基于LTE的卫星移动通信随机接入技术研究

针对基于LTE体制的卫星移动通信系统,对随机接入问题进行了分析讨论。针对GEO卫星通信中传播距离远、时延差大以及小区半径大等特点,分析了影响GEO卫星的LTE随机接入前导序列信号格式设计的因素。针对LEO卫星通信中存在大多普勒频移现象,分析了多普勒频移对随机接入信号检测的影响。最后,提出了一种消除多普勒频移为整数倍子载波间隔的解决方案。     

低轨LTE卫星随机接入前导设计及检测算法研究

针对低轨卫星环境中的较广波束覆盖范围和较大多普勒频移的特点,研究了能够应用于低轨LTE（Long Term Evolution）卫星移动通信中的随机接入前导及其检测算法。首先,提出多根长序列（MRLS）,该序列通过级联多个根序列号不同的短ZC（Zadoff-Chu）根序列构建,可以支持一步定时提前估计;其次,提出一种基于MRLS的随机接入前导检测算法,该算法通过相邻短ZC根序列的共轭相乘产生多个检测序列,再与多个待检序列进行联合差分相关检测,克服了整数倍和小数倍子载波间隔的多普勒频移的影响。仿真结果表明,利用MRLS序列,所提算法对载波频率偏移具有很好的鲁棒性,适用于基于LTE的低轨卫星移动通信系统。     

5G高速场景下随机接入前导设计和检测

针对5G高速场景下随机接入前导检测过程中大频偏导致峰值移位和能量泄露的问题，利用双共轭ZC（Zadoff-Chu）序列，构造了一种新的随机接入前导来消除整数倍频偏带来的峰值移位问题，并提出了一种小数倍频偏补偿算法补偿小数倍频偏导致的峰值能量弥散。所提方案的检测性能满足5G标准要求，并且在加性高斯白噪声信道和抽头延迟线信道中，当频偏大于子载波间隔时，所提算法的漏检率性能相较于限制集算法分别提升了1.3 dB和1.5 dB；当频偏大于两倍子载波间隔时，在限制集算法失效的情况下所提算法仍可以正确检测出前导。     

LTE系统超大小区的随机接入TA检测方案

现有的LTE系统中PRACH的随机接入前导有5种格式,不同前导格式对应能够支持不同的小区半径。在常规的PRACH检测方案中,前导格式3能够支持最大的LTE小区半径为100km左右。针对卫星通信、民航飞机通信等小区半径要求大于100km的LTE系统应用场景,引入一种三窗口联合检测的PRACH检测算法方案,能够在不增加基站设备的前提下,准确估计UE获取上行同步所需的较大定时提前量TA,提高UE发起随机接入取得上行同步的成功率。     

卫星入路由通信的定时和载波同步算法

在卫星通信中,需要快速、高效地对接收信号的位定时和载波初始相位信息进行估计.针对MC-S-ALOHA卫星入路由信号的特点,给出了一种基于前导序列的定时同步和载波同步算法,该算法仅需要一个训练符号,既用于定时恢复,也用于载波频率捕获,额外开销量小,因此,该算法适合于突发模式的MC-S-ALOHA网络传输系统.仿真结果表明,该算法也能快速地实现定时和频率捕获,捕获的频率范围较宽, 而且实现结构简单.     

基于5G系统的随机接入前导检测算法

针对已有的随机接入前导算法存在难以在实际基站中实现以及算法运算量大的缺点,文章提出了5G随机接入前导检测算法。首先将接收到的信号经过发送端的逆过程处理得到频域前导,然后生成频域ZC序列并进行分组,将各个组内频域ZC序列相加并与频域前导相关,最后通过设置阈值来检测前导序列,利用多天线分集梳理修改相对阈值的累积分布函数,根据相对检测阈值确定绝对检测阀值,即相对检测阈值与时变噪声电平的乘积。仿真结果表明,与频域固定阈值前导检测算法相比,在加性高斯白噪声信道中,所提算法的正确检测概率性能提升了1 dB;在节拍延迟线(TDLC300-100)信道中,所提算法的正确检测概率性能提升了2 dB。     

