一种基于OFDM-chirp的雷达通信一体化波形设计与处理方法

雷达通信一体化波形设计是近年来的研究热点。有学者提出利用正交频分复用(OFDM)信号的奇偶载波分别调制雷达与通信功能来实现一体化。但OFDM通信系统一般采用循环前缀(CP)来避免多径效应带来的载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI),这会降低能量利用率,并会形成虚假目标,影响雷达性能;此外,传统的OFDM一体化信号对多普勒比较敏感,微小的多普勒频偏也会带来正交性能的严重下降。该文在此基础上提出了一种新的波形设计和处理方法。该方法利用空白保护间隔替代循环前缀,可以在对抗多径效应的同时避免出现由于循环前缀引入的虚假目标,有效防止载波间干扰和符号间干扰。在信号处理方法上,该文提出利用雷达发射信号的先验信息进行信道估计与补偿多普勒频偏的方法。与传统方法相比,该文方法降低了系统在导频与训练序列等资源上的开销,提升了能量利用率和频谱效率,并且改善了峰值旁瓣比(PSLR)、积分旁瓣比(ISLR)和通信误码率(BER)等指标。仿真实验验证了该文方法的有效性。      

基于频率调制的多载波Chirp信号雷达通信一体化研究

为了减少电子战平台的体积和电磁干扰,一种有效的途径就是实现雷达与通信的一体化.该文针对雷达通信一体化信号设计中存在的不兼容和互干扰问题,根据信号能量共享的原则,提出了基于频分准正交多载波Chirp 信号的雷达通信一体化波形及其相应的系统实现方法.并采用宽带模糊函数对多载波一体化信号特性进行了详细分析,进一步研究了一体化信号的处理过程以及其系统性能.在均衡子载波准正交性和通信频谱效率下,通过理论分析和仿真结果表明在多载波频谱重叠率为20％的情况下,一体化信号能够满足雷达的常规探测,并且具有较低的误码特性.     

5G的信号波形

本文介绍了5G采用的多载波波形,包括正交频分多路复用(OFDM),滤波器组多载波(FBMC),通用滤波器多载波(UFMC)和广义频分复用(GFDM),说明其基本原理和优缺点,以及在增强移动宽带(e MMB)、海量机器型通信(m MTC)和超可靠低时延(URLLC)通信中的应用。     

基于施密特正交化的降噪多载波相关延迟键控混沌通信系统

为解决传统相关延迟键控(CDSK)混沌通信系统存在的误码(BER)性能差的问题,该文提出一种基于施密特正交化的降噪多载波相关延迟键控(NR-MC-CDSK)混沌通信系统.在发送端,利用施密特正交化算法产生N组完全正交的混沌载波,并复制P次作为参考信号,与N个信息信号叠加进行传输,并利用多载波技术,复用每帧信号传输MN个用户信息.在接收端,将信号经匹配滤波器解调,然后通过滑动平均滤波器降噪,并进行相关解调.推导了系统在加性高斯白噪声(AWGN)信道和多径Rayleigh衰落信道中的BER公式并进行了仿真分析,结果表明系统的BER性能优于众多多载波混沌通信系统,数据传输速率也相较CDSK系统有明显提升,为该系统在实际通信系统中的应用提供了理论依据,并显示了较强的应用价值.     

基于施密特正交化的降噪多载波相关延迟键控混沌通信系统

为解决传统相关延迟键控(CDSK)混沌通信系统存在的误码(BER)性能差的问题,该文提出一种基于施密特正交化的降噪多载波相关延迟键控(NR-MC-CDSK)混沌通信系统。在发送端,利用施密特正交化算法产生N组完全正交的混沌载波,并复制P次作为参考信号,与N个信息信号叠加进行传输,并利用多载波技术,复用每帧信号传输MN个用户信息。在接收端,将信号经匹配滤波器解调,然后通过滑动平均滤波器降噪,并进行相关解调。推导了系统在加性高斯白噪声(AWGN)信道和多径Rayleigh衰落信道中的BER公式并进行了仿真分析,结果表明系统的BER性能优于众多多载波混沌通信系统,数据传输速率也相较CDSK系统有明显提升,为该系统在实际通信系统中的应用提供了理论依据,并显示了较强的应用价值。     

