基于优化多重索引的椭圆球面波函数多载波索引调制解调方法

围绕如何提高椭圆球面波(PSWFs)多载波调制系统频带利用率,该文在双模PSWFs多载波索引调制解调方法的基础上,引入由额外星座点组成的第3星座图,提出基于优化多重索引的PSWFs多载波索引调制解调方法BIM-MCM-PSWFs。该方法通过对分组后每个子块中子载波的多重排列组合,拓展了信号索引维度,增加了调制符号组合数,实现了双模PSWFs多载波索引调制解调方法中频谱资源的进一步利用,有效提高了系统频带利用率。理论和仿真分析表明,该文所提方法相较于双模PSWFs多载波索引调制解调方法,以适当牺牲误码性能为代价,具有更高的系统频带利用率,当n=9, k=1, m=4时,以误比特率(BER)牺牲了0.70 dB为代价,系统频带利用率(SE)提升了20.1%。     

基于PSWF的正弦载波调制方法

为了有效提高系统的频带利用率,该文提出了基于椭圆球面波函数(PSWF)的正弦载波调制方法。在该方法中,采用时域持续时间有限、频域带宽近似有限的椭圆球面波函数设计频谱相互混叠或交叠的多路时域正交基带调制波形,进行多路基带预调制,通过正弦载波调制将信号频谱搬移至辐射频段。经理论分析及仿真验证,该调制方法可使通信系统的单位频带利用率快速接近2 Baud/Hz,提升速度优于OFDM调制,同时也使系统具有较好的功率利用率,且简单易实现。     

椭圆球面函数频域调制解调方法

针对基于椭圆球面波函数(PSWFs)的非正弦时域调制算法复杂度高的不足,该文引入空间映射,分析了PSWFs信号频域完备正交性,推导出PSWFs信号频域有效表示所需最小抽样点数。在此基础上,引入复数域映射、FFT/IFFT信号处理框架,提出PSWFs频域调制解调方法。该方法将PSWFs信号处理由时域拓展到频域,在频域进行信息加载与检测,为探索研究PSWFs信号在5G、超5G等采用频域信号处理的通信系统中的应用提供了可能。理论和数值分析表明,相对于PSWFs时域调制,所提方法将能够在不改变系统频带利用率、系统误码性能、调制信号能量聚集性以及信号峰均功率比的前提下,显著降低算法复杂度,将运算复杂度由O(2Qg²)降低为O(g²+glog₂g)。

     

基于PSWF框架的非正交脉冲波形调制方法

现有调制方法主要基于正弦函数,并利用其正交性传输信息.本文突破对调制信号的正弦函数约束和正交性限定,从椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)的高能量聚集性和框架函数系的过完备特性入手,提出基于PSWF框架的非正交脉冲波形调制方法(Nonorthogonal Pulse Shape Modulation,NPSM).该方法利用频谱交叠的非正交PSWF获得了优良的功率谱特性,同时利用框架函数的过完备特性,在提高系统频带利用率的同时,有效消除码间串扰.与目前广泛应用的QAM-OFDM方法进行性能相比,在相同调制幅度数和误码率的情况下有2dB的优势,且该优势随调制进制数增加而扩大,同时其调制信号具有良好的功率谱特性,PAPR性能比相同频带利用率的QAM-OFDM有3dB的优势.     

正交椭圆球面波函数脉冲调制方法

为了提高通信系统的功率效率和频谱效率,该文提出正交椭圆球面波函数(PSWF)脉冲调制方法。该方法利用具有高能量聚集性的椭圆球面波函数作为传输波形来提高通信系统的功率效率,采用时域正交、频谱混叠或交叠的正交脉冲组传输信息,以减小信息传输带宽,提高通信系统的频谱效率。理论分析及仿真结果表明,该方法可使通信系统的单位频带利用率快速接近2 Baud/Hz,且已调信号具有较好的频域能量聚集性,不仅有利于提高系统的功率效率,还可有效减小对相邻通信用户的电磁干扰。     

