OAM-MIMO通信系统的信道容量研究

轨道角动量（OAM）具有独特的模分复用（MDM）方式,可以大大提高传输容量.为了提高系统的信道容量和频谱利用率,提出了一种结合OAM和多输入多输出（MIMO）技术的OAM-MIMO复用通信系统,可以在不增加带宽和天线发射功率的情况下提高信道容量和频谱利用率.采用巴特勒矩阵作为相移器,馈送信号给均匀圆形阵列天线（UCA）,使得每个UCA可以同时并且独立地生成携带多种不同OAM模态信号的载波,从而显著提高系统的信道容量.实验结果表明,OAM-MIMO复用通信系统的信道容量和频谱利用率在宏小区、微小区环境下得到了很大提高.     

基于卷积神经网络的多OAM态识别方法

针对不同轨道角动量（OAM）叠加的涡旋光束探测问题,提出了基于机器学习的模式识别技术,为OAM叠加光束的检测提供了一个新思路.基于修正的von Karman功率谱模型,利用功率谱反演法生成随机相位屏,应用多步衍射法数值模拟拉盖尔高斯叠加光束在大气湍流信道的传输.研究了不同波长、传输距离和大气湍流信道条件下训练的卷积神经网络（CNN）分别对各种湍流强度测试集的识别正确率.结果表明：对于较弱的湍流、波长较长的OAM光束和较短的传输距离条件,基于CNN的OAM模式识别正确率较高;对于各种湍流条件的测试数据,使用强湍流训练集训练得到的模型与使用弱湍流训练集训练得到的模型相比识别正确率更高;利用混合训练集进行训练有利于提高识别正确率.这些结果对OAM光束解复用系统的实现具有一定的参考价值.     

循环前缀不足的OFDM信号检测方法

提出了一种适用于正交频分复用（OFDM）系统循环前缀（CP）不足情况下的新型信号检测方法。时变信道以及信道冲激响应超过CP会带来子信道间干扰（ICI）和残留码间干扰（ISI），产生误码率平台。本文方法结合ICI消除，利用判决数据，通过快速傅立叶（FFT）变换和反快速傅立叶（IFFT）变换，估出残留ISI，恢复信号循环性。该方法适用于非采样间隔信道且计算量较低。在静态及缓时变信道条件下的仿真结果表明，应用该方法可使CP不足的OFDM系统性能得到改善。     

光学旋涡与轨道角动量光通信

光学旋涡(optical vortices,OV)光束包含螺旋型相位因子,具有全新的自由度——轨道角动量(orbital angular momentum,OAM).OAM本征值为l,且理论上拓扑荷l可取任意整数,这为光学旋涡在光通信系统中的各种应用提供基础.目前有很多方法可用于光学旋涡的产生与检测,而光学旋涡在光通信系统中的应用也正是基于这些方法.OAM在自由空间光通信系统中的应用机制可分为OAM键控(OAM状态作为调制方式)和OAM复用(OAM光束作为复用信道).针对这两种机制已展开大量的理论研究和实验探索,认为光学旋涡可为丰富自由空间光通信系统的调制方式和增加传输容量提供潜在的解决方案.光学旋涡光束的OAM和角向位置的不确定性关系也为之带来了与生俱来的安全优势.光学旋涡的独有特性为光通信系统的性能改善提供了巨大潜力.     

重叠复用原理下加性白高斯噪声信道的容量

为建立超大容量通信系统提供全新的理论依据,证明了在高斯白噪声干扰环境下,当信道传输函数H（f）的单边带宽限定为B时,仙侬仅利用时间域间隔为1/2B的独立样点荷载信息是不够的,还应该根据重叠复用原理,同时使用频率域间隔为B/K独立样点的重叠频域复用技术,使系统容量与K成正比.由于带宽为B信道冲击响应的持续时间T趋近于无穷,频率域独立样点间隔1/T为0,K不受限制;同理,当信道冲激响应函数h（t）的持续时间限定为T时,像正交频分复用那样仅利用频率域间隔为1/T的独立样点去荷载信息是不够的,还应该根据重叠复用原理,用时间域间隔为T/K独立样点的重叠时域复用技术,使系统容量与K成正比.由于冲击响应持续时间为T信道的带宽B趋近于无穷,时间域独立样点间隔1/2B为0,所以K不受限制.此外,还证明了重叠复用的实质是建立超大容量的独立并联高斯信道.     

基于移动通信电路域的语音信息隐藏算法

通过分析移动通信电路域语音信道的结构特点,提出了一种适用于移动通信电路域信道的抗语音声码器断续传输(DTX)处理和有损压缩的语音信息隐藏算法.选择经语音端点检测判决为浊音帧的有效语音信号进行3级小波分解,选择第3级小波细节系数做快速傅里叶变换(FFT)后,在表征频带0.5～1 kHz的FFT系数上根据听觉掩蔽理论对秘密信息进行量化抖动调制嵌入,实现秘密信息在语音中的隐藏.实验结果表明,该算法模型在10 bit/s上限容量时,携密语音质量评价分数高于3.48,经过全球移动通信系统增强型全速率声码器的DTX技术处理、有损压缩以及信道中存在的其他干扰后,误码率保持在0.06左右.     