一种OFDM定时同步与载波频偏估计算法

本文提出一个有效的利用周期性前导字的OFDM定时同步与频偏估计算法.算法分为两个步骤,首先根据前导字的特殊结构对Schmidl&Cox算法进行改进,将Schmidl&Cox算法中平台的检测变成单个峰值的检测,并由单峰的位置和复值可同时准确地估计符号定时和分数倍频偏;然后提出"相位差分序列",利用该序列的相关性对整数倍频偏进行估计.文中针对AWGN信道和SUI信道对算法进行了仿真,结果表明本文算法较其它算法具有更好的估计性能和鲁棒性.     

一种新型OFDM前导符号频域结构设计及其接收算法

文章对OFDM广播系统中前导符号的频域结构进行了研究,提出了一种固定序列和信令序列奇偶交错排列的新结构,其中固定序列可用于整数倍频偏估计和信道估计,信令序列用于承载信令内容。基于该结构,给出了一个前导符号频域的具体方案与参数。还介绍了适用于该种结构的接收算法,并基于上述参数与算法进行了仿真试验。仿真结果表明,该种前导符号频域结构具有优异的检测与解码性能,能够适用于各类固定及移动场景。     

卫星通信系统两步随机接入技术研究

为了实现卫星通信系统低延迟高可靠接入,研究了两步随机接入技术中的信道设计及接收端检测算法.针对卫星场景提出了一种两步随机接入信道设计方案,对两步随机接入信道中数据部分的信道结构以及前导和数据之间的映射方式进行了设计.针对传统最小均方串行干扰消除(Minimum Mean Squared Error-Successive Interference Cancellation,MMSE-SIC)算法中存在误差传播问题导致解码性能降低的问题,提出了一种多判决排序串行干扰消除(Multi-decision Ordered Successive Interference Cancellation,MD-OSIC)算法,以提升多用户发起接入时数据部分检测的可靠性.仿真结果验证了所设计信道及检测算法在典型卫星通信场景下应用的可行性.     

基于循环平稳性的约束自适应多径时延估计

在有多径信号、多通道非平稳干扰信号以及平稳背景噪声的情况下,不考虑多径信号传输的时延估计方法不能准确地估计时延,甚至估计性能会恶化.为此,本文提出了基于循环平稳性的约束自适应多径时延估计算法,并对算法的收敛性能进行了分析.该算法可以有效地抑制干扰和噪声的影响,在低信噪比的情况下直接地、准确地进行自适应多径时延估计,特别对噪声是空间相关的情形也适用,克服了传统算法不能直接估计非整数倍采样间隔的时延和多径时延的缺点.计算机仿真试验验证了新方法的有效性.     

5G低轨卫星两步随机接入方案及其FPGA实现

为了实现低轨卫星通信系统高效率低时延的用户接入,提出了适用于低轨卫星系统的两步随机接入方案,对随机接入信道的数据发送、信道结构、前导码设计以及映射关系进行了设计,并进行了现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA)实现。针对传统MAX-LOG-MPA算法FPGA处理时延长的问题,提出了一种节点并行迭代更新的FPGA接收机设计来降低处理时延。仿真结果验证了所设计的信道结构以及FPGA实现的可行性,相比传统接入方式可接入的用户数量更多,同时采用并行节点迭代更新的接收机将迭代处理时延降低为1/6。     

低误报率的ADS-B电文报头检测方法

针对ADS-B电文报头检测中的误报问题,提出双门限报头检测方法。该方法根据本地报头与接收信号滑动相关的特点,分别针对关注信号与背景信号给出了恒虚警（CFAR）门限和半幅度门限,综合双门限进行两次检测判决可使方法适用于低信噪比环境,并在进行循环冗余校验之前显著地抑制误报。仿真结果表明,双门限检测方法在低信噪比区间具备与CFAR方法相似的检测性能,在高信噪比区间具有较低的平均样本误报概率。双门限检测方法是一种适用于高动态信噪比范围的具备误报抑制能力的ADS-B电文报头检测方法。      

