变换域通信系统信号基函数的盲同步估计方法

为了解决当收发两端频谱环境不一致时,变换域通信系统(TDCS)基函数序列的盲同步估计问题,文章提出了一种TDCS信号盲同步的改进算法。相比于传统的基于F_范数盲同步法系统性能明显改善。将接收到的TDCS信号进行周期分段以形成连续多个观察向量,分段向量通过改进算法估计采样延时。同步后将接收信号按基函数周期分段得到分段向量,求协方差矩阵并累加平均,最后通过特征值分解法得到最大特征向量即估计的基函数序列。仿真结果表明:估计的基函数相关解调接收信号得到的误码率与收发两端基函数一致条件下的误码率基本一致。     

频谱失配下的变换域通信系统基函数优化设计

针对频谱失配条件下变换域通信系统接收端误码性能下降的问题,提出了一种新的基函数优化设计方法。该方案可针对不同失配情况动态设计基函数的可用频点,实现频谱失配条件下系统抗干扰性能和频带利用率的最优化权衡，从而提升频谱失配条件下系统的误码性能。首先，建立远距离变换域通信系统模型，分析收发端电磁干扰环境。其次，通过分析频谱失配条件下基函数性能,理论推导系统误码率表达式,进而建立基函数幅度谱的最优化模型,并采用最速下降法进行最优解的搜索。仿真结果表明,与现有方法相比,本文所提方法更合理的设计了基函数幅度谱,在不同失配率下系统的抗干扰性能有明显提升,同时具有更好的信噪比误码性能。      

变换域通信系统研究现状与问题分析

变换域通信系统(TDCS)通过感知周边电磁环境,在收发两端设计出相同的基础调制波形,该波形具有伪噪声性质且规避了干扰频段,从而降低了信号被截获的概率,有效地提高了通信抗干扰能力。文中介绍了TDCS的基本原理,综述了TDCS相关技术的研究现状,分析了当前TDCS应用中面临的关键问题及未来技术发展。     

收发频谱不一致条件下TDCS传输性能研究

针对在实际应用过程中,变换域通信系统的发射端和接收端电磁环境不相同而导致的收发两端出现基函数不一致的情况,对一种新的CASK算法进行了仿真。根据CASK算法和CSK算法以及双极性算法不同干扰、不同噪声和不同收发不一致比例的情况下系统误码率和理论误码率的对比研究,可以发现,虽然在理想情况下,三者差距不大,然而当收发不一致的比例逐渐上升时,CASK算法的传输性能下降较慢,可以进行正常传输,且其传输性能较双极性调制和CSK调制分别提高2 d B和1 d B,具有良好的抗不一致性能,具有良好的应用前景。     

基于随机矩阵理论的非重构宽带压缩频谱感知方法

该文采用随机矩阵理论(RMT)直接对压缩采样得到的观测数据进行分析,设计出了一种基于广义似然比检验(GLRT)的非重构宽带压缩频谱感知新算法。该算法无需任何先验知识就能对宽带频谱中的每个子带进行盲检测。此外,为了减轻次用户(SU)在数据获取和频谱感知过程中的通信开销,该文提出一种基于传感器节点(SN)辅助感知的合作频谱感知架构。理论分析和仿真结果均表明,与传统基于信号重构的GLRT感知算法以及Roy最大根检测(RLRT)算法相比,该算法不仅具有计算复杂度低、开销小、感知性能稳定等诸多优点;而且只需较少的SN就能获得较好的检测性能。     

一种用于UWB通信的正弦调制高斯脉冲

介绍了FCF对UWB通信的频谱限制,针对目前用于UWB通信的高斯微分脉冲存在带宽过大的问题,提出一种符合频谱限制的正弦调制高斯脉冲波形,并对其在AWGN信道中的误码率性能进行了分析。主要描述了对UWB单周期脉冲特性分析(包括高斯微分脉冲频谱分析、正选调制高斯脉冲频谱分析)和AWGN信道误码率性能分析(包括信道描述、信号特性及误码率分析)     

基于加权平均一致算法的宽带压缩频谱感知

在认知无线电(CR)网络中进行频谱共享接入,首要的任务是进行频谱感知,并发现频谱空洞。基于认知无线网络中信号频域的固有稀疏性,本文结合了压缩感知(CS)技术与加权平均一致(weighted average consensus)算法,建立了分布式宽带压缩频谱感知模型。频谱感知分为两个阶段,在感知阶段,各个CR节点对接收到的主用户信号进行压缩采样以减少对宽带信号采样的开销和复杂度,并做出本地频谱估计;在信息融合阶段,各CR节点的本地频谱估计结果以分布式的方式进行信息融合,并得到最终的频谱估计结果,获得分集增益。仿真结果表明,结合压缩感知与加权平均一致算法增强了频谱感知的性能,比在相同的CR网络中使用平均一致算法时有了性能上的提升。      

