DC-OFDM超宽带通信系统研究

在室内短距离无线通信技术中,超宽带(Ultra WideBand,UWB)技术凭借低成本、低功耗、保密性强、抗干扰能力强、传输速率高等优点,近年来得到了广泛的研究与发展,成为宽带无线通信系统的核心技术之一,已经受到学术界和工业界的广泛重视,具有广阔的应用与市场前景。本文以双载波-正交频分复用(dual-carrier orthogonal frequency division multiplexing,DC-OFDM)超宽带系统方案为研究对象,介绍了系统工作原理、发射端和接收端关键模块、频带划分方案等;阐述了超宽带短距离无线通信系统研究中使用的超宽带信道模型,用仿真数据说明了该信道模型的冲击响应特性;并分析了基于该模型的DC-OFDM超宽带系统的误码性能。     

超宽带脉冲信号的波形设计研究

UWB无线通信脉冲发射波形的优化设计不仅能够大大提高UWB系统的位误码率（BER）性能,而且还可以优化UWB无线系统的设计、提高功率效率、降低干扰并使得UWB无线通信系统与其它传统的通信系统能够更好地共存。脉冲波形设计在UWB系统中具有重要作用与意义。文章根据超宽带系统的特点与需求,提出了成形脉冲设计的具体要求和相关的评价指标。并介绍了UWB成形脉冲中几种典型超宽带成形脉冲。主要介绍了：高斯脉冲及其各阶导数脉冲、Hermite正交脉冲以及扁长椭球波函数（PSWF）正交脉冲等的实现原理和特点,最后介绍了脉冲波形设计过程中需要注意的一些影响因素。     

基于FPGA的简易数字信号传输性能分析系统

基于 FPGA 产生伪随机信号和曼彻斯特编码,以 MSP430为基本功能控制单元,通过三路低通滤波器和伪随机信号信道噪声来模拟传输信道,设计了一个以数字信号发生器,模拟传输信道和数字分析电路为核心的简易数字信号传输性能分析系统,实现了数字信号传输特性测试.测试表明系统工作稳定,输入信号动态范围大,眼图清晰,达到了设计要求.     

基于压缩传感的脉冲超宽带系统窄带干扰估计算法

针对超宽带抗干扰通信中较难实现射频窄带干扰(NBI)估计问题,根据超宽带信号为时域极窄脉冲而窄带干扰为连续波这一主要特点以及窄带干扰的频域稀疏特性,提出了一种基于压缩传感理论的改进正交匹配追踪(OMP)估计算法,该算法以重构误差变化率作为匹配过程的迭代终止条件,在低于奈奎斯特采样率下进行窄带干扰信号频率和幅度估计.理论分析和实验表明,该算法利用射频接收信号的欠采样值,采用较少的迭代次数,可以有效实现超宽带系统中单个或者多个窄带干扰信号估计.     

金属介质中声载波信号传输系统设计

针对电磁干扰和屏蔽等复杂环境下的无线通信难问题,设计了一种以超声波为信息传输载体,以金属介质为信息传输信道的通信系统。系统以FPGA为2FSK信号调制解调系统的核心,利用高频升压芯片和场效应管设计了声波发射驱动电路。在分析了阻抗匹配特性后,设计了接收端放大电路和带通滤波电路,对信号进行调理。测试结果表明,该系统能实现较低速率的信号传输,验证了利用超声波在金属介质中进行通信的可行性。     

基于脉冲反射式的超声测厚系统的设计

设计了一种基于脉冲反射式的超声波测厚系统,系统采用AVR Atmega128单片机作为控制芯片,并包含超声波发射电路、接收电路、放大电路、LCD显示电路、键盘电路、232通信电路、计数器电路,另外通过软件部分的设计实现了精确测量、丰富的信息量实时的显示、并把测量的数据通过串口传输到PC中进行分析与比较.以钢板为试样对系统进行了性能的测试,得出数据并给出了测量误差产生的原因.     

