基于UW帧结构水声通信系统及其性能分析

设计了一种基于UW(Unique Word)帧结构的单载波频域均衡(SC-FDE)水声通信系统框架,论述了系统的基本原理。为解决帧同步过程中出现由水声多径引起的相关峰峰值分裂现象,提出一种基于UW序列的相关同步算法,使系统的同步精度显著提高。同时给出了基于UW序列的多普勒频移的估计和校正、信道估计和频域均衡算法。最后对系统的性能进行了分析。结果表明:采用相关同步算法的基于UW帧结构的单载波频域均衡水声通信系统能够显著提高在较复杂的信道条件下的帧同步精度,对水声信道中严重的多普勒频移和多径信道进行有效的估计,并能够对时变信道进行跟踪,在高信噪比下系统有较低的误码率,对水声通信有良好的应用价值。     

水声通信中的时变多普勒补偿算法研究与仿真

在水声通信中,发射机与接收机之问的相对运动产生的多普勒效应,由于其时变性常常导致补偿时的采样内插发牛错误,造成自适应均衡器的发散,使整个系统的性能严重下降.提出了一种时变多普勒补偿算法,箅法采用一种内嵌二阶锁相环的判决反馈均衡器来估计跟踪时变多普勒变化并及时更新内插采样率,而不需要单独的估计环节.并基于上述方法设计了一种时变内插滤波器来完成多普勒的补偿.基于湖试数据的仿真结果表明该系统在通信距离达到15km,相对速度从0到6m/s变化,加速度为Jm/s2时能很好的工作,并且数据率能达到4kbit/s,特别适合于水声相位相干通信的实时处理.     

水声通信自适应多普勒频移补偿仿真研究

在水声通信中,当收发双方存在一定加速度时,传统的多普勒频移补偿误差较大,影响码元同步并降低接收性能.为了补偿加速度下的多普勒频移,提出一种自适应多普勒频移补偿方法,在均衡的同时利用最大似然函数计算插值因子并对信号进行线性插值,以补偿加速度引起的每帧数据内不断变化多普勒频移.通过计算机仿真,验证了该方法的有效性,并将其与传统方法进行了性能对比.由于不需要加入专用的数据用来检测多普勒频移,所以还可以提高一定的频带利用率或功率利用率.     

OFDM水下通信系统信道估计插值算法性能分析

在正交频分复用(OFDM)水下通信系统中,信道估计作为一项关键技术直接影响着系统的性能.研究基于导频信息的线性插值、二阶多项式插值、三次样条插值等信道估计插值算法,应用Matlab仿真给出它们的性能比较,得出不同插值算法下OFDM系统误比特率(BER)和信噪比(SNR)之间的变化关系,以及在不同导频间隔和不同多普勒频移条件下的误比特率曲线图,从而为更好的设计导频间隔,进行水声信道估计提供有力的参考.     

基于改进Fitz算法的多普勒频移估计方法的研究

多普勒频移问题是高速铁路GSM-R无线通信系统需要解决的难点之一,传统的数据辅助算法虽然精度高,但频移估计范围小,在频移估计范围和频移估计精度两者之间很难达到合理平衡;针对高速铁路特殊场景,文章在改进Fitz算法的基础上,采用一种联合估计方法来进行频移估计;首先由车载信息预先估算出频移,并且进行补偿,再利用改进Fitz算法进行第二次频移估计计算;通过Matlab对联合估计方法进行仿真分析,结果表明该方法在增大了估计范围的同时,提高了估计精度,并且运算复杂度低。     

基于Zoom-FFT技术的铁路移频信号检测系统设计

为精准检测轨道移频信号的特征参数值,实现列车通信数据的实时稳定传输,设计基于Zoom-FFT技术的铁路移频信号检测系统;以AD转换电路作为核心电子输出装置,借助DSP移频芯片、信号传感单元对于列车通信数据的聚拢调节作用,在LCD屏幕内生成即时性铁路移频信号显示文件,再联合微处理接收元件,实现对信号特征参量的精准获取,完成检测系统的硬件结构设计;在此基础上根据信号数据的瞬时输出频率,确定标准的模态移频函数,完成基于Zoom-FFT技术的铁路移频信号频率分析;设置数据采集、移频滤波、WIFI通信三类程序型算法,建立信号数据库与核心检测主机间的物理连接,实现系统检测软件及应用主程序建立,结合以上所有软、硬件执行结构,完成基于Zoom-FFT技术的铁路移频信号检测系统设计;对比实验结果显示,应用新型检测系统后,低频、高频轨道移频信号的检测精度均出现明显提升,解决了原有检测系统支持下,列车通信数据实时传输稳定性较差的问题。     