FFT与CZT联合算法用于光纤法布里珀罗传感器解调

通过对法布里-珀罗（F-P）型压力传感器傅里叶解调法的理论分析,在FFT的基础上引入CZT（线性调频Z变换）,以对传统的FFT算法进行改进.通过Matlab模拟解调,该联合算法相对误差仅为0.1%.在对测量范围为0-3 MPa的F-P腔MEMS压力传感器进行的解调试验中,当采用256点FFT变换和100点CZT变换时,其分辨率达到0.05 MPa,拟合度为0.99316.实验证明,FFT、CZT联合解调的方法可以达到较高的精度,满足实际需求.其计算量小、解调精度高的优点,使它具有解调传感器复用信号的潜力.     

基于稳态循环谱特征的通信辐射源识别方法

为实现低信噪比环境下多种通信辐射源的高精度识别,提出了一种基于稳态循环谱特征的通信辐射源识别方法,利用循环谱频域截面谱对高斯噪声的强鲁棒性,提取不同辐射源成形滤波器间的本征差异进行识别.首先对接收到的稳态信号提取循环谱频域截面谱并利用主成分分析方法降维,之后分别采用皮尔逊相关系数法、概率神经网络、弗雷歇距离法等判决方法进行辐射源类别判决.仿真实验显示,该特征使用概率神经网络判决和皮尔逊相关系数法判决,显著优于传统循环频率域的切片特征,证明有一定应用价值.     

补0的TD-AltBOC多信号分量联合捕获方法

针对TD-Alt BOC导频路和数据路码片时分复用,四信号分量码相位相同的特点,提出了补0的TD-Alt BOC多信号分量联合捕获方法。该方法通过将本地复制的TD-Alt BOC信号奇数和偶数码片伪随机码分别补0消除相邻码片数据跳变造成的相关峰损失,将4个信号分量的相关值进行多种相干组合,选取最优的相干组合相关值作为最终的统计判决量,解决了传统的单信号分量捕获方法损失信号能量的问题。从理论上分析了TD-Alt BOC信号码片时分复用对传统FFT捕获方法性能的影响,推导了所提出方法的虚警概率和检测概率表达式。理论和仿真结果表明:所提出的方法比传统FFT方法和GPS L2C CM码单信号分量捕获方法提高捕获灵敏度3~6 dB,降低平均捕获时间5%~35%,当载噪比为38 dB-Hz,虚警概率为0.1%时,检测概率可达80%。     

可同时实现车载UWB通信及雷达测距的系统问世

日本信息通信机构等4家公司联合开发出可采用车载UWB（超宽带）技术进行通信，以及利用近距离雷达检测距离的系统，其特点是由同一硬件同时实现通信及测距。该系统除用于车辆问通信及路车通信外，还可用于泊车时通过检测周围障碍物来辅助制动的泊车辅助系统，以及预防碰撞安全系统等。     

一种多轨道角动量模行波谐振腔天线

为解决当前轨道角动量天线难以小型化和多模工作的问题,推进轨道角动量在无线通信领域的实际应用,用谐振腔本征模理论成功设计、加工并测量了一种基于环形基片集成波导谐振腔的多轨道角动量模天线．经仿真分析和实际测量,该天线在4.1GHz和6.2GHz上谐振并分别产生了模数l=1和3的轨道角动量,与理论分析吻合较好．与现有的其他天线相比,该天线具有结构高度小型化、易集成、能利用单个腔体的多种模式产生多模轨道角动量的优点,在无线通信领域更具实用价值．     

光学超晶格中涡旋光的产生与调控

携带轨道角动量的光束,又称为涡旋光,因其新奇的相位分布和物理特性,在光学微操控、超分辨成像、高容量光通信和量子信息技术等领域有重要的应用.涡旋光应用于不同场景需要不同的频率,使用基于准相位匹配原理的光学超晶格作为非线性转换晶体,是获得新频率光源的重要手段.涡旋光与介质的非线性相互作用,不仅要考虑常规的能量守恒和线性动量守恒,还需要关注轨道角动量的守恒问题.本文综述了光学超晶格中涡旋光产生和调控方面的研究进展.通过倍频、和频、三倍频和参量下转换等非线性频率转换过程,可以高效的将涡旋光的工作波长拓展到蓝紫直至中红外波段;通过光学超晶格倒格矢的精密设计,可以灵活调控涡旋光非线性频率转换过程中的轨道角动量转移等.基于非线性全息思想设计非线性光子晶体,可以在频率转换的同时调控光场的波前、相位和振幅等物理参量,从而实现涡旋光束的非线性产生;伴随着超晶格制备技术的突破,调控的维度也从二维拓展至三维.光学超晶格中涡旋光产生和调控的研究,可以加深对轨道角动量这一重要物理守恒量的理解,以及推动相关应用研究的进展.     