UWB MAC协议作用及其设计约束

超宽带(UWB)无线通信是一种短距离传输技术,在超宽带无线通信中媒体介入控制(Medium access control,MAC)功能扮演着非常重要的角色,它为上层链路层提供快速、可靠的报文传送支持。本文阐述了MAC协议在UWB系统中的作用,并分析了UWB系统对MAC设计的约束和限制。     

短距离无线电能传输装置的实验研究

针对传统的电线输电方式存在的很多安全隐患问题,对实现无线电能传输、增加脉冲驱动能力、调节谐振频率以提高传输效率等方面进行了研究,分析了两线圈无线能量传递的影响因素,设计了一种基于磁耦合谐振原理的无线电能传输装置。该装置由发射模块和接收模块组成,发射电路通过晶体振荡产生了精准的控制频率,并通过高压半桥驱动芯片驱动半桥功率电路实现了无线电能发射;接收电路由谐振回路和桥式整流电路组成,将交流电压处理成直流电压,滤波后供给负载。研究结果表明,该装置工作稳定,能实现较远距离的无线电能传输,当负载采用2个1 W的LED灯珠串联时,可在80 cm左右远处将其点亮;同时,在短距离内可以达到较高的传输效率,能够为手电筒、mp3等小功率电子产品充电。     

超宽带技术在工业通信中的应用研究

超宽带(UWB)技术由于其特有的优点受到越来越多的关注,与现有无线通信技术相比,UWB技术占有更宽的频带,具有更高的传输速率,更强的抗干扰能力.本文指出了UWB技术应用于工业通信时需要解决的问题.针对UWB系统的MAC协议设计这一热点问题,文章通过对现有用于UWB通信系统的MAC协议的综合分析和比较,提出针对工业通信需求的UWB-MAC协议设计的要求.     

基于稀疏小波变换的超宽带低信噪比信号检测算法

脉冲超宽带信号是时域瞬态脉冲,功率谱密度极低,在远距离通信时,信号淹没在噪声中较难检测,对前端采样率要求较高.针对脉冲超宽带低信噪比检测问题,提出了一种在脉冲波形先验信息已知条件下,基于稀疏小波变换的低信噪比检测方法.针对超宽带信号在小波域具有稀疏分布这一特征,依据压缩传感理论,分析并仿真了稀疏基矩阵选择时域采样矩阵和小波矩阵时,信噪比对于性能的影响,提供了重构算法中迭代终止门限的选择方法.仿真实验表明,相对于稀疏基矩阵为时域采样矩阵,采用小波变换矩阵可以在较低信噪比条件下实现超宽带信号的降噪重构.     

浅表层伪随机编码超宽带探地雷达研制

伪随机编码信号因为有着较大的时间带宽积和良好的自相关特性,在探地雷达设计中有着广阔的应用前景。介绍了一套伪随机编码超宽带探地雷达的原理和具体实现方法。基于数字芯片的超宽带信号产生和采样方法,极大地降低了系统设计复杂程度,易于调试。串并转换技术实现了FPGA和高速DAC的数据速率转换。混合采样技术降低了实时采样率,从而降低了采样芯片成本。现场实验结果表明,伪随机编码超宽带信号可以有效地应用于探地雷达,可以在极低功率下实现对地下目标的探测识别。增加编码长度可以在分辨率不变的情况下增加发射能量,从而提高探测性能。     

超带宽无线通信中高速纠错编码硬件电路设计

超带宽(Ultra Wideband,UWB)系统具有高传输速率、低功耗、低成本等独特优点,是下一代短距离无线通信系统的有力竞争者。维特比(Viterbi)译码性能优越,在允许全并行情况下实现高速传输。文章研究并实现了一种Viterbi码在AWGN信道和基于OFDM调制的超带宽系统中的应用。     

基于光子波形发生器产生高效超宽带信号的研究

利用一个多功能光子波形发生器生成一组5.5GHz超宽带信号。多功能光子波形发生器由一个单级双驱动马赫曾德尔调制器及一段单模光纤组成,通过调节双驱动马赫曾德尔调制器的输入射频信号及直流偏置,以及单模光纤的色散,可以产生单峰脉冲、双峰脉冲和一个具有高功率谱效率的超宽带信号,产生的超宽带信号完全符合美国联邦通信委员会制定的室内通信辐射限制要求,普通的单峰脉冲和双峰脉冲的光功率谱效率分别可以达到0.1%和0.74%,经过变量特殊设置,可以产生一个高效的超宽带信号,其功率谱效率可以高达24.03%。这种超宽带信号发生器可以用于室内定位、室内通讯等领域。     