基于椭圆球面波的非正弦解调方法及性能分析

为了解决基于椭圆球面波的非正弦通信系统收信端数据解调问题,提出了基于椭圆球面波的非正弦解调方法。该解调方法由相关解调器和基于最小距离检测准则的检测器组成,对解调方法的最佳性进行了证明,对理论误码率进行了推导和仿真。理论分析和仿真结果表明,在加性高斯白噪声信道和发送数据先验概率相等的情况下,基于椭圆球面波的非正弦解调方法是最佳的,该解调方法能使收信端数据正确判决概率最大,错误判决概率最小。     

基于椭圆球面波信号的连续相位调制及其频谱性能分析

椭圆球面波信号（PSWF）是时频域最佳能量聚集性信号,探索性地将PSWF信号应用于连续相位调制（CPM）技术,对基于椭圆球面波信号的CPM调制信号产生过程进行了描述;给出了采用自相关函数法对基于PSWF的CPM调制信号功率谱密度计算方法;结合数值计算、分析对比了最小频移键控、正弦频移键控、高斯最小频移键控以及基于高斯函数的CPM调制信号功率谱密度及其信号占用带宽等特性。数值计算结果表明椭圆球面波信号相比矩形脉冲、升余弦脉冲、高斯脉冲及（类）高斯脉冲作为CPM的基带调频信号,可以获得频谱性能、能量聚集性较好的CPM信号。     

非正弦波通信时域正交椭圆球面波脉冲设计方法

针对非正弦波信号的频带传输问题,同时为了有效提高非正弦波通信系统的频带利用率及功率利用率,提出了时域正交椭圆球面波脉冲集设计方法。通过参数设置、频段划分、求解方程、Schmidt正交化等步骤设计时域正交椭圆球面波脉冲集,调整脉冲参数实现脉冲集信号的频谱搬移与频谱控制,脉冲集信号为频谱特性可控的带限信号。仿真结果表明：时域正交椭圆球面波脉冲集具有较好的能量聚集性,利用该脉冲集实现多路信息并行传输时,在保证系统具有较好的功率利用率前提下,系统的频带利用率可快速接近奈奎斯特速率。     

基于PSWF的传输波形设计方法

由于物理实现因素的影响,信息传输系统的频带利用率极限值一般降至1.8Baud/Hz以下。针对该问题,提出了一种传输波形设计方法。基于椭圆球面波函数设计时域正交脉冲,通过正交脉冲传输信息。通过理论分析,系统频带利用率的极限值可达到2Baud/Hz,且可快速接近奈奎斯特速率,又因椭圆球面波函数的能量聚集特性,可有效提高信息传输系统的功率利用率。     

跳时短参考载波索引差分混沌移位键控通信方案

为有效利用载波索引差分混沌移位键控通信系统中参考信号的发射功率,提出了一种跳时短参考载波索引差分混沌移位键控通信方案.首先,将符号时间分成多个时隙后,根据参考索引比特取其中的一个时隙来发送短参考信号;然后,推导了所提方案在加性白高斯噪声信道和多径Rayleigh衰落信道下的理论误码率计算式.仿真结果表明,所提方案在频带...     

基于状态转移矩阵逼近的椭圆球面波函数求解方法

该文针对现有椭圆球面波函数(PSWFs)求解算法存在的效率低、硬件实现复杂度高,尤其是精度不可控的问题,结合线性时变系统理论,提出一种基于微分方程状态转移矩阵逼近的PSWFs求解方法。该算法通过求解小区间上的状态转移矩阵来逼近整个时间区间上的状态转移矩阵,进而求得离散时间点上的系统运动轨迹,即PSWFs数值解。理论推导了求解误差并修正了算法,修正后算法具有简明的误差表达式,与Parr算法和Legendre多项式逼近算法在求解精度和复杂度上进行了对照分析。结果表明,该文算法求解精度高且可控,时间和空间复杂度低,易于硬件实现。     

