基于Karhunen-Loeve变换的正交椭圆球面波脉冲波形设计

针对正交椭圆球面波函数(PSWF)脉冲硬件实现复杂度高和难以实时产生的问题,通过对PSWF脉冲求解和正交化两个过程的优化整合,该文提出了一种基于Karhunen-Loeve变换的正交PSWF脉冲波形设计方法。该方法首先将PSWF脉冲表示为Legendre多项式加权求和的形式,通过对原脉冲互相关矩阵进行Karhunen-Loeve变换,得到正交系数矩阵,从而实现PSWF脉冲的正交化。以此为基础,设计了一种高效快捷的正交PSWF脉冲实现方案,建立了正交PSWF脉冲与Legendre多项式系数向量的对应关系,能够通过改变特征多项式的系数来快速设计正交PSWF脉冲,同时具有实时性好和实现复杂度低的优点,为正交PSWF脉冲的工程化实现提供了一种高效快捷的新方案。     

基于采样的PSWF脉冲重构求解算法研究

基于采样定理的椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWF)脉冲重构求解算法具有适用范围广、误差可控的优点,对目前新兴的3种基于采样定理的PSWF脉冲重构求解算法即传统重构求解算法、勒让德—香农求解算法和改进的勒让德—香农算法进行了阐述和分析,并从工程实现的角度,对3种算法的时间复杂度和空间复杂度进行了比较,发现传统重构求解算法求解效率较高,而勒让德—香农求解算法更易于硬件实现。对于实际的PSWF脉冲产生过程中选用合适的算法,提供了有益指导。     

基于Walsh函数系的椭圆球面波脉冲波形重构方法

目前PSWF的脉冲产生方法在硬件实现方面有着编程复杂,计算量大,资源消耗多等制约因素,因此亟需一种适合实时产生PSWF脉冲信号的方法。通过分析Walsh函数系的特点和产生原理,提出了一种基于Walsh函数系的PSWF脉冲波形重构方法。其中,Walsh系数可以通过已有的PSWF数值点与P编号的Walsh矩阵求解得出,再截取所需精度的Walsh系数参与重构PSWF脉冲波形,从而达到降低存储量的目的。由于Walsh码型中的±1与数字电路中的01有着天然对应的关系,重构时只需将Walsh系数相加减,从而降低计算量。仿真结果表明,利用Walsh函数系可以较好地重构PSWF脉冲波形,且算法简单,避免了乘法运算,降低了计算量和存储量,有利于工程实现。     

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(,,)i j qG 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.     

一种改进的正交PSWF脉冲设计方法

针对采用传统非正弦波时域正交椭圆球面波设计方法设计的正交PSWF脉冲的正交性能不稳定的问题,提出了一种改进的正交PSWF脉冲设计方法,利用修正的Schmidt正交算法,对PSWF脉冲组进行正交化,从而得到新的正交PSWF脉冲组。仿真结果表明,与传统Schmidt方法相比,新算法的舍入误差小,且得到的正交PSWF脉冲具有相对稳定的正交性能,同时能够保持PSWF脉冲带内能量聚集性高的优点。     

一种高频谱利用率的PSWF脉冲组设计

脉冲超宽带(Impulse Radio Ultra-wideband,IR-UWB)技术主要使用脉冲传输信息,脉冲波形的选择影响着整个系统的性能。椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)脉冲具有频谱灵活可控的特点,在超宽带(Ultra-wideband,UWB)系统中得到了广泛应用。介绍了PSWF的定义和求解算法,针对目前存在的PSWF脉冲组频谱利用率较低的问题,提出了一种高频谱利用率的多频带正交PSWF脉冲组设计方法。仿真结果表明,该方法在满足FCC频谱掩膜条件的同时,有效地提高了PSWF脉冲组的频谱利用率,从而增加了接收端的信噪比。     

