扩频时隙ALOHA及其在CDMA通信中的应用

文章在分析传统ALOHA随机多址协议不足的基础上对扩频时隙ALOHA的基本原理及其性能进行了研究,并对其在第三代CDMA移动通信系统中的应用作了探讨。     

GPS调零天线的数字接收机阵列

研究了GPS调零天线系统数字接收机阵列的一种高效实现方案.提出采用新型的可配置时分复用FIR滤波器组,实现了多通道数字下变频处理中的采样速率转换与滤波器系数重加载,通过对GPS调零天线系统四通道数字接收机阵列的设计实现与测试分析可以得出,此方法与多通道并行重复处理的常规数字下变频方式相比,可以节约大约60%的FPGA硬件资源,并可增强系统实现的灵活性.     

基于扩频ALOHA的RFID防碰撞算法

在射频识别系统中,读写器作用范围内的多标签识别存在数据碰撞的问题。为此,在分析ALOHA算法的基础上,应用码分多址技术,提出一种基于Gold码扩频的ALOHA防碰撞算法,并进行算法的推导和仿真。该算法的吞吐量会随着标签数据帧发送延时的增大而减小,随着扩频码数量的增加而增大。当扩频码数量和负载相等时,系统吞吐量最小;当扩频码数量大于负载时,吞吐效率会随扩频码数量的增加而增大,系统吞吐效率高于时隙ALOHA。应用Simulink构建基于码分多址的多标签与阅读器通信系统,分别研究信噪比、上行速率和帧长对通信误码率的影响,实验结果表明,该算法可提高阅读器与标签之间的通信质量,在现实情况下误码率趋近于0。     

多跳虚拟MIMO系统中随机接入的MAC方案

针对多跳虚拟多输入多输出系统及其动态资源分配进行研究。基于信道模型构建多跳虚拟多输入多输出系统的传播和连接模型，并提出一种分布式MAC方案。通过一个帧ALOHA协议把时间轴分割成帧(每一帧由给定数量的时隙构成),将时隙资源独立分配给每一跳，多跳链中的每个虚拟天线阵列随机选择一个时隙，实现在每一跳上的节点独立选择无线资源；对基于帧ALOHA协议的系统性能进行详细分析，得到它们的解析表达式。仿真结果表明，所提方案有较好的系统性能，优于集中式资源分配方案。     

面向卫星网络的扩频多址接入控制方法

针对卫星网络传输时延长、通信时间短和突发业务量大的特点,首先设计了高优先级、高实时性业务主动重传策略,然后在此基础上提出了一种面向卫星网络的主动重传扩频时隙ALOHA多址接入控制方法.该方法融合了扩频通信、S-ALOHA随机访问控制协议和主动重传策略的优点,能满足特殊环境中提供"区分服务"的实际要求.最后的仿真结果不仅证实了该方法的吞吐性能比时隙ALOHA系统有了很大的提高,而且能以较小的吞吐量损失为代价增加高优先级业务的成功发送率.     

基于信号强度的分组帧时隙ALOHA防碰撞算法

针对现有ALOHA防碰撞算法存在系统吞吐量低下的问题,利用射频识别阅读器和标签之间的信号能量传输特点,对帧时隙ALOHA算法( FSA)进行改进,提出一种分组帧时隙ALOHA防碰撞算法。根据接收信号能量的强度将标签均匀分布到帧时隙中进行分组应答,从而降低标签碰撞概率。仿真实验结果表明,在标签数与帧时隙数之比小于1.8的情况下,该算法最大系统吞吐量可达50%,优于FSA算法及碰撞分组算法。     

抗干扰兼容型卫星导航接收机设计与仿真

抗干扰兼容型卫星导航接收机既可以使用组合卫星定位系统进行高精度定位,又具有优良的抗干扰性能。其抗干扰性能通过自适应调零天线实现,介绍了系统硬件电路实现,并在相应硬件平台上,采用功率反演算法进行干扰抑制。仿真测试结果表明,自适应调零天线有效地提高了接收信号的信噪比,提高了兼容型卫星导航接收机的应用范围。     

P坚持时隙ALOHA稳定性

动态频谱共享无线通信系统使用时隙ALOHA协议完成对数据信道的竞争,稳定性问题是时隙ALOHA协议的固有特性。通过建立p坚持时隙ALOHA的系统模型,分析了在重传概率确定情况下,新包的生成率对系统稳定性的影响,以及新包的生成率已知情况时,重传概率对系统稳定的影响;通过数值计算与仿真,给出了两种情况下系统稳定的条件。     

