融合卫星姿态的星地信道建模及硬件模拟

针对传统星地信道模型及其硬件模拟方法没有考虑卫星姿态对信道特性影响的问题,本文基于几何地理随机模型(Geometry-based Stochastic Model,GBSM)框架,提出了一种融合卫星姿态的星地信道模型。该模型通过构建四个独立的坐标系并引入姿态修正矩阵,来描述卫星姿态变化对星地信道特性造成的影响。在此基础上,本文基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA),设计并研制了一种星地信道硬件模拟器。硬件模拟器采用差分迭代的算法来生成信道衰落因子,可以极大提高硬件模拟的实时性,确保生成的衰落数据与实际场景相匹配。同时,还采用了并行处理架构,可以支持最大640 MHz带宽的星地信道模拟。为了将衰落数据与并行架构相匹配,引入了并行内插算法,可以将串行的衰落数据内插成同速率的多路并行衰落数据。此外,为了能够精准控制硬件装置输出信号的功率,设计了基于预训练的功率校正方法。通过内部校正源信号预先训练出整个模拟过程给信号带来的增益再进行功率补偿,从而保证输出信号的功率可以被精准控制。最后,在典型场景下开展仿真模拟,导出硬件模拟器的输出结果并分析其统计特性,结果表明实测输出的概率密度函数(Probability Density Function,PDF)和多普勒功率谱密度(Doppler Power Spectral Density,DPSD)与理论值吻合,证明本文设计的硬件模拟器可以准确地复现实际场景下卫星姿态发生变化的星地信道。本文提出的融合卫星姿态的星地信道模型以及研制的硬件模拟器很好地解决了传统模型以及硬件模拟方法的局限性,在卫星通信系统的优化、评估和验证环节具有极大的潜在价值。

时间演进非平稳莱斯衰落信道建模及产生方法

针对基站-移动台之间的动态传播场景,构建一个时间演进的非平稳莱斯衰落信道模型,提出了一种基于线性调频信号叠加的产生方法,并给出模型参数的计算及更新算法.实验表明,该方法不仅可以保证衰落信道状态的平滑切换及衰落信道幅值和相位的连续性,还能复现衰落信道的非平稳特性,从而保证信道模型输出的时变包络分布和时变多普勒功率谱与期望值一致.该方法可用于时变场景下移动通信系统的性能评估和验证.

直接序列扩频水声通信中的自适应多普勒补偿方法

当直接序列扩频水声通信的收发机存在相对运动时必须对接收信号进行多普勒补偿,但现有补偿方法在频率扩展信道中存在多普勒残留,使系统性能下降。文章提出了一种针对直接序列扩频的每路径自适应多普勒补偿方法,此方法通过解算互模糊度函数获取信道中各路径的时延与多普勒因子,并采用多相滤波器内插方法分别对各路径到达信号实现符号级自适应多普勒补偿,同时借助RAKE接收机将各路径信号的解调结果作为时间分集进行合并。在双扩展水声信道中的仿真分析表明,该方法提高了输出信噪比和信号畸变比,具有更好的时变跟踪性能。

超声多普勒流量信号的多声道互相关检测方法

针对低流速下的液体超声多普勒流量信号微弱杂乱、难以测量的问题,提出一种使用多个接收通道采集数据、进行多重互相关运算的处理方法,可以在不改变有用信号特征的前提下滤除噪声干扰,提取有用信号。首先利用FFT谱分析方法测得当前信号的频率范围,然后以合适的时间间隔在多个通道上同时进行数据采集,最后采用多重互相关的方法对数据处理提升信号的信噪比,达到弱信号提取的目的。经仿真和实验验证:在多通道上采集超声多普勒流量信号,使用多重互相关函数的数据处理方法能有效地提高弱强度信号在强背景噪声中的信噪比,对提升和改进超声波多普勒流量计的性能有良好效果,有效扩展测量下限。

利用帧头扩展扩频系统多普勒容限的方法

由于伪随机序列具有多普勒频移敏感特性,所以扩频接收机需要在频域和时域同时进行捕获。为缩短捕获时间,可在数据解调支路采用并行多通道进行叉—点积法进行频率估计,但传统的叉—点积法鉴频范围仅为数据速率的1/4,多普勒容限较小。为此,提出了一种利用数据帧头避免叉—点积方法中频率符号反转的方法,可以将数据解调支路多普勒容限扩大一倍。