基于AR模型的多普勒散射计回波功率谱估计

当采样点数少或流速较小时,采用周期图法估计的多普勒散射计(Doppler scatterometer, DopSCAT)回波功率谱分辨率低,多普勒频移提取精度低。对此,提出了一种基于自回归(autoregressive, AR)模型的DopSCAT回波功率谱估计方法。该方法为DopSCAT回波信号建立含有未知参数的AR模型,采用赤池信息量准则自适应确定模型的最优阶数;对定阶后的AR模型采用Burg算法计算模型参数,利用得到的AR模型估计回波功率谱;对功率谱进行峰值检测提取多普勒频移计算径向流,采用两个观测方位向的径向流合成得到海面流场。利用OSCAR海流数据进行了回波功率谱估计与海流反演实验。分析结果表明,与周期图法相比,该方法能够显著提高回波功率谱分辨率和多普勒频移的提取精度,进而提高了海流的反演精度。     

水声跳频信号源的硬件平台技术研究

构建了一种基于单片机89C52和DDS芯片AD9831产生水声跳频通信信号的硬件平台。研究了水声跳频图案与混沌跳频序列的特点、跳频通信的数据帧结构,并将跳频编码与FSK调制算法付诸于硬件平台中实现,发射的跳频信号可以控制接收装置的工作状态,外场水库的水声通信试验结果验证了硬件方案的可行性。     

OFDM移动接收中的迭代干扰消除

针对正交频分复用系统在高速移动接收中存在快变衰落信道难以估计、子载波间干扰(ICI)过大的问题,提出基于迭代结构的信道估计算法和ICI消除算法。利用信道解码器输出判决信息,通过离散傅里叶变换实现信道估计,并对时变信道进行线性近似,以较低的计算复杂度消除子载波间的干扰。仿真结果表明,该方法可以对抗10%~15%的归一化多普勒频移。     

一种衰落信道下MFSK信号符号速率估计算法

在短波通信中,MFSK是一种常见的调制方式,其符号速率估计对非合作接收方有重要意义, 而短波信道干扰常对符号率估计造成影响。本文通过分析信道干扰对信号传输的影响,提出 一种衰落信道下MFSK信号符号速率估计算法,该算法通过小波脊线提取、小波脊线滤波、过 零点间隔聚类等方法,能有效地克服短波信道中多径效应和多普勒频移对符号速率估计的影 响。仿真实验结果表明,本文算法在低信噪比、加入多普勒频移和多径效应等信道条件下仍 具有较高的估计精度,可用于实际工程。     

超宽带系统非理想因素的联合估计算法

分析基于正交频分复用调制技术的超宽带无线通信系统中物理层受到的模拟前端非理想因素,提出一种联合估计算法。该联合估计算法能在存在频率相关性I/Q失配的情形下准确获得载波频率偏差和采样频率偏差的估计,并获得频率相关性I/Q失配和信道冲击响应的联合估计信息。系统仿真证明,该计算法能较好地适用于多载波正交频分复用超宽带系统。     

改进的基于DFT的OFDM系统信道估计算法

在正交频分复用（OFDM）系统中,针对常用的信道估计算法不能有效地抑制信道冲激响应中循环前缀长度内噪声的不足,提出了一种改进的基于离散傅里叶变换（DFT）的信道估计算法。该算法是一个多次迭代的过程,通过最小二乘算法获得导频位置处的信道频域响应,经过逆傅里叶变换后,利用时域内引入的能量增长速率函数来判断信道冲激响应分布情况,以便对其进行消噪处理,最后通过多次迭代进一步抑制子载波间干扰和加性高斯白噪声。仿真结果表明,无论在多普勒频移较小还是较大的情况下,该算法的估计性能均优于最小二乘（LS）信道估计算法、传统基于DFT的信道估计算法和基于阈值的信道估计算法。在系统误比特率为[10-2]时,改进的基于DFT的信道估计算法比其他算法有3~5 dB的性能增益。     

一种基于MIMO的时延估计算法

在城市峡谷和室内环境中,信号在传输过程中受多径衰落和非视距的影响,导致长期演进(LTE)系统的时延参数无法精确估计。针对该问题,提出一种基于多输入多输出(MIMO)的LTE时延参数估计算法。采用具有良好自相关特性的主同步信号作为参考信号,利用MIMO发射分集和最大比合并接收技术降低信号传输过程中的误码率,通过参考信号与接收信号进行互相关处理,获得时延估计。仿真结果表明,当累积分布概率为90%时,该算法的时延参数估计误差比参考算法提高了大约5个最小采样间隔。     

