基于认知无线电的DVB-S2信号接收与解析

DVB-S2协议作为第二代数字电视卫星广播协议,因具有突出的信号传输性能,在国际上得到了广泛的应用。现有的DVB-S2信号接收多采用标准的商用设备,不便于对信号接收的各个环节进行具体分析。基于此协议,开展了利用认知无线电USRP X310设备和Matlab数字算法实现信号接收解析的研究,同时分析各算法参数对信号接收质量的影响。该研究成果为信号协议进行更深层次的分析和研究以及后续的DVB-S2信号产生、通信对抗等提供可靠的设计指导。为了实现通信系统最大透明化,仅使用认知无线电设备对空间模拟信号进行放大和采样,其余部分全由数字信号处理领域的相关算法完成。文中详细阐述了整个接收平台的硬件设备参数设置和软件系统框架及其内部关键环节的算法实现。关键环节包括符号同步、物理层帧头检测与解析和载波同步等,其中符号同步和载波同步通用于其他通信系统,而物理层帧头检测与解析为针对DVB-S2协议特定设计的环节。最后,以亚洲五号卫星Ku波段上的一个特定节目为例详细说明了DVB-S2信号在接收过程中的处理流程及结果,原始数据传输流最终被正确恢复,该节目视频和音频亦成功播放。     

OFDM系统中同步子系统的硬件实现

同步技术是正交频分复用(OFDM)系统中的关键技术。该文在研究OFDM系统同步算法的基础上,结合硬件架构的特点,给出了面向硬件平台的OFDM系统中同步子系统实现方案,阐述了关键算法模块在硬件实现时的主要修改。基于无线信道的实测数据分析表明,提出的OFDM系统中的同步子系统不仅有良好的性能,而且其结合系统硬件架构的模块化特点也便于相应算法进行扩展与移植。     

基于帧间差分法的目标检测研究与FPGA实现

针对以往帧间差分算法的硬件实现架构中数据同步信号设计复杂,调试周期较长的特点,设计了一种新型的硬件算法架构。整个系统基于Altera的Cyclone Ⅳ E系列进行开发,采用镁光的SDRAM作为高速储存器件,豪威科技的OV5640作为图像采集器件。该系统对采集到的原始图像数据进行灰度化处理,利用硬件差分算法模块对灰度图像进行差分处理与二值化,实现对视频图像中动态目标的捕捉。基于Quratus Ⅱ与Modelsim联合开发平台对系统进行硬件设计和功能模块仿真。硬件测试结果表明,系统能够清晰地检测出视频中的动态目标,且具备较好的实时性。     

电力线载波通信定时同步算法及其FPGA实现

基于电力线载波通信G3技术标准下的物理层协议,针对电力线上噪声干扰较大,造成帧同步有虚警现象,符号定时同步尖峰幅值随信号衰减变化以及尖峰的旁瓣超过门限等缺点,提出了准确性更高、占用硬件资源相对较少的电力线载波通信帧同步与符号定时算法。通过算法仿真,表明该算法在信噪比较低时,具有门限自适应性,能够克服旁瓣的干扰,并易于硬件实现的特点。在一发一收两块现场可编程门阵列(FPGA)开发板上验证,提出新的帧同步、符号定时算法和硬件实现方案,实现了对电力线载波通信的正交频分复用（OFDM）基带系统进行实时、连续、准确的定时同步。     

广播电视时钟同步发生器的设计与实现

广播电视节目都是经过延时才进行传输的,如果延时没达到同步则会导致信号失帧、音频和视频信号出现不同步的情况,这便需要精确的时钟同步系统来进行时间控制。文章从时钟设计原理出发,深入研究了时钟同步发生器的设计原理,实现了硬件、通信和芯片电路的设计,为广播电视技术维护人员在进行时钟的同步设备选型、维修和系统设计时提供了一定价值的参考。     

Exploring the Design Space of an Energy-Efficient Accelerator for the SKA1-Low Central Signal Processor

The Square Kilometre Array (SKA) will be the biggest radio telescope ever built, with unprecedented sensitivity, angular resolution, and survey speed. Collectively, the SKA’s antennas are expected to gather exabytes of data per second and store one petabyte of data every day, requiring exa operations per second for the processing. This paper focuses on the SKA1-Low, the SKA’s aperture-array instrument consisting of 131,072 antennas that will be built in the first phase of the deployment of the project. In particular, our work explores the design of a custom architecture for the central signal processor (CSP) of the SKA1-Low. The CSP processes digitized samples sent by antennas receiving extra-terrestrial radio-frequency signals between 50 and 350 MHz. We describe the challenges in building the CSP, and present a quantitative study for the implementation of a custom hardware architecture for executing the main CSP algorithms. By taking advantage of emerging 3D-stacked-memory devices and by exploring the design space for a 14-nm implementation, we estimate a power consumption of 9.62 W for processing all channels of a sub-band and an energy efficiency at application level of up to 312 GFLOPS/W for our architecture.     