基于多频带PSWF脉冲组的多进制PPM-UWB系统研究

从PSWF脉冲的高能量聚集性和频谱灵活可控性入手,提出了一种满足FCC掩膜要求且具有高频谱利用率的多频带正交PSWF脉冲组设计方法,并将其应用于多用户、多进制的PPM-UWB系统中。理论计算了该系统的符号差错率公式,与使用单一PSWF脉冲UWB系统进行了性能比较。仿真结果表明,基于多频带正交PSWF脉冲组的UWB系统能够有效克服多用户干扰,从而使系统的误码性能得到显著提高。     

基于Householder变换的正交PSWF脉冲设计

传统的Schmidt方法对椭圆球面波函数（PSWF）脉冲组进行正交化时,脉冲组的最大互相关值受脉冲个数的影响,同时还存在计算复杂度高的问题。针对上述问题,提出了基于Householder变换的正交化方法,通过将PSWF脉冲离散化,再依次对各离散的PSWF脉冲进行Householder变换,实现了对PSWF脉冲组进行QR分解,并得到新的正交PSWF脉冲组。仿真结果表明,与传统Schmidt方法相比,基于Householder变换的正交化方法使得脉冲组的最大互相关值从10-4降低到10-11,改善了脉冲组的正交性能,突破了脉冲组在脉冲个数的限制,并降低了计算复杂度,同时能够保持PSWF脉冲带内能量集中度高的优势。     

基于PSWF的多进制PPM-UWB系统分析

椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)脉冲具有最佳时域能量聚集性和频谱灵活可控性的特点,被认为是符合超宽带(ultra-wideband,UWB)系统要求的一种性能优良的脉冲。首先给出了满足FCC频谱掩膜要求的UWB脉冲波形设计方法,并将该方法应用于多进制TH-PPM超宽带系统中。分析了多进制TH-PPM超宽带系统原理,理论上推导了基于PSWF脉冲的多进制PPM-UWB系统的符号差错率公式,并与高斯脉冲进行比较。仿真结果表明,基于PSWF脉冲的UWB系统符号差错率性能要明显优于Gauss脉冲。     

超宽带通信脉冲波形的分析与仿真

首先介绍一种回转椭球波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWF),主要阐述了PSWF的相关概念、特性及其近似求解算法,然后阐述应用PSWF脉冲基来组合设计UWB脉冲波形的算法。如果要求陷波点有干扰抑制,可以对该点左右两侧的频段分别求对应的频域波形,再做相应线性变换,使陷波点的频域值为0,然后对两个脉冲的时域波形做同样的变换,即得所求脉冲波形,最后通过仿真验证了算法的有效性。     

基于近似扁长椭球波函数的超宽带脉冲设计

频谱共存及兼容是超宽带(UWB)无线通信系统必须考虑的重要问题。为了避免超宽带系统对现有窄带无线系统的干扰,一个有效的方法是设计合适的脉冲波形。在建立超宽带脉冲设计算法的基础上,分析了扁长椭球波函数(PSWF)的近似解,提出了用近似扁长椭球波函数(APSWF)进行脉冲波形设计的方法。近似扁长椭球波函数具有简单明确的数学表达式,仿真表明用其设计的脉冲功率谱符合FCC频率掩模的约束要求。当频率掩模发生变化时,可方便地调整参数以产生新的脉冲。     

基于椭圆球面波函数的数字带通滤波器设计

为设计频谱性能优良的有限冲激响应( FIR)数字带通滤波器,从窗函数的性质及选择指标出发,分析了椭圆球面波函数( PSWF)作为窗函数的优势;在此基础上根据数字滤波器设计的原理和要求,选择0阶基带椭圆球面波函数作为窗函数设计数字带通滤波器,并利用微分方程状态转移矩阵逼近的PSWF求解算法,给出了基于PSWF的FIR数字带通滤波器设计方法。理论分析和仿真结果表明：PSWF数字带通滤波器具有较低的设计复杂度,与Kaiser滤波器和Blackman滤波器相比,其旁瓣衰减有超过7 dB的优势,且具有与两种滤波器相当的通带波纹波动和过渡带宽。     