基于相位补偿的非理想无线轨道角动量复用通信系统研究

电磁波轨道角动量各模态间满足严格正交性,为无线通信系统提供了一个新的复用维度。当前无线轨道角动量通信的研究仍集中于理想视距(LoS)场景,在实际通信场景中,多径效应和非对齐效应等非理想传输情况通常是无法避免的,这会使得无线轨道角动量多入多出(OAM-MIMO)通信系统的性能遭受较大损失。为提升非理想无线OAM-MIMO通信系统性能,该文建模了一种更加符合实际传输场景的毫米波OAM-MIMO 10射线信道模型;然后评估了多径效应和非对齐效应带来的性能损失问题;最后,提出了一种低复杂度的平均相位补偿与迭代功率分配(APC-IPA)联合优化方案来消除非对齐和多径效应造成的相位偏差,提升系统信道容量。仿真结果表明:在同时遭受非对齐和多径效应时,所提APC-IPA联合方案能够有效地提升系统信道容量。     

基于分数阶Fourier变换的正交多载波水声通信系统研究

针对传统OFDM系统在应对深度频率选择性衰落信道时性能下降和多普勒频偏造成子载波相互干扰的问题,提出采用正交的线性调频(LFM)信号作为载波,基于分数阶Fourier变换(FRFT)的正交多载波水声通信方案。该方案选用相同调频斜率,不同中心频率,频带相互重叠的正交LFM作为子载波进行信息调制,以分数阶Fourier变换作为调制解调方法来传输信息。为应对水声信道的多途效应,采用在数据帧与帧之间插入保护间隔(GI)来减小码间干扰。提出结合QDPSK和分数阶域载波位置修正抑制多普勒效应,简化系统复杂度。该方案最高通信速率可达3.6kbit/s,通过仿真研究和湖试实验验证了该方案的有效性与可行性。     

MC-BOC:应用于导航通信一体化系统的新型调制技术

针对导航通信一体化系统面临的在有限带宽内实现高速率信号传输和高精度测量的难题,结合正交频分调制与恒包络调制思想,提出了多载波二进制偏移载波（multi-carrier binary offset carrier,MC-BOC）调制,其能够有效利用频谱资源,提升信号的接收性能,并具备恒包络特性.分析北斗无线电测向卫星业务（radio determination satellite service,RDSS）采用该调制后的性能,结果表明:该调制方式具备优良的通信性能、抗干扰能力、测距性能以及抗多径能力.本文提出的MC-BOC调制技术为导航通信一体化系统信号体制设计和优化提供了一种可行的参考方案,可以用于北斗RDSS和站间时间同步/数据传输网络的信号设计.     

基于OFDM的MIMO-SAR抗多径波形设计

针对雷达多径干扰问题,提出一种基于正交频分复用（OFDM）的多发多收合成孔径雷达（MIMO-SAR）抗多径波形设计方法。该方法基于频率分集原理,设计循环移位OFDM-LFM波形提升OFDM波形有效带宽,并针对该波形设计MIMO平台收发模型,结合多通道正交波形空时编码（STC）方案实现多通道接收信号分离,该波形设计方案对SAR多径干扰抑制有效。该方法可以解决多径干扰导致的目标分辨率低及虚假目标问题,在机载SAR高分辨率成像、车载SAR城市探测与智能驾驶等方面具备广阔应用前景。     

智能反射面辅助雷达通信双功能系统的多载波波形优化方法

雷达通信一体化是解决频谱资源拥挤问题的有效途径之一,而共享波形设计是同时实现雷达与通信功能的关键技术,该文旨在解决智能反射面(IRS)辅助雷达通信双功能(DRC)系统的多载波波形优化问题.首先,通过最大化传输功率、通信码字错误率(WEP)、旁瓣幅度与IRS反射系数约束下的雷达互信息(RMI),构建了双功能发射波形、IR...     

Multidimensional parallel combinatory transform domain communication system

Transform domain communication system is an adaptive anti‐interference system that can dynamically generate interference‐orthogonal waveforms. As a spread spectrum system, its low spectrum efficiency limits potential practical applications. In TDCS, cyclic code shift keying is an orthogonal modulation, whose symbols can be regarded as scalars in different dimensions. However, the constellation is restricted by signal time‐bandwidth product. In this study, extending constellation is proven to be a valid approach to improve spectrum efficiency. The combinatory of multidimensional vectors is designed mathematically to increase the variety of the scalars with the minimum orthogonality damage. On the basis of the design, an efficient modulation scheme, namely, multidimensional parallel combinatory transform domain communication system, is proposed, whose fundamental modulation symbols can be represented by the combinatory of a series of cyclic code shift keying symbols with phase shift keying modulation. Compared with the existing methods, multidimensional parallel combinatory transform domain communication system can achieve a considerably higher spectrum efficiency. The bit error rate performance is also improved to various extents. Theoretical spectrum efficiency and bit error rate of the proposed method are derived for additive white Gaussian noise and typical multipath fading channels. System with different spectral conditions and channel estimation methods is also simulated and analyzed to confirm the practical usability.     

