UFMC系统中基于Volterra滤波器的非线性失真补偿方案

为实现通用滤波多载波(UFMC)通信系统高效、可靠的通信性能,需在最大程度上补偿由记忆型高功率放大器(HPA)引起的非线性失真.为解决HPA造成的失真问题,本文提出了一种基于Volterra滤波器的非线性失真补偿(V-NLDC)技术.该技术利用了Volterra级数的稀疏特性和能够模拟任意精度非线性系统的性质以逐次逼近的方式对信号进行预失真.将预失真后的信号传送至HPA,然后采用噪声消除器做进一步噪声消除处理,以达到更小失真度的目的.同时,本研究采用收敛速度快、性能稳定的自适应最小二乘法(RLS),可根据环境变化自适应地计算Volterra滤波器和噪声消除器的系数.通过大量蒙特卡罗仿真实验证实了所提出的非线性失真补偿技术可以很好的补偿由记忆型HPA非线性失真所造成的影响,从而优化系统性能.     

LED记忆非线性自适应预失真技术研究

发光二极管(LED)是可见光通信系统(VLC)中最主要的非线性器件,同时由于通带内非平坦的频率响应还伴随着记忆效应。LED的记忆非线性主要恶化了VLC系统的误差矢量幅度(EVM)和比特误码率(BER)。预失真技术通常被用来补偿LED的非线性,从而提高可见光通信系统的性能。现有的预失真技术都不具备自适应性并且没有考虑到LED的记忆效应。提出了一种新的预失真架构,即在发射端增加一路反馈链路来获得LED的输出信号,同时使用记忆多项式模型来自适应地训练并补偿LED的记忆非线性。仿真结果显示提出的预失真技术的BER性能优于现有的方法。     

基于卷积神经网络的SCMA-VLC接收机研究

发光二极管(LED)有限的带宽与其非线性电光转换引起的信号失真,是限制可见光通信(VLC)传输性能的重要因素.传统的消息传递算法(MPA)在稀疏码分多址(SCMA)-VLC系统中对抗信号非线性失真的能力有限.针对上述问题,文章提出了一种基于卷积神经网络(CNN)接收机,通过对接收信号进行特征提取、分类和判决,可有效提升...     

可见光通信中高功率效率和低非线性失真算法

实现高功率效率和低非线性失真是无线可见光通信系统中的关键技术之一。近年来正交频分复用(OFDM)调制技术作为一种新型的高速率传输技术被学者广泛而深入的研究。然而,OFDM系统有其固有的缺点,即高PAPR(峰均比),非线性失真和由射频损伤引起的ICI(信道干扰)。在无线可见光通信系统中可见光信号的输出功率是由LED的驱动电流产生的,驱动电流的非线性会导致传输信号存在非线性失真。文中提出一种新的降低PAPR和非线性失真的方法,还提出一种通过自适应信道估计提高SNR(信噪比)进而提高接收端性能的方法。     

OFDM系统中基于压缩感知的非线性失真恢复研究

正交频分复用系统(OFDM)的高峰均比(PAPR)问题降低了系统传输效率,增加了解调难度,使高功率放大器(HPA)满负载工作.该文针对削波与HPA引入的非线性失真问题,提出在接收端采取基于泰勒级数的预处理方式对非线性干扰进行处理,最小化信号畸变影响.在发送端通过削波降低信号的PAPR,并利用削波噪声在时域上的稀疏性特性,将传输过程作为整体考虑,最后利用正交匹配追踪算法(OMP)恢复总的非线性失真信号.仿真结果表明,该文所提方法能够有效抑制系统的干扰信号,减少了有用信号受到的非线性影响,验证了该方案的正确性.     

