用星座区域划分的方式,文章中,软信息采用接收符号到最近比特0与比特1中垂线的距离信息表示,利用角度旋转和区域对称性简化计算距离信息;非麦克斯韦玻尔兹曼(MB)分布的16QAM PS和64QAM PS,比特1所在区域两侧边缘之间的中心界线与区域两侧比特0之间的中心界线不再重合,对区域进行合并近似,处理两界线间区域归属,展开max-log-map算法因式简化距离差计算软信息;基于MB分布的16QAM PS和64QAM PS的软信息可由非MB分布的软信息表达式化简得到。【结果】经上述简化后,与max-log-map算法相比,8QAM软信息计算乘法次数48次和加减法次数75次分别缩减为12和16次,解调性能仅退化约0.05 dB;MB分布的16QAM PS乘法次数192次和加减法次数260次分别缩减为2和4次,解调性能仅退化约0.05 dB;更高阶的64QAM PS资源消耗缩减程度更大,乘法次数1152次和加减法次数1542次分别缩减为3和6次。【结论】文章提出了适用于8QAM、MB分布的16QAM PS、MB分布的64QAM PS、非MB分布的16QAM PS和非MB分布的64QAM PS软信息计算方法。当概率满足MB分布时,非MB分布的软信息计算方法可转化为MB分布计算方法;当PS因子为0时,基于MB分布的表达式可转化为均匀分布软信息计算式,非MB分布、MB分布和均匀分布的软信息计算可使用同一电路统一设计,提高电路复用率,降低硬件资源消耗。

一种适用于QAM信号的数字载波估计算法

由于发射和接收机振荡器的不稳定或/和信道的多普勒效应,使载波同步与补偿成为QAM信号接收的关键环节。针对非协作通信中各类载波同步算法只能校正较小的频率偏移的局限,根据QAM信号的基本特点,利用传输符号的统计独立特性,提出了一种新的数字载波频率估计方法。该算法采用开环方式,不需要导频数据,可以估计较大的频率偏移;没有反馈环路,复杂度低,实现起来比较简单。同时,该算法作适当改进,可以直接用于载波的估计。计算机仿真结果表明:该算法可以较好地对各种QAM信号中存在的较大频率偏移进行估计并做补偿;适当改进后可以直接用于估计载波频率,估计效果良好有效。

基于循环统计量检测的QAM信号多普勒参数盲估计

针对动中通卫星通信系统中QAM信号多普勒参数盲估计难的问题,提出了一种基于循环统计量检测的盲估计算法。算法无需同步和匹配滤波等预处理,通过检测QAM信号四倍频偏处的循环频率来估计多普勒频偏,并利用数据分段求频率的方法计算变化率。仿真结果表明,在低信噪比的高斯噪声信道和多径衰落信道下,算法均可以准确而有效地实现QAM信号多普勒参数的盲估计。

方形QAM信号的识别算法

提出了一种识别方形QAM信号(4QAM、16QAM、64QAM和256QAM)的新方法,该方法将特征参数和信号降阶算法有效的结合。所选用的特征参数提取简单且易于实现,不受加性高斯噪声的影响;给出了该算法的理论推导,计算机仿真也表明该参数对滚降系数不敏感;选用的降阶方法不受载波相位的影响,较为实用。实验结果表明,该识别方法能够有效的识别方形QAM信号,4QAM、16QAM、64QAM和256QAM的识别率达到80%以上所需的信噪比分别为9dB、15dB、24dB和24dB。

高效QAM信号解调设备的研制

根据高效QAM信号解调设备的功能指标、技术指标要求,采用ADC、FPGA、数字信号处理、单片机和数字解调等技术,实现对高效QAM信号的有效解调,满足了高质量的军事侦察和控守能力,解决了解调入锁门限高、误码率高、解调速率不能连续可调等解调关键难题。应用表明,高效调制信号控守能力明显增强,控守时间大大延长,情报生产能力进一步提高,推广应用前景广阔。

高阶QAM信号多普勒参数联合估计算法

针对动中通卫星通信系统中QAM信号多普勒参数盲估计难的问题,提出了一种基于高阶循环累积量和相位差分的多普勒频率和变化率联合估计算法。无需定时同步和匹配滤波等预处理,通过检测QAM信号四倍频率处的循环频率来估计多普勒频率,并利用基于数据辅助的相位差分方法计算变化率。详尽的Monte Carlo仿真分析了不同信噪比、数据量的多普勒参数估计性能,结果表明,算法能有效实现高斯白噪声信道下QAM多普勒参数的联合估计。

QAM信号的波特率估计

将传统的信号处理工具———傅里叶变换与小波变换相结合,提出了一种QAM信号波特率提取的新方法。对QAM信号作2次连续小波变换,其小波变换的结果在码元跳变点处出现明显的峰值,其他处都为零。然后再作FFT,则一次谐波谱线(即第2根峰值谱线)的位置恰好位于f=fb处,因此,通过检测第2根峰值谱线位置即可估计出QAM信号的波特率。对高斯白噪声中QAM信号的波特率提取进行了仿真并给出了部分实验结果。

基于QAM星座图划分的水声信道多模算法

针对水声信道中存在较高码间干扰的问题,提出一种采用信号星座图划分的水声信道多模算法,根据水声信道中信噪比较低及QAM星座图的分布特点,进行详细的区域划分,以得到更多的信号星座点信息,对不同的区域定义了不同的模值进行均衡,能够有效降低码间干扰,纠正相位旋转,提高均衡效果。在水声信道条件下,采用QAM调制信号对算法的收敛性能和载波恢复性能进行计算机仿真,结果表明,在最小相位水声信道环境中,新算法在码间干扰性能上得到很大改善;在具有相位旋转的信道环境中,新算法实现了对相位旋转的有效补偿,提高了水声通信数据的可靠性。