基于汉明重分组的动态帧时隙ALOHA 防碰撞算法

针对射频识别(RFID)系统中标签较多时动态帧时隙 ALOHA 算法识别效率快速下降的问题,在动态帧时隙 ALOHA 算法的基础上,利用标签 ID 前 M位的汉明重量对阅读器范围内标签进行分组,提出了一种基于汉明重分组的动态帧时隙 ALOHA 算法(LGDFSA),并利用 MATLAB 对它进行了仿真模拟。仿真结果表明,LGDF-SA 算法与动态帧时隙 ALOHA 算法相比,当标签数较多时,系统吞吐量提高,并趋于稳定,总操作数有所减少,系统总体效率提高。     

基于压缩感知技术的自适应阵列天线滤波系统的研究

随着通信等行业的发展,对自适应阵列天线滤波系统的吞吐量提出了更高的要求。本文利用压缩感知技术的稀疏化特点降低数据的计算复杂度。首先减少天线阵元所接收信号的测量数据,再送至自适应天线系统进行滤波处理,然后通过重构算法——SP算法(子空间匹配追踪)进行信号重构,能有效地降低自适应阵列天线滤波系统的计算复杂度,提高自适应阵列天线滤波系统的数据吞吐量。     

基于PSRP-CDMA的扩频Ad Hoc网络性能

分段时隙预约分组的码分多址接入(Partitioned Slotted Reservation Packet CDMA,PSRP-CDMA)协议是一种可以提供分组级信道、无协商使用信道的码分多址接入协议,此协议的分组格式由分组头和分组负荷组成,分组头通过时分多址机制接入信道,分组负荷通过码分多址机制接入信道。在考虑簇内多址干扰的基础上,给出了基于PSRP-CDMA的时隙扩频Ad Hoc网络理论分析模型,推导出了分组传输成功概率,得到了系统吞吐量和传输时延的表达式。分析了扩频增益、接收信号信噪比和网络负载等对网络性能的影响。数值结果表明,与基于竞争机制RP-CDMA的扩频Ad Hoc网络相比,PSRP-CDMA的归一化网络吞吐量能够提高25%。     

无标签数估计的被动RFID标签防冲突二进制树时隙协议

为提高射频识别(radio frequency identification,RFID)标签的吞吐量并减少系统的复杂度,针对被动式RFID标签识别系统,提出了3种新的标签防冲突协议,分别是动态二进制树时隙协议、自适应二进制树时隙协议和分裂二进制树时隙协议.这3种协议均采用二进制树时隙的算法,即标签先随机选择时隙,如果发生冲突,则冲突的标签立即执行二进制树分解,而其余的标签等待,直到分解结束再识别等待的标签.其最大优点在于无需估计标签,可减少系统的复杂度,同时,又能保持较高的识别标签的吞吐量,而且吞吐量不受标签的变化影响.从仿真结果看,所提出的3种RFID标签防冲突协议的最大识别的吞吐量能达到0.425,高于传统的动态帧时隙Aloha协议、树时隙类Aloha协议,并且当标签在5～1000时,识别吞吐量未产生大的波动.     

时隙ALOHA二进制指数回退算法

时隙ALOHA由于简单而被广泛应用于无线通信中,但时隙ALOHA本质上是不稳定的,各种控制算法被应用以保证系统的稳定吞吐量。在建立二进制指数回退(BEB)算法的马尔可夫模型基础上,分析了系统的稳定性调节过程。数值计算和仿真测试表明二进制指数回退算法能够保证系统的稳定性,且当节点数在一定范围内时能获得时隙ALOHA的理论极限吞吐量。比较了二进制指数回退算法与伪贝叶斯算法在平均吞吐量的性能差异,结果表明,BEB算法受窗口值的影响,当用户数较大(大于128)或较小(小于32)时,吞吐量均较伪贝叶斯算法低。     

一种改进的RFID动态帧时隙ALOHA算法

射频识别(RFID)系统中,存在多个电子标签同时响应读写器的可能性,这将使得电子标签产生碰撞现象。在对帧时隙ALOHA算法分析的基础上,提出了一种改进的RFID动态帧时隙ALOHA算法。该算法通过对读写器范围内的标签数进行估计,设置最佳帧长度,使RFID系统获得最大吞吐量,从而提高标签的识别效率。仿真结果表明:与传统ALOHA算法相比,性能有明显改善。     