A novel low complexity data demodulation algorithm for pulse position modulation

In this paper, a low complexity data demodulation algorithm is proposed that requires time of arrival information of the received signal exclusively. As an application example, the algorithm is applied to an ultra-wideband impulse radio communication system with pulse position modulation. The algorithm is insensitive to a common time delay for all pulses, that means, it does not require an accurate synchronization between the transmitter and the receiver. For the performance estimation, only a symbol synchronization is assumed, i.e., that there is a priori knowledge which pulse marks the beginning of a received data symbol. The performance of the proposed algorithm is evaluated for straightforward time of arrivals estimators, such as a maximum detector or a threshold detector. It is shown that the proposed algorithm outperforms a least squares algorithm in all considered scenarios. In particular, an increased robustness against additive white Gaussian noise, impulse like noise, and multiuser interference is demonstrated as well as an improved performance for multipath propagation channels.     

OFDM低压电力线通信系统的符号同步及其FPGA实现

为采用FGPA技术可靠实现基于G3-PLC协议的OFDM电力线通信系统的符号同步,推导了符号同步偏差对G3-PLC系统性能的影响。针对传统符号同步算法存在的算法复杂、FPGA实现困难等缺点,根据G3-PLC系统的帧结构,提出了基于训练序列的新的符号同步算法。仿真结果和FGPA实现效果表明,该算法不仅能够有效地实现G3-PLC系统的符号同步,而且运算量小,硬件资源消耗少。     

多模卫星信号模拟器设计与实现

应用卫星导航、软件无线电、计算机控制、电磁兼容等技术,研制了基于"工控机+DSP+FPGA"架构的多模卫星信号模拟器;该模拟器在国内最先实现了GPS、GLONASS和北斗一号信号的任意组合、时空同步仿真;详细论述了模拟器硬件方案,介绍了其软件构成和各模块功能,最后通过成熟商业多模接收机验证了模拟器所仿真信号的有效性和任意时空性;此外,该模拟器无需更改硬件即可在未来向北斗二号系统扩展。     

基于超宽带无线传感网络的导频优化脉冲同步算法

超宽带(UWB)技术因具有低功耗、极高时间和空间分辨率等特点成为无线传感网络主要物理层技术之一.本文主要研究基于发送-参考超宽带(TR-UWB)方式的传感网络信号检测与同步技术,文中提出一种新型自适应脉冲同步算法.该算法实现复杂度低,能够快速实现脉冲帧级同步.同步时间仅需要几个符号周期,同时把基于SQP的约束非线性最优化理论应用于设计脉冲导频符号进一步提高同步性能.此外,文中给出了两种脉冲符号级同步方法,它们在不同Eb/No时展现不同性能,可根据实际环境选择最适合的符号级同步方法.脉冲帧级同步具有自适应性,可根据实际的同步性能要求动态调节帧级同步的递归次数.理论分析和计算机仿真验证了该同步算法的性能.     

时频域联合校正的PN码相干捕获算法

受多普勒频偏和本地时钟漂移的影响,接收信号中存在频偏且码字不同步。针对该问题,提出一种时频域联合校正的PN码相干捕获算法。从接收信号的循环平稳特性出发,进行载波频率和码字同步的联合校正,使校正后的信号与本地PN信号具有近似相干性。基于设计的相关特征函数,实现较长相关长度下的相干检测,完成PN码捕获。仿真结果表明,该算法在低信噪比、大频偏条件下,具有较高的检测概率。     

基于WIFI无线传输网络的变电站分布式核相结构设计

为了满足智能变电站的大规模建设,需要开发关于核相设备对电力系统中的电源三相相序进行核准。核相工作往往耗费很大的人力与物力,那么在这方面,设计合理高效的核相结构系统对于提高工作效率、减少成本有着积极的意义。在简单介绍我国变电站的发展历程之后,阐述在现今条件下,如何利用无线通信技术结合核相工作。分析了WIFI技术的组成和网络拓扑结构。将WIFI技术运用到核相的硬件架构和软件实现流程中。然后通过测试室内不同距离的信号质量,检测实现的核相结构的正确性,为保证无线电力设备在监测方面提供了技术支持,有着积极的经济价值和社会意义。     

基于软判决反馈的猝发通信同步算法

针对无线猝发通信中存在的帧同步与符号定时同步问题,提出了一种适用于衰落信道的基于软判决反馈的同步算法。算法利用滑动时间窗采样得到接收符号序列,其中同步头用来估计衰落和信噪比,重点研究利用未知PSK或QAM数据符号进行软判决来构建新的似然函数,依此进行似然函数计算,当似然函数值超过同步门限时完成信号帧同步,并确定搜索区间进行似然函数峰值搜索,最后对峰值及相邻两个值进行高斯插值以获取更精确的结果。仿真结果表明：在同步头长度为16,帧长度为80时,该算法在未知数据符号为PSK符号时,算法的MSE性能在低信噪比条件下即可超过长度为16的克拉美罗界理论线（CRB（16））,并在高信噪比条件下,逼近CRB（80）;在未知数据为QAM调制时,算法性能在低信噪比与高信噪比条件下均优于CRB（16）。     