OFDM系统中基于压缩感知的非线性失真恢复研究

正交频分复用系统(OFDM)的高峰均比(PAPR)问题降低了系统传输效率,增加了解调难度,使高功率放大器(HPA)满负载工作。该文针对削波与HPA引入的非线性失真问题,提出在接收端采取基于泰勒级数的预处理方式对非线性干扰进行处理,最小化信号畸变影响。在发送端通过削波降低信号的PAPR,并利用削波噪声在时域上的稀疏性特性,将传输过程作为整体考虑,最后利用正交匹配追踪算法(OMP)恢复总的非线性失真信号。仿真结果表明,该文所提方法能够有效抑制系统的干扰信号,减少了有用信号受到的非线性影响,验证了该方案的正确性。     

功率放大器非线性对Chirp信号的影响 及预补偿方法研究

本文研究功率放大器非线性失真对Chirp信号幅频和相频特性的影响及预补偿方法.在雷达系统中,为了获得足够的作用距离,需要增加发射机的发射功率.对输出功率的要求越高,功率放大器(HPA)的工作点就越接近饱和区.这就使得功率放大器的输出信号产生了非线性失真.功率放大器的非线性失真直接影响了发射线性调频(Chirp)信号的质量,对后续的信号处理带来一定程度的影响.以脉冲压缩为例,分析了非线性失真对主瓣宽度和第一旁瓣抑制的恶化.提出了两种建立在直接数字合成(DDS)技术基础上的预补偿方法.通过理论分析和计算机仿真,证明了两种预补偿方法都可以有效地减小非线性失真.最后对影响两种预补偿方法性能的因素和收敛性进行了分析,对两种预补偿方法的结果进行了比较.     

自陡峭效应对相位共轭系统脉冲传输的影响

光学相位共轭(OPC)技术能够同时且高效地补偿光纤传输过程中色散及非线性效应所导致的信号失真，且该技术同脉冲调制方式无关。从理论上分析了在自陡峭效应(SS)作用下高斯脉冲信号在中距相位共轭系统中的传输演化特性，数值模拟了在其作用下超短飞秒高斯脉冲的动态传输过程，讨论了自陡峭效应对中距相位共轭系统复原性能的影响。结果表明自陡峭效应将导致高斯脉冲信号发生峰值漂移和脉冲后沿变陡，相位共轭系统不能补偿由此导致的脉冲失真和畸变。引入合适的色散可以减小这种信号失真，并使得相位共轭系统能够同时补偿由于色散、自相位调制和自陡峭效应而引起的信号失真。     

光纤通信系统中的非线性数字补偿调制研究

为了分析不同调制方式下的光纤通信系统非线性数字补偿效果,文中以具有标准单模光纤(SSMF)传输链路的间隔波分复用(WDM)光纤通信系统为基础,通过建立信号之间、信号与噪声之间相互作用引起的非线性失真数学模型,利用互信息(MI)与可达信息速率(AIR)作为多信道数字反向传播(MC-DBP)计算复杂度指标,研究了理想Nyquist间隔光纤通信系统中调制方式与MC-DBP性能的关系。实验结果表明,最大信道DBP系统的非线性失真与调制方式无关,而电子色散补偿(EDC)和部分信道DBP的非线性失真取决于调制方式。     

基于沃尔泰拉理论的集总光纤非线性噪声补偿

通过沃尔泰拉(Volterra)级数理论求得了非线性薛定谔方程(NLSE)的半解析解,在考虑光纤损耗、色散及非线性效应的情况下,推出了长距离在线级联掺铒光纤放大器(EDFA)光纤通信系统中信号和自发辐射噪声(ASE)之间耦合串扰的半解析表达式,得到了多跨距传输接收端输出信号和发射端输入信号之间的关系式.根据维纳(Wiener)滤波理论的时域滤波原理,在多跨距传输系统接收端设计了对非线性乘性噪声有滤波作用的维纳滤波器,并对预集总色散补偿、后集总色散补偿、分布链路色散补偿系统及一对三"跨距成比例平移对称的色散非线性同步补偿系统进行了仿真模拟研究.结果表明了提出的设计思路及方法的可行性,为进一步提高传输距离增大入纤功率提供了新的思路.     

基于机器学习的可见光通信信号处理研究现状

随着无线通信领域的发展,具有诸多优点的可见光通信(VLC)已经发展成为了一种具有广阔前景的通信手段。然而,可见光通信中的各种非线性效应会给其信号处理带来诸多的困难,并恶化系统的性能。机器学习在解决非线性问题方面具有很大的优势和潜力,结合机器学习算法的可见光通信技术必然具有巨大的研究价值。已有研究表明,传统的机器学习算法如K-means、DBSCAN以及支持向量机(SVM)等在预均衡、后均衡、抗系统抖动,以及相位纠正等方面均有很好的表现。而深度神经网络(DNN)则因为其强大的非线性拟合能力能够更进一步提升VLC系统的性能。对以上几种方法进行了分析和介绍,并对其在可见光通信信号处理领域的应用进行了分析与总结,希望可以为机器学习解决可见光通信方面的各种非线性问题提供参考。     