椭圆球面波信号Wigner-Ville分布显式渐近求解方法

针对现有的椭圆球面波函数(PSWFs)信号时频分析无显式表达式、数值仿真误差不可控、时频分布结果对称性缺失等问题,该文引入Legendre多项式以及Wigner-Ville分布(WVD),提出一种PSWFs信号WVD显式渐近求解方法。该方法根据误差要求,生成所需阶数的Legendre多项式WVD自项、交叉项,进而与对应的WVD-Legendre系数相乘后线性叠加,获取PSWFs信号WVD显式渐近表达式。理论及数值仿真结果表明,所提方法能够产生满足误差要求的PSWFs信号WVD显式渐近表达式,且能够有效保持信号原有的时域、频域对称性。此外,在相同采样点数情况下,相对于基于数值解的PSWFs信号WVD,所提方法获得的PSWFs信号WVD频域分辨率更高。     

基于 Givens旋转变换的PSWF脉冲调制信号PAPR抑制方法

针对基于椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function, PSWF)脉冲的调制信号峰均功率比过高的问题,该文提出一种基于Givens旋转的PSWF脉冲峰均功率比抑制方法.该方法从正交PSWF脉冲组的特征向量加权表示入手,利用 Givens旋转矩阵(,,)i j qG 对所有子坐标平面(,)i j 进行q角度的旋转,搜寻使脉冲组PAPR (Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)值最小的旋转矩阵,最后利用该矩阵对原PSWF脉冲组进行Givens变换,从而实现降低PAPR的目标.针对Givens旋转次数较多导致计算复杂度大的问题,该文提出分组flipping迭代的算法实现方案.理论证明了该变换方法能够保持脉冲组的带内能量聚集和正交性.仿真结果表明,该方法有效降低了脉冲组的PAPR,同时系统传输效率、调制信号功率谱密度与系统误码率性能均保持不变.     

一种新的基于椭圆球面波函数的非正弦短波通信的均衡方案

针对基于椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function, PSWF)的非正弦通信技术在短波频段内受到多径时延,引起码间串扰导致系统可靠性下降的问题,在分析信道特性对基于PSWF 非正弦调制信号影响和非正弦通信的特殊性的基础上,通过对均衡思路的分析,设计了一种新的均衡方案。此方案首先将码间串扰对正交性的影响转化为对判决数据信号质量的影响。进而,针对每一路判决数据信号采取均衡措施,提高判决数据的质量。最后,依据判决准则进行判决。仿真结果表明这种新的均衡方案是有效的,在给定的仿真条件下,信噪比为24 dB时,误码率约从10-2改善到10-3;针对PSWF脉冲两种不同的生成方法(单波道脉冲生成方法和多波道脉冲生成方法)生成脉冲组的特性,在基本均衡方案的基础上提出了参数共享式均衡和分组参数共享式均衡两种方法,并在最后给出了仿真结果,证明了这两种方法的有效性。     

基于Karhunen-Loeve变换的正交椭圆球面波脉冲波形设计

针对正交椭圆球面波函数(PSWF)脉冲硬件实现复杂度高和难以实时产生的问题,通过对PSWF脉冲求解和正交化两个过程的优化整合,该文提出了一种基于Karhunen-Loeve变换的正交PSWF脉冲波形设计方法。该方法首先将PSWF脉冲表示为Legendre多项式加权求和的形式,通过对原脉冲互相关矩阵进行Karhunen-Loeve变换,得到正交系数矩阵,从而实现PSWF脉冲的正交化。以此为基础,设计了一种高效快捷的正交PSWF脉冲实现方案,建立了正交PSWF脉冲与Legendre多项式系数向量的对应关系,能够通过改变特征多项式的系数来快速设计正交PSWF脉冲,同时具有实时性好和实现复杂度低的优点,为正交PSWF脉冲的工程化实现提供了一种高效快捷的新方案。