基于TDMA的无冲突动态时隙分配算法

针对分簇Ad Hoc网络中固定时隙分配算法信道资源浪费和竞争时隙分配算法传输延迟不固定的问题,提出一种基于时分多址接入的无冲突动态时隙分配算法。该算法根据网络负载动态调整帧长,即当网络负载增大时,增加帧长,提高信道利用率;当网络负载减小时,减少帧长,降低信道申请时延。仿真结果表明,与NEBS算法和时隙ALOHA算法相比,该算法可根据网络负载动态调整资源分配,从而提高系统的吞吐量。     

时隙ALOHA协议下的网络化控制系统协同设计

针对网络化控制系统中信道容量有限的问题,本文提出一种基于时隙ALOHA通信协议的控制与通信协同设计方法.将控制系统的采样周期划分为若干等长度的时隙,在每个时隙中,系统的分布式传感器通过时隙ALOHA协议来随机竞争接入网络.由于在不同的采样周期各个传感器的接入状态不同,整个状态反馈控制系统将在若干子系统之间进行切换.据此,本文建立了离散的切换系统模型,并利用分段李雅普诺夫函数方法和平均驻留时间技术得到了能够保证系统指数稳定的充分条件.然后,给出能够保证控制系统稳定所需的信道吞吐率的界限,进而得到了时隙ALOHA协议中的最大重传次数与控制系统衰减率的定量关系.通过上述方法,本文建立了控制-通信协同设计的框架结构,可将控制器的增益矩阵和时隙ALOHA通信协议进行协同设计.最后,通过仿真验证了本文所提出的协同设计方法的有效性.     

自适应动态时隙ALOHA防碰撞算法的研究

时隙ALOHA算法是射频识别系统中通过分时复用方式的一种防碰撞算法,应答器在分配到的时隙中与阅读器进行数据交互.提出一种改进的自适应帧时隙ALOHA防碰撞算法,能够使得时隙到优化分配,进一步提高应答器的识别效率.     

基于动态因子均值的动态帧时隙ALOHA算法研究

动态帧时隙ALOHA算法是基于概率型的ALOHA算法的改进算法。在一定范围内,该算法识别标签时,帧时隙数能够随着标签数量的增加而动态增加;但当识别大量标签时,由于读写器硬件的限制,资源利用率和系统吞吐量大大降低。针对此问题,提出了一种基于动态因子均值估计算法的动态帧时隙ALOHA算法。首先,使用动态因子均值标签估计法对标签数量进行准确估计;然后,使用所提出的动态帧时隙ALOHA改进算法对准确估计的标签进行分组,并按照分组依次进行识别;最后,分别对动态因子均值标签估计算法和应用该标签估计算法的动态帧时隙ALOHA算法进行仿真。仿真结果表明,所提标签估计算法能够对标签进行准确的估计,使估计误差保持在5%的范围内。基于动态因子均值标签估计算法的动态帧时隙ALOHA算法能够保证30%以上的高系统利用率,而且整个识别过程所需的帧时隙数比动态帧时隙ALOHA算法下降了45%左右。     

一种新的RFID混合防碰撞算法

针对射频识别（RFID）系统随机性防碰撞算法中标签识别效率低的问题,提出了一种新的RFID混合防碰撞算法。新算法采用帧时隙ALOHA（FSA）机制,根据碰撞时隙数直接估计出总的未识读标签数目,经多次动态调整帧长,获得最优帧长,然后使读写器按照最优帧长分配时隙以供标签响应,在碰撞时隙内调用自适应搜索矩阵（ASM）算法对响应标签进行识别。理论研究和仿真表明,新算法有效实用,可有效提高系统性能,使时隙吞吐量达到40%以上。     

自适应帧长调整DS-ALOHA防碰撞算法

针对射频识别(RFID)碰撞发生概率较大等问题及读写时隙、帧长等参数影响识别性能等分析,提出了高效自适应帧长调整动态时隙ALOHA(DS-ALOHA)防碰撞算法。它在RFID阅读器对应答器读写中,通过估计应答器数量,自适应调整帧长及动态时隙,使帧长与应答器数量相匹配,获得最佳吞吐量,极大减小碰撞概率,以有效提高传输效率。仿真表明:与现有算法相比,在应答器数为1000等相同条件下,传输时隙减少了约200个,较好改善了RFID系统识别效果,可用于快速标记识别物联网等实用系统。