室内宽带多输入多输出抽头时延线新模型研究

根据室内无线电波传播规律和实测数据,研究建立了一个新的抽头时延线模型,该模型可以简单有效地估计视距和非视距路径下室内平均功率时延谱,并与实验结果一致.在广义平稳非相关散射信道前提下,通过分析抽头时延模型频率相关系数、抽头系数分布和相关性、抽头多普勒频谱等特性参数,给出了评估抽头时延线模型的新方法.文中建立的信道模型和参数,对于室内多输入多输出无线信道模拟仿真有较为重要的意义.

高速移动车车信道建模与系统仿真

高速移动的车载环境与传统蜂窝网的无线传输环境相比,主要的不同点在于存在很大的多普勒频移,并且无线电波传输环境、传输路径是不同的,成为智能交通领域影响通信性能的因素。为此提出了嵌入式抽头延迟线模型,采用傅里叶反变换的方法实现符合不同多普勒功率谱密度的瑞利或莱斯分布衰落,用简单抽头延迟线方法拟合每个抽头,最后采用嵌入式抽头延迟线模型实现三种车车信道。通过MATLAB软件完成了三种VTV信道的建模,仿真结果可以反映信道的高速移动性。基于IEEE 802.11p协议搭建了系统仿真环境,仿真结果表明,高速公路相向行驶信道为最恶劣信道,系统误比特率最高,并且误比特率随着数据包长度的增加而增加。

一类高斯色噪声信号的谱特性与生成

仿真无线时变信道的衰落特性常常需要具有一定功率谱形状的色高斯噪声信号。本文推导了无线信道快衰落特性的功率谱及其受限功率谱,分析了宽带高斯过程的谱特性和时间相关性,同时考察了具有高斯功率谱形状的信道阴影慢衰落的特性。通过有限正弦信号叠加近似生成了宽带色高斯噪声信号,确定了正弦分量的多普勒频率和多普勒系数。

短波信道多普勒扩展仿真与实现

针对直接FIR滤波和多级内插滤波生成衰落因子的算法中存在算法复杂度高、计算效率低、存储空间大等问题,文章研究了一种多级迭代滤波的算法,以降低算法复杂度和减少存储空间,实时生成衰落因子;并进行了算法的复杂度分析和仿真实现,验证了算法的有效性。

高动态突发扩频通信中伪码和多普勒频移的快速捕获

在高动态突发扩频通信系统中,要求接收机在很短时间内实现伪码和多普勒频移的快速捕获。目标的高速运动使接收机基带信号中存在较大的多普勒频移。针对伪随机序列相关峰的多普勒频移敏感特性,分析了多普勒频移对伪码捕获和数据解调的影响,提出了采用单通道匹配滤波进行伪码捕获,采用三通道并行相关器搜索多普勒频移的接收机捕获方案。该方案可有效减少硬件资源消耗,同时缩短捕获时间。

C-V2X系统中动态信道预测的R-ATB算法

在智能交通系统中,由于车辆节点高速运动,且速度、方向等状态频繁发生变化,造成了车联网无线信道的时变衰落.针对目前所采用的自适应交通信标ATB(adaptive traffic beacons)预测算法过程较为复杂、使用信道质量评估指标较多的问题,提出了新型的R-ATB预测算法.根据节点运动的多普勒频移程度,计算对应的相关时间参数RT(relevant time),给出R-ATB算法.通过OMNET++通用网络平台的条件设定与系统建模,对相关信道预测算法下的PDR(package delivery rate)与时延参数进行分析与评估.结果表明:与静态信标和传统ATB算法相比,R-ATB预测算法使用较少的实时评价指标量与较小的预测过程计算量,降低了IoV的通信信道拥塞,在典型高密度OBUs数据交互场景下,安全信标的传播及时性和高速数据的传输成功率PDR都有所提高.