Ku波段电磁涡旋相控阵列天线设计

为了能产生性能更好携有轨道角动量的涡旋电磁波,采用微带天线技术,设计了一种新型的相控微带阵列天线.以同轴馈电的圆微带天线为单元,将8个、16个相同的单元天线等间隔的分布在一个同心圆上分别组成两个单圆环和一个双圆环结构的相控阵列天线,并采用等幅且同一环的相邻单元间相位差为常数的方式进行激励.通过电磁场全波仿真软件Ansoft HFSS建模并优化,单圆环和双圆环阵列结构均在中心频率为15 GHz处获得了携有轨道角动量的涡旋辐射方向图.结果表明:虽然单圆环结构的相控阵列天线可通过增加阵元数来改善电磁涡旋性能,但不可避免的造成更大的天线体积;而利用双圆环结构,由于增加一个内环设计自由度,结合内外环的协同优化仿真,通过设置适当的天线阵列结构和相位延迟,双圆环结构较单圆环结构产生的涡旋电磁波有更小的中心轴线开口张角,具有更强的涡旋方向性和更高的辐射增益.     

基于快速傅里叶变换和db小波变换的谐波检测

在电力系统谐波检测中,使用快速傅里叶变换法(FFT)可以得到平稳谐波信号中的频谱,从而可以确定该信号中谐波的频率和幅值等信息.但FFT局限于得到信号的频域信息,很难检测到谐波发生的具体时刻,而小波变换可以捕捉到信号中的细节部分.针对复杂谐波信号,提出了一种将快速傅里叶变换和小波变换相结合的检测方法.由Matlab仿真结果可知,该方法可以检测稳态谐波,确定暂态谐波的突变时刻.     

基于并行FFT的OFDM符号定时与整数倍频偏联合同步算法

提出了一种适用于OFDM系统的符号定时同步与整数倍载波频偏（相对于子载波间隔归一化）联合同步算法,它仅采用包含一个OFDM符号的前导码来实现准确的符号定时和整数倍载波频偏估计。联合同步算法采用并行FFT算法结构,能够并行地在时域和频域对接收OFDM信号中的前导码进行并行搜索,在完成定时同步的同时给出子载波频偏的整数倍估计。计算机仿真结果表明在高斯白噪声信道以及瑞利衰落信道下,该联合同步算法在定时同步的准确性、抗噪声性能以及载波频偏估计的范围上要明显优于现有算法,并且由于采用了时频二维并行同步结构,使得联合同步算法具有更快的同步收敛速度。     

离散傅立叶变换的迭代算法

本文提出了一种新的离散傅立叶变换算法(Iterative Algorithm for theDiscrete Fourier Transform),简称IAFT。IAFT算法和FFT算法在其本原理上完全不同,IAFT采用循环迭代的计算过程来实现DFT。这种算法能够使第一个采样点进入后就开始运算,而和其他点的运算没有关系。各点的运算可以互不影响地进行。当最后一个采样点输入后,就可以往外连续输出变换的结果。这种算法的特点是充分利用了输入时间进行计算,因而得到快速处理的效果。该算法对信号的点数无限制,可以是任意的自然数。该算法所需的硬件在并行处理的情况下比EET简单而且规则,其变换时间极限情况达到输入信号所需时间加上作一次乘法所需的时间,一般考虑所需硬件最少,极限最长时间为输入信号所需时间加上作N次乘法所需时间。     

Fast Rail Defect Inspection Based on Half-Cycle Power Demodulation Method and FPGA Implementation

In this paper, a fast-speed and real-time online rail inspection method based on half-cycle orthogonal power demodulation algorithm is proposed. For this method, the power characters of detection signal which represent the degree of rail track can be calculated using only half-cycle detection signal because of the symmetry characteristic of detected sine signal and reference signal. The theoretical analysis, simulation results and experiment results show that the demodulation precision of proposed method is almost equal to fast Fourier transform (FFT) demodulation method and orthogonal demodulation method, but has high demodulation efficiency and less FPGA resources cost. A high-speed experiment system based on three coils structured sensor is built for rail inspection experiment at a moving speed of 200 km/h. The experiment results show that proposed method is more effective for rail inspection and the time resolution of proposed method is double of classic method that based on FFT and orthogonal.     

基于噪声水平估计的帧复制篡改取证算法

基于视频噪声的时域变化规律,提出一种可鉴别帧复制篡改的噪声水平检测方法。对各视频帧实施小波变换,利用小波系数的绝对中位差估计各视频帧中混入高斯噪声的标准差,并对标准差时域序列进行快速傅立叶变换,计算幅频谱的峰均比,再通过对峰均比作硬阈值判决,判断标准差时域序列是否存在周期性,自动识别帧复制篡改。结果表明,噪声水平检测方法可确保伪造视频幅频谱具有较大的峰均比,检测准确度比较高,相比于现有检测方法,避免噪声干扰带来的性能损失,表现出较好的检测性能。