可见光无线信能同传网络中能量有效的波束赋形设计

物联网是6G的核心应用场景,然而由于射频频谱资源稀缺,为数以百亿计的物联网设备提供高质量无线覆盖服务面临挑战。可见光通信(Visible Light Communication, VLC)作为射频通信的补充,提供了丰富的高频频谱资源。该文研究多用户VLC无线信能同传网络的可达能量效率(Energy Efficiency, EE)性能界,即在用户信息和能量需求、避免LED谐波失真以及VLC发射机总功率约束下最大化EE。为求解所考虑的问题,结合Dinkelbach方法和连续凸近似方法构建迭代算法优化波束赋形向量和直流偏置。从理论上证明了所提算法的收敛性,并讨论了避免LED谐波失真的工作条件对EE的影响。仿真结果验证了所提方法的有效性,分析了信息需求、能量需求和VLC发射机总功率对EE的影响规律,并讨论了LED视野对EE和VLC信号传播的影响。     

基于双重调制技术的可见光通信系统研究

LED调制带宽制约着可见光通信(VLC) 系统的数据传输速率。为此,提出一种基于双重调制技术COB(chip on board)封装 的LED灯具,通过实现16级脉冲振幅 调制(PAM),将系统数据传输速率提升4倍;结合脉冲宽度调制(PWM)技术 进行调光,同时兼顾室内的照明及通信。采用Matlab软件模拟仿真视频传输试 验。结果表明,在相同信噪比(SNR)的情况下,基于双重 调制技术的VLC系统的误码率(BER)比传统使用开关键控(OOK)调控技术系 统的BER更低。本文系统在不增加器件带宽前提下,成倍提高了无线通信的 质量与 数据传输速率;从照明与通信的角度优化了VLC系统的信源,具有广阔的 应用前景。     

光子辅助压缩感知技术关键问题研究

为了保证光子辅助压缩感知系统在获取宽带信号的过程中,测量矩阵保持零均值,采用基于马赫-曾德尔调制器的并行结构,以实现待处理信号与零均值随机序列的混频;同时采用数字域后补偿的方式,改善了强度调制器非线性对系统恢复效果的负面影响,在一定范围内提升了系统的恢复效果。结果表明,改进后的光子辅助压缩感知结构在获取宽带射频稀疏信号时,具有更好的恢复效果。     

基于无线可见光通信的双向语音对讲系统

设计并实现了基于无线可见光通信(VLC)的双向语 音对讲系统。上下行链路均使用普通的1W发光二极管(LED)手电筒作为发射端光源, 同时实现语音传输和照明功能。系统采用开关键控-非归零码(OOK-NRZ)调制方式,在测 试LED的光电特性后,设计了LED 驱动电路和接收电路;使用单片机控制音频编解码芯片实现语音信号的采集、处理和传输, 通过异步收发传输接口(UART) 进行数据传输,实现了最远通信距离为40m、最高传输速率为2.5Mbit/s的全双工实时语音 对讲。本文系统实现复杂度低、成 本低和功耗小,并可应用于其他数据传输场合,具有良好的实用性和广泛的适用性。     

基于SVM的广义空移键控可见光通信系统信号检测算法

针对室内广义空移键控(GSSK)调制的可见光通信(VLC)系统,该文提出一种基于支持向量机(SVM)的机器学习信号检测算法。在一般的VLC系统中,极大似然(ML)检测是最优检测算法,但是ML检测算法具有很高的计算复杂度。为了解决此问题,该文利用机器学习中的SVM分类思想实现对系统接收端的信号检测,以在保证信号检测正确率的情况下,降低计算复杂度,提高GSSK-VLC系统的信号检测效率。仿真结果表明,该文提出的针对室内GSSK-VLC系统的SVM信号检测算法与ML检测算法相比,在具有接近ML的误比特率(BER)性能的同时,计算复杂度明显降低,有效提升了系统的检测性能。     