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。     

椭圆球面波脉冲信号快速设计方法

在基于椭圆球面波的非正弦短波通信系统中,椭圆球面波脉冲信号原设计方法存在 计算量大、计算时间长的问题。为了解决此问题,提出了椭圆球面波脉冲信号快速设计方法 。该方法利用基于带通采样的椭圆球面波函数数值解法,求得椭圆球面波函数近似数值解, 椭圆球面波函数在时间轴上向右平移,可得椭圆球面波脉冲信号。理论分析和仿真结果表明 ,快速设计方法能使计算量和计算时间降低2～4个数量级,同时椭圆球面波脉冲信号的时域 、频域和正交性能还能保持与原设计方法相当。     

基于PSWF框架的非正交脉冲波形调制方法

现有调制方法主要基于正弦函数,并利用其正交性传输信息.本文突破对调制信号的正弦函数约束和正交性限定,从椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)的高能量聚集性和框架函数系的过完备特性入手,提出基于PSWF框架的非正交脉冲波形调制方法(Nonorthogonal Pulse Shape Modulation,NPSM).该方法利用频谱交叠的非正交PSWF获得了优良的功率谱特性,同时利用框架函数的过完备特性,在提高系统频带利用率的同时,有效消除码间串扰.与目前广泛应用的QAM-OFDM方法进行性能相比,在相同调制幅度数和误码率的情况下有2dB的优势,且该优势随调制进制数增加而扩大,同时其调制信号具有良好的功率谱特性,PAPR性能比相同频带利用率的QAM-OFDM有3dB的优势.     

Pseudospectral method based on prolate spheroidal wave functions for frequency-domain electromagnetic simulations

We apply prolate spheroidal wave functions of order zero as basis functions in the pseudospectral method for frequency-domain electromagnetic simulation problems. Like the traditional pseudospectral frequency-domain (PSFD) methods based on Chebyshev and Legendre polynomial series, the prolate PSFD method yields exponential order of accuracy. In terms of the number of samples utilized per wavelength, the prolate expansion is superior to the Chebyshev and Legendre polynomial series by a factor of /spl pi//2. In addition, the prolate PSFD method employs a more uniform spatial grid, achieving better resolution near the center of the domain.     

联合多脉冲检测的PSWF正交调制信号盲自适应均衡

卫星通信信道的复杂时变特性,使基于椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)的正交调制信号脉冲组的正交性受到破坏,已有均衡方法未能充分利用多脉冲干扰中的有用信息,效果有限。针对该问题,结合信道均衡与多脉冲检测各自的优势,提出一种联合多脉冲检测的PSWF时域正交调制信号自适应均衡方法,利用多脉冲检测消除脉冲间干扰的能力,降低均衡模块的阶数及算法难度;同时,利用均衡模块对信道的部分补偿作用,为多脉冲检测改善信道环境。在相同信道条件下,所提方法获得同等量级误比特率所需信噪比较自适应判决反馈均衡算法降低约2 dB。     

基于椭圆球面波信号的连续相位调制及其频谱性能分析

椭圆球面波信号（PSWF）是时频域最佳能量聚集性信号,探索性地将PSWF信号应用于连续相位调制（CPM）技术,对基于椭圆球面波信号的CPM调制信号产生过程进行了描述;给出了采用自相关函数法对基于PSWF的CPM调制信号功率谱密度计算方法;结合数值计算、分析对比了最小频移键控、正弦频移键控、高斯最小频移键控以及基于高斯函数的CPM调制信号功率谱密度及其信号占用带宽等特性。数值计算结果表明椭圆球面波信号相比矩形脉冲、升余弦脉冲、高斯脉冲及（类）高斯脉冲作为CPM的基带调频信号,可以获得频谱性能、能量聚集性较好的CPM信号。     

非正弦通信短波信道仿真方法

为了掌握基于椭圆球面波的非正弦通信短波信道误码率性能,比较不同通信体制短波信道误码率性能的优劣,对Watterson短波信道模型原理进行了分析,根据Watterson短波信道模型原理,结合基于椭圆球面波的非正弦通信特点,提出了基于椭圆球面波的非正弦通信短波信道仿真方法,并对短波信道误码率性能进行了仿真。理论分析和仿真结...