一种基于卷积的OFDM定时同步算法实现

针对最高传输速率为Gb/s量级的OFDM试验系统,提出一种改进的定时同步方案。基于卷积计算和自相关计算,具有较高的同步准确性及较快的帧检测速度。改进同步算法在Xilinx公司的Virtex-5 FPGA芯片中实现,其消耗的资源都能控制在总资源的20%以内。最终,该实现方案在一个实时系统中得到应用,并在这个平台上进行了性能验证。在室内无线信道环境及接收信号幅值异常情况下,该算法的实现方案都能准确、稳定地工作。     

基于多径信道随机延时的物理层全算法

针对无线通信遇到的第三方窃听问题,利用无线通信系统信道多径延时丰富的特征,提出了一种保证物理层安全传输的加密算法。该算法中,数据发送用户根据估计的多径延时信息随机提前符号发送时间,使授权用户的同步位置有较强的多径信号到达,授权接收用户在保持同步状态不变的情况下可以正常接收信息。而窃听用户具有不同的信道多径延时特征,接收到的信号幅度和相位会随机变化,难以进行同步跟踪,因此接收到的符号会产生大量的误码,从而提高授权用户之间的安全传输性能。仿真结果表明,该算法能有效提高窃听方的误码率,提高授权用户通信的安全性,从而可在多径环境中有效保证物理层通信安全。     

基于IEEE 802.11a突发OFDM系统的帧同步与符号定时同步算法研究

本文对基于IEEE802.11a突发OFDM系统的帧同步与符号定时同步算法进行了研究,并对符号定时误差的影响进行了分析。针对目前许多符号定时同步算法存在着算法复杂、门限值随信号能量变化等缺点,提出了一种利用短训练符号特性的符号定时同步算法。分析和仿真结果表明,该算法能够有效地提高系统的误码性能,并且具有门限自适应、算法运算量低的特点,适合于突发OFDM系统的快速符号定时同步。     

基于嵌入式Linux的车载电台软件架构设计与实现

描述了车载电台的硬件平台,提出了一种基于嵌入式Linux的车载电台软件架构设计,整个软件架构采用分层设计,突出系统裁剪便捷化、系统重用最大化。重点分析了车载电台动态加载式专用驱动层的实现,给出了驱动中的关键教据结构、驱动的动态加载及卸载方式。软件架构中嵌入式Linux系统内核最小化并引入动态加载式专用驱动层,使得系统的扩展性大大提高。     

基于IIR抗混叠干扰滤波器的相干跳频同步技术研究

无线通信波形设计中,扩频通信是常用的抗干扰设计体制。其中,相干跳频波形因为具有更好的抗干扰性能而受到广泛研究,相干跳频波形的抗干扰性能也与抗干扰滤波器的性能成正相关。受限于传统的FPGA资源和AD采样率,相干跳频波形研究方法是结合射频前端多频点下变频+软件无线电平台窄带同步的设计与实现架构,本文采取射频前端全带宽采样+软件无线电平台宽带同步的设计与实现架构。抗干扰滤波器通常设计基于FIR的低通滤波器结构,但是相比于IIR滤波器,其资源占用高。本文提出基于IIR的低通滤波器结构和作为抗干扰滤波器,采用相位非线性补偿,确保施加不同干扰情况下相干跳频波形的抗干扰性能保持不变。     

无人机测控数据链路的机载扩频接收机实现

通过具体实例介绍了基于无人机测控数据链路的机载扩频接收机的主要功能和实现原理。测控数据链路采用直接序列扩频技术,具备较强的抗干扰、抗截获和保密能力。系统采用一次变频构架,引入相关信号能量控制链路增益保持A/D采样精度,所有的数字信号处理都基于软件无线电,从而使产品具有软件无线电的诸多优点。重点阐述利用软件无线电,在低信噪比情况下,捕获与跟踪在本扩频接收机的实现。     

An optimum parallel architecture for high-speed real-time digital signal processing

The authors describe a parallel processing architecture for real-time digital signal processing that has demonstrated virtually 100% data processing efficiency in a number of areas. The Teamed-Architecture Signal Processor (T-ASP) is a field-proven, commercially available optimal system solution to the extremely high computational and I/O rates encountered in modern digital-signal-processing environments. The design of T-ASP involves the consideration and implementation of many architectural concepts used to enhance the performance of a computer, including programmability, parallel processing, vector processing and pipelining, memory interleaving, double cache memories, multiple high-speed I/O interfaces, and segmentation of the processors for elimination of both CPU and data-handling overhead. The authors discuss hardware architecture design and implementation; hardware management; and software architecture design and implementation.<>