基于脉冲响应消岐重构的 UWB 测距优化方法

UWB 测距技术因功耗低、安全性高等优势在工业领域应用日益广泛。 工业非视距场景下 UWB 脉冲信号由于穿透衰 减和多通道反射等因素,存在首径信号衰减和多径延迟的问题,将会降低系统的定位精度。 针对该问题,通过对 UWB 信号传 递及响应建模,提出一种基于 UWB 信道脉冲响应的消岐重构算法,将信道脉冲簇信号进行泊松过程解析,对代表直线传播距 离的首径信号进行特征增强,实现了复杂多径干扰下的首径信号提取与分离,提高了信号到达时间辨识精度,减少了 UWB 测 距误差。 进一步地,依据 IEEE802015. 4a 标准对 UWB 信道响应进行仿真,并实现了不同遮挡环境下的实验研究,仿真和实验结 果表明,本文提出的消岐重构算法能够显著提高多干扰环境下的定位精度,在存在多反射源和多遮挡物的工业非视距场景下, 可使定位误差相较于传统阈值法降低约 79. 1% 。     

基于FBMC的水声信道估计与温度因素的研究

水下环境的复杂性对水声通信带来挑战,不同温度、深度和盐度的海洋环境对通信性能的影响值得关注。本文对温度因素影响下的水声信道进行分析,为进一步研究基于滤波器组多载波(FBMC)水声信道估计问题提供了参考。将FBMC/OQAM调制技术引入水下,研究基于FBMC的水声信道估计技术。通过改进导频结构来适应复杂多变的水声信道,采用迭代方法获得精确度更高的信道信息,进一步提高信道估计性能。理论分析和仿真结果表明,本中所提的新基于干扰近似方法(IAM)导频迭代信道估计算法在水声信道中有更好的性能。     

基于 EC-01M 的嵌入式 EtherCAT 主站设计

针对目前采用以脉冲模拟量方式设计的多轴运动控制卡中存在的响应速度慢、灵活性差和同步性差等问题,以及目前 EtherCAT 主站实现方案中存在的成本高、操作复杂和开发周期长等问题,提出了一种使用主站芯片实现 EtherCAT 通信的多轴运动控制卡方案。通过 STM32H743IIT6 搭载 EC-01M 主站芯片实现 EtherCAT 通信,搭建了基于 EtherCAT 通信的多轴运动控制实验平台,进行了实验测试与性能分析并对 EC-01M 同步性问题进行了研究优化。实验结果表明,该控制系统操作简单,学习容易,同步控制性能良好,可移植性强,为嵌入式系统实现 EtherCAT 通信提供了一种新的方案,具有一定的参考意义。     

适用任意平面阵列的二维宽带DOA快速估计算法

二维宽带波达方向(DOA)估计对实现水声通信定位一体化具有重要作用。双边相关变换(TCT)算法是高分辨宽带DOA估计的经典算法之一,但只适用均匀线列阵下的一维DOA估计,且计算量大。本文在对TCT简化算法(STCT)进行扩展改进的基础上,提出了一种适用于任意面阵列且具有低计算复杂度的二维宽带DOA快速估计算法。所提算法利用水声通信同步信号的已知波形对阵列输出数据进行匹配预处理,有效压缩了聚焦变换所需频点数量,从而降低了聚焦变换过程的计算量;利用余弦域加速粒子群最优化(APSO)搜索二维空间谱谱峰,在保持高搜索精度的同时显著降低了搜索计算量。相较于单纯的STCT扩展算法,所提算法保持高DOA估计精度,在信噪比为20 dB时精度约为0.02°,但计算量远低于前者。仿真和实验结果验证了所提算法的优势。