基于稀疏贝叶斯学习的时域流信号鲁棒动态压缩感知算法

块效应和未知且时变的噪声强度会降低时域流信号动态稀疏重构的性能,为解决该问题,本文基于重叠正交变换和稀疏贝叶斯学习框架,提出一种对时域流信号进行动态压缩感知的鲁棒稀疏贝叶斯学习重构算法.该算法在消除块效应的同时,能够处理噪声强度未知且时变情形下的动态稀疏重构问题,相比现有的流信号稀疏贝叶斯学习算法具有更强的抗噪鲁棒性.尽管现有的时域流信号压缩感知的有效算法并不多,但实验表明,本文算法的重构信误比和重构成功率均明显高于现有的基于稀疏贝叶斯学习的流信号重构算法和基于L1-同伦的流信号重构算法,且达到相同的重构成功率所需的观测数目少于另两种算法,计算量和运行效率则与稀疏贝叶斯学习算法相近.     

Half‐duplex visible light communication using an LED as both a transmitter and a receiver

In typical visible light communication (VLC) systems, light‐emitting diodes (LEDs) are used as optical transmitters and photodiodes are used as optical receivers. Currently, many communication devices such as smart phones have a built‐in LED lamp whereas they usually do not have a built‐in photodiode. If we find a way to receive VLC signals without the need to add an additional photodiode on the communication devices, it will contribute to the spread of VLC. Therefore, we propose and demonstrate a VLC scheme without the need for a photodiode. As the first step, we investigate the characteristics of an LED as a VLC receiver and find out that an LED can also be used as a VLC receiver in certain conditions. Then, we demonstrate a half‐duplex VLC system using an LED as both an optical transmitter and an optical receiver, without the need for a photodiode. This technique could be used in various applications such as the VLC between smart phones with a built‐in LED lamp and the VLC between LED traffic lights. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于朗伯模型参数估计的VLC室内定位优化算法

为实现高精度室内定位,本文设计了一种可见光 通信(VLC)室内定位系统,并通过 结合优化的朗伯模型、码分多址技术(CDMA)、三边定位算法而有效提升了定位精度和系统 扩展性。首先,每个发光二极管(LED)的ID信息经过直接序列调制后加载到LED驱动电路上 ,LED发出带有自身ID信息的灯光信号。在接收端通过光电探测器(PD)接收灯光信号,并 根据扩频码的正交性恢复出ID信息及接收信号强度(RSS),以此提高信道容量并增强系统 抗干扰能力。然后,根据朗伯光源模型,由三边定位算法得出待定位点的定位估计坐标。为 进一步提高精度,引入k最近邻(KNN)思想,采集适当的指纹点并由指纹点信息对每盏灯在 定位估计坐标处的朗伯光源模型参数进行估计,由优化后的朗伯模型计算出精度更高的定位 坐标。在1m×1m×1.35 m的空间区域中,进行本VLC室内定位系统 的实验测试。结果表明,提 出的高精度VLC室内定位系统的平均定位误差降低至2cm左右,其定位精度相比于传统三边 定 位算法提升了30%。此外,该系统方案所采用基于指纹点信息优化朗 伯模型参数的方法具备良好的实用扩展性,可实现广阔的应用场景。     

短脉冲非相参雷达的逆合成孔径成像及其稀疏恢复成像技术

短脉冲非相参雷达(NCSP)的辐射源输出微波脉冲持续时间短,针对于高速运动目标而言,其脉冲持续时间内的目标运动可忽略不计,对回波信号不需进行专门的脉冲内运动补偿。为了利用短脉冲非相参雷达信号进行逆合成孔径雷达成像,该文应用补偿相参处理的方法,去除辐射信号包络时间不确定性和初始相位的不确定性影响,在常规方法进行包络对齐和初相补偿后可利用距离-多普勒(RD)方法进行逆合成孔径雷达成像,仿真验证了补偿后信号成像的可行性。然而,短脉冲非相参雷达的载频随机抖动的因素会导致距离-多普勒成像结果在多普勒维度产生随机调制的旁瓣,影响成像的质量。利用稀疏恢复技术,在成像空间中对目标的散射中心进行稀疏重构,利用正交匹配追踪(OMP)算法和稀疏贝叶斯学习(SBL)算法进行成像,从而实现了抑制非相参因素引起的成像旁瓣,改进了成像质量,通过仿真验证了方法可行性。