低信噪比S模式应答信号相关检测方法

针对低信噪比条件下S模式应答信号检测概率低、虚警概率高的问题,提出一种基于数据包检测、单脉冲匹配滤波和报头多脉冲检测等三次相关检测的增强识别方法。该方法首先利用数据包相关检测得到数据包位置,从而确定报头脉冲的检测门限;然后利用单脉冲匹配滤波对信号进行降噪处理,确定脉冲位置;最后估计脉冲幅度和噪声功率,利用多脉冲相关检测识别信号报头。通过这三次相关处理,该识别算法可提高S模式应答信号的准确识别率。理论推导了检测概率的数学表达式,通过计算机仿真,在期望虚警概率下,本文方法基本达到了理论检测概率,同时对比了本文方法与传统的直接匹配滤波法、脉冲前沿检测法、基带归一化互相关法的识别性能,验证了本文算法性能的优越性。      

星座组网中直扩信号快速同步改进算法

基于直扩体制的时分多址(TDMA)卫星星座组网,信号帧前导段长度越短、净荷长度越长,数据传输的效率就越高.但是,直扩体制信号帧前导段长度越短意味着接收信号捕获增益就越低,捕获概率就越低.另外,前导段长度越短要求锁相环信号跟踪收敛速度越快.星座组网整网数据传输效率受到卫星信号同步算法性能的制约.为了提高直扩信号同步算法的性能,从捕获与跟踪两个部分对同步算法进行了改进,提出了一种直扩信号快速同步改进算法.针对捕获部分,分析了前置低通滤波器带宽对扩频信号的自相关函数的影响,通过选择滤波器参数在保证相关主峰无明显恶化情况下提升1/4码片偏差相关峰能量1 dB以上.针对跟踪部分,提出了一种调整闭环控制系统的零极点分布优化锁相环时域响应的锁相环设计方法,给出了基于控制理论优化锁相环闭环系统的零极点分布的四点原则,利用该方法设计的锁相环能大大降低信号跟踪的收敛时间.仿真结果表明,所提改进算法与传统同步方法相比能有效提高信号的捕获概率,加快信号跟踪的收敛速度,明显减少信号的同步时间.     

Hybrid access scheme based on one-phase preamble and channel monitoring/assignment for satellite communications

In this letter, we propose a hybrid access scheme for satellite communications, taking into account the long propagation delay. The proposed scheme uses the one-phase preamble of 3GPP2 for fast access and applies the channel monitoring/assignment scheme of 3GPP for more reliable transmission. The results of analysis and simulation show that the proposed scheme achieves high throughput and low delay according to propagation delays in satellite communication environments.     

短波窄带OFDM调制解调器设计与实现

在技术和参数上设计实现了应急通信系统中短波窄带正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,OFDM)调制解调器。依据短波多径信道传输特性和应急通信分组突发传输的特点,研究了适合系统传输的延时相关帧检测、载波频率同步、符号定时同步和信道估计等算法。在3 kHz话音带宽上按照系统速率要求研究设计了短波OFDM调制解调技术参数和技术方案,分析了接收信号帧检测和符号定时同步响应,仿真实现了多径信道下短波窄带数据的高速传输。     

低信噪比1090ES报头的恒虚警检测方法

针对S模式1090MHz扩展电文(1090ES)的报头检测在低信噪比下虚警概率高的问题,提出基于报头多脉冲匹配滤波的恒虚警率报头检测方法。由于检测门限是利用报头低电平期间的样本确定的,所以该方法对1090ES的数据块中的伪报头的误检具有一定的抑制能力。仿真结果表明,在低信噪比环境下,该文方法相对于传统1090ES报头检测方法具备较好的检测性能,且较好实现1090ES数据块中伪报头的抑制,减轻了后续设备的数据处理负荷。