基于滤波器组多载波梳状谱的雷达通信一体化信号技术

源于频谱利用率高、抗多径衰落能力强、子载波调制灵活等优点,正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）是当前主流的雷达通信一体化信号备选技术之一。但是该技术存在多普勒敏感、带外辐射强、峰均比较大等缺点。与之相比,滤波器组多载波（Filter-bank multicarrier, FBMC）带外辐射低、多普勒容限高、不需要循环前缀（Cyclic Prefix, CP）,具备更高的应用价值。为此,本文基于FBMC框架,从子载波复用角度提出了兼具高速无线通信和chirp优良模糊函数的梳状谱信号技术,并进一步设计了融合辅助导频和干扰利用的前导序列,解决了FBMC通信信道估计中固有的虚部干扰问题。最后,在应对快时变信道时,本文联合前导序列和离散的梳状chirp谱,在完成高性能雷达探测的同时,保障了高速无线通信性能。仿真实验有效验证了技术可行性。      

New Signature Waveforms for Multi-rate QS-CDMA System with QPSK Modulation

This paper presents a multi-rate quasi-synchronous CDMA (QS-CDMA) system with QPSK modulation based on the new signature waveforms, namely GPZ-chip waveforms which are constructed by the generalized pairwise Z-complementary (GPZ) codes and optimal chip waveforms. According to the properties of GPZ-chip waveforms, the multiple access interference of different users can be reduced or eliminated. The interferences among different streams of the same user are handled by an optimal (or suboptimal) multi-stream detector(s). The performance of the proposed system is simulated and analyzed in a cellular communication environment consisting of multipath fading. The result shows that the proposed system has similar performance as compared to the single-rate QS-CDMA system employing GPZ codes with one chip waveform due to the properties of multi-stream detection. Also, the proposed system can achieve a significant interference reduction as compared to the multi-rate system employing concatenated WH/m sequence sets with one chip waveform due to the zero correlation zone properties of the GPZ-chip waveforms, thus resulting better BER performance.     

Receiver design for wavelet-based multicarrier CDMA communications

Wavelet packets have good properties such as orthogonality and multirate flexibility, and have resulted in a number of works for its applications to code-division multiple-access (CDMA) communications. In this paper we investigate the use of a special set of the wavelet packets, i.e., the waveforms formed from a full binary wavelet packet tree, in multicarrier CDMA systems. In the conventional multicarrier CDMA systems, a simple frequency-domain combining receiver is commonly used to achieve frequency diversity. To combat multipath channel effects, guard intervals are inserted between consecutive symbols. On the other hand, wavelet packets have the property of localization in both time and frequency domains. A novel receiver design utilizing this property to achieve both frequency and time diversity is proposed and evaluated in this paper. This receiver eliminates the need for guard intervals. Simulations are given to support the system and receiver design. This analysis can be extended to the more general wavelet packet basis waveform sets.     

水声多径信道多普勒因子精确估计方法

由水下平台运动导致的多普勒效应是影响高数据率水声通信性能的主要因素,现有多普勒估计方法在复杂水声多径信道条件下估计精度急剧下降。针对此问题,提出了一种可自动匹配水声多径信道的精确多普勒频移估计方法。仿真结果表明：该方法可显著提高水声多径信道的多普勒频移估计精度,信道适应性强,在信噪比大于-5 dB时,估计精度始终保持在10^-4左右,满足高数据率水声通信对多普勒因子估计精度的要求。     

基于Coiflets正交小波的超宽带脉冲波形设计

脉冲波形设计是超宽带(UWB)系统的关键技术。基于Coiflets正交小波提出一种产生UWB信号正交成形脉冲的新方法。仿真结果表明,基于Coiflets正交小波产生的新UWB脉冲的功率谱密度比高斯导函数脉冲能更好地满足FCC的频谱模板要求,有较高的频谱利用率。利用正交小波的正交性,设计的UWB脉冲波形可用于多用户通信。利用小波基函数产生的一系列脉冲进行组合叠加,可以达到更高的频谱利用率。     

OFDM雷达通信一体化波形相参积累研究

传统雷达系统不同脉冲发射相同的波形,而在OFDM雷达通信一体化系统中,为了最大化通信数据率,不同脉冲需要发射不同的OFDM雷达通信一体化波形。在进行多脉冲相参积累时,一体化波形不同脉冲间的差异可能会导致目标能量积累性能下降。针对该问题,本文从理论上推导发现,当通信调制信息服从相位均匀分布时,不同脉冲波形在脉冲压缩处理后,主瓣内的相位与时间延迟成线性关系。此外,不同脉冲间,由多普勒引入的相位变化占主导因素,而时域非完全匹配所造成的相位改变可忽略。理论分析和仿真实验表明,OFDM雷达通信一体化波形不会影响目标在主瓣内能量的相参积累。