基于正弦波叠加的短波信道仿真方法

在短波信道建模中,通常采用对高斯白噪声滤波来仿真多普勒扩展效应,这些模型的时域相关值与理论值相差较大。为克服这些缺点,提出了一种基于正弦波叠加的方法来实现短波信道中特定多普勒谱的Rayle igh衰落因子。推导了由Lorentzian型多普勒谱得到正弦波的频率和加权系数的四种不同方法的计算式。采用时域相关值的均方误差作为性能评价函数,计算机仿真结果表明模型在时域相关上与理论值非常接近。

基于FDTD方法的无线信道衰落特性模拟研究

为了表述无线信道衰落的时变及远区分布特性,提出了利用时域有限差分(FDTD)方法研究由多径效应引起的时变无线信道衰落的方法。在此将无线信道的衰落建模为随机过程,而不是通常的确定性随机变量。首先基于Clarke统计模型,利用FDTD方法研究了时变无线信道的小尺度平坦衰落特征;然后利用Monte Carlo方法和FDTD方法产生了具有信道多普勒功率谱特性的色高斯随机过程,再基于无线信道的时变统计特性建模,用Suzuki模型研究了时变无线信道的快衰落;最后将无线信道衰落特性分布和理论分布做了比较,验证了方法的有效性。

空地通信信道模拟器的研究与设计

空地通信信道仿真是通信系统仿真的一个重要方面。在研究接收信号包络分布和多普勒功率谱的基础上,综合分析路径损耗、信道时延、多径衰落和信道噪声对信道的影响,对静止信道和移动信道,分别提出了信道模拟器的设计方案,并通过计算机仿真验证了设计方案的可行性和合理性。

时变多普勒衰落信道硬件模拟的FPGA实现

针对不同散射环境下衰落信道具有不同的多普勒功率谱形状,提出了一种改进的复谐波叠加模型用于时变多普勒衰落信道的模拟,仿真分析了该方法输出信道衰落的幅值及相位连续性,并据此设计了基于FPGA硬件平台的时变多普勒衰落信道模拟器。硬件实测结果表明,该模拟器输出的时变多普勒功率谱与理论仿真非常吻合,可用于实际中多普勒功率谱实时变化场景的模拟。

基于多普勒谱优化的HRWS SAR系统通道相位偏差估计算法

方位多通道SAR系统通过抑制多普勒模糊,能够实现高分辨率和宽测绘带(HRWS)对地观测。针对通道间幅相偏差会导致成像结果中出现目标模糊分量的问题,该文提出一种通道相位偏差估计算法。该算法利用通道间相位偏差会造成多通道重构方位谱在主瓣内展宽的特性,通过优化多谱勒谱能够实现通道相位偏差的有效估计。该算法在通道相位偏差估计前不需要进行多普勒中心估计,减小了由多普勒中心估计不准引入的误差,并且在低信噪比的情况下仍然具有良好的估计性能。基于仿真数据和实测数据的实验验证了该文算法的有效性。

移动通信信道仿真器的FPGA设计与实现

本文介绍了一种信道仿真器的FPGA硬件设计与实现,该仿真器模拟了移动通信信道的基本性质,包括多径Rayleigh衰落效应、多普勒效应。重点分析了信道仿真器实现中的主要关键技术,包括高斯噪声源的产生、多普勒滤波器的设计以及多径衰落信道在FPGA硬件电路中的实时处理。

大频偏卫星扩频信号的基带处理算法的FPGA实现

多普勒频偏一直是卫星通信中不可忽视的消极因素。针对多路混叠的卫星扩频信号下变频以后所产生的大多普勒频偏,在匹配滤波结构中采取改进的部分相关算法,在基于并行导频的信道估计中根据信道状况改变估计长度,实现了大频偏下卫星扩频信号的基带处理。

非平稳信道衰落FPGA实时模拟方法

针对由于收发端的高速移动导致信道衰落呈现的非平稳特性,提出了一种基于线性调频信号叠加的非平稳信道衰落产生方法,并对输出信道衰落的幅值分布和平均增益进行了详细分析,据此设计了基于FPGA硬件平台的非平稳信道衰落模拟器,实测结果表明,该模拟器输出信道衰落分布、自相关函数和多普勒功率谱等均与理论结果非常吻合,可应用于针对非平稳散射环境下的下一代无线通信系统性能测试和验证。

移动通信Rician信道中的多普勒影响分析

在研究分析了陆地移动通信Rician多径信道中因存在较强支配路径信号入射以及入射路径空间位置发生变化对Doppler频谱密度所产生影响的基础上 ,指出在实际无线传播环境中的一般性Doppler频谱密度通常应为非对称的 。