Massive MIMO系统基于子空间的半盲信道估计

针对大规模MIMO系统中存在的导频污染问题,结合目前研究的基于奇异值（SVD）分解的信道估计算法,在考虑到该算法中的协方差矩阵是用有限的样本数据代替真实数据必然存在偏差的问题,给出了一种联合ILSP（Iterative Least Square with Projection）的基于SVD的半盲信道估计算法。仿真结果表明改进后的信道估计算法能够有效减小已有算法中存在的偏差问题,提高信道估计精确度,有效减轻导频污染给大规模MIMO系统带来的影响,从而实现大规模MIMO系统性能的提升。     

α稳定分布噪声下的空间时频DOA估计

当信号中存在α稳定分布噪声时,传统空间时频多重信号分类(STF-MUSIC)算法的空间波达方向(DOA)估计性能会降低甚至失效。为此,利用分数低阶矩(FLOM)代替二阶协方差矩阵,定义分数低阶矩空间时频分布矩阵(FLOM-STFDM)。对FLOM-STFDM进行特征分解,得到适用于稳定分布噪声环境的空间时频TF-FLOM-MUSIC算法,分析该算法的信噪比及误差估计,并给出算法实现步骤。仿真结果表明,TF-FLOM-MUSIC算法可有效降低DOA估计的均方误差,提高估计的分辨率和平滑性。     

OFDM水声通信降低限幅噪声的改进算法

为了降低正交频分复用（OFDM）水声（UWA）通信系统的峰均比（PAPR）,使放大器能工作在线性有效区,传统的限幅方法通常会引入较大的限幅噪声。针对这一问题,提出了一种低复杂度的降低限幅噪声的算法。该算法采用不同的限幅门限对不同的信号幅度作限幅处理,同时将处理结果以限幅向量的形式传送至接收端,以准确恢复相应被限数据的原始幅度,从而降低限幅噪声。通过理论分析和计算机仿真,结果表明该算法在少量增加系统运算复杂度的前提下,能使线性放大器工作在有效范围内,而且能够有效抑制系统的限幅噪声。     

OFDM系统中同步偏差的联合估计算法

研究基于IEEE 802.11a的正交频分复用(OFDM)系统,分析同步偏差对该系统的影响,提出一种联合估计算法。利用导频序列估计频域中OFDM系统的同步偏差,包括符号定时偏差、载波频率偏差和采样时钟频率偏差。仿真结果证明,该算法的误包率较低,能较好地应用于OFDM系统。     

基于稀疏信道估计的SC-FDE水声通信

针对水声信道时域冲激响应的稀疏特性,提出基于稀疏信道估计的单载波频域均衡（SC-FDE）水声通信方法。该方法利用匹配跟踪思想,在发射信号矩阵列向量构成的字典中,选择使残余向量投影值最大的列向量去近似拟合接收信号,从而得到水声信道的时域冲激响应,然后通过时-频变换来进行频域均衡。仿真结果表明：该方法可以准确估计出水声信道,其信道估计精度和误码率性能都优于传统的SC-FDE水声通信方法。     

宽带系统中载波频偏与采样频偏的联合估计

提出一种针对多波带正交频分复用系统中载波频偏与采样频偏的联合估计算法。为了在频偏较小时获得对噪声干扰足够的鲁棒性,用预偏转技术把频偏预旋转到一个较大的值作估计。该算法在频域处理3个连续相同的前导符,它对频率相关性I/Q失配和频率无关性I/Q失配都具有很好的鲁棒性。基于多波带正交频分复用超宽带无线传输系统的仿真结果,验证了提出的载波频偏和采样频偏联合估计算法的有效性。     

室内可见光通信盲均衡技术研究

为了降低室内可见光通信的误码率和由于多径效应导致的码间串扰,提高系统的传输特性,研究了可见光通信系统的盲均衡算法。对室内可见光通信（Visible Light Communication,VLC）系统信道进行了建模分析,利用一种改进的冲激响应算法推导计算了室内可见光通信的冲激响应。针对最小均方算法（Least Mean Square,LMS）等需要训练序列、占用信道带宽的缺点,提出了一种基于Sigmoid函数的变步长恒模（Covariance Matrix Adaptation,CMA）盲均衡算法补偿信道损耗。实验结果显示：采用了改进的CMA算法后,系统的收敛速度更快,收敛后的稳态误差减小,均衡器对系统的跟踪效果优良,通信系统的误码率也大大下降,抗噪声能力显著提高,可以有效地改善室内VLC系统的码间串扰问题。