认知无线电频谱感知技术研究

认知无线电(CR)作为一种智能通信系统,能够充分了解周围的通信环境,实现频谱的动态利用。频谱感知被用作动态无线电访问的关键技术,并在近些年得到了广泛的研究及应用。文章介绍了三种不同的频谱感知技术:基于发射机的频谱检测、基于接收机的频谱检测和合作检测,并对三种检测技术的性能及优缺点进行了分析。     

利用自相关矩阵的量化合作频谱感知方法

为了改善认知无线电的频谱感知性能,提出一种基于自相关矩阵的量化合作频谱感知方法,对各认知用户的本地检测结果采用多个判决门限进行有限位的量化,在融合中心采用加权投票准则对该量化信息综合处理,得出最终判决.该方法是一种盲感知方法,不需要知道主用户信号的先验知识和噪声方差信息.具体讨论了一种2 bit量化合作频谱感知方案,并将其与传统的基于能量检测的合作频谱感知方案作比较.理论分析和仿真结果表明,该方案可以有效提高频谱感知能力.     

基于压缩感知的通信信号频谱检测方法

频谱感知是无线通信网络中提高频谱利用率的关键。针对现有通信信号频谱检测方法抗噪性低的问题,文中提出一种基于压缩感知的频谱检测方法。该方法首先利用压缩感知理论对通信信号的宽频带进行稀疏采样,其次采用改进的平滑范数重构算法对信号循环谱进行重构,提高了信号循环谱的重构性能,最后在循环谱域实现频谱检测。仿真实验结果表明,改进的平滑范数重构算法对信号的重构精度优于正交匹配追踪算法,压缩感知信号频谱检测算法的抗噪性优于传统能量检测算法。     

Interference mitigating based on FRactional Fourier Transform in Transform Domain Communication System

The method of FRactional Fourier Transform （FRFT） is introduced to Transform Domain Communication System （TDCS） for signal transforming in the paper after theoretical analysis. The method yields optimal Basis Function （BF） by FRFT with optimal transform angle. The TDCS using the proposed method has wider usable spectrum, stronger robustness and better ability of anti non-stationary jamming than using usual methods, such as Fourier Transform （FT）, Auto Regressive （AR）, Wavelet Transform （WT）, etc. The main simulation results are as follows. First, the Bit Error Rate （BER） Pb is close to theoretical bound of no jamming no matter in single tone or in linear chirp interference. Second, the interference-to-signal ratio J/E is at least 12dB more than that of Direct Spread Spectrum System （DSSS） under the same BER if the spectrum hopping-to-signal ratio is 1：20 in chirp plus hopping interfering. Third, the Eb/N0 （when estimation difference is 90% between transmitter and receiver） is about 3.5dB or about 0.5dB （when estimation difference is 10% between transmitter and receiver） more than that of theoretical result when no estimation difference under Pb = 10^-2.     

基于OFDM循环前缀的认知无线电频谱侦听方法

针对OFDM系统的特点,介绍了一个新的频谱侦听方法,它充分利用了正交频分复用符号中的循环前缀和空闲时间来提高侦听精度。通过建立OFDM收发双方的信号模型,以能量检测的方法为基础,分析并仿真了这种新方法的性能,结果表明,与传统的只利用空闲时间的侦听方法相比,提出的方法能有效提高侦听精度。     

正交循环码M进制扩频接收机的研究

该文提出了一种基于正交循环码的M进制扩频接收机方案,发端将一条原型扩频码循环移位构成M个扩频码,实现M进制扩频,接收端利用时频变换域正交匹配滤波器实现了非相干解扩解调。该方案不仅减少了需要的扩频码数目,而且有效地降低了接收机的计算复杂度。该文对所提出的系统在单用户和多用户条件下的误码性能进行了理论分析和仿真,并比较了3种M进制解扩方法的运算量。结果表明:正交循环码M进制扩频系统的计算复杂度和误码特性均优于传统的M进制系统。     

广义时频二维扩频在加性白高斯噪声信道中的性能

该文提出了一种广义时频二维扩频的概念。在加性白高斯噪声信道中,给出了这种二维扩频通信方式的发射机、接收机工作原理,分析了二维扩频通信方式的误比特率,同时,给出了二维扩频通信方法的误比特率的仿真结果.结果表明,分析结果与仿真结果相近。     

非理想载波同步物理层网络编码误比特性能分析

采用相干检测的物理层网络编码系统的误比特性能与载波同步精度密切相关,收发双方的载波同步误差将引起系统性能恶化。本文研究了残余载波同步误差对采用相同星座和正交星座BPSK信号的两种物理层网络编码双向中继系统误比特性能的影响。首先基于最大似然准则推导了存在残余载波同步误差时中继节点及源节点处接收信号的判决区域,然后运用Craig极坐标法分析了系统多址接入、广播阶段及总的端到端误比特性能,得出了精确的误比特率表达式,文中的分析方法可推广到采用其他调制方式的物理层网络编码系统。计算机仿真表明:文中的理论分析与仿真结果完全吻合,所推导的理论公式可以效地评估BPSK调制物理层网络编码系统的误比特性能;正交星座系统对载波同步误差更为敏感,相同的同步误差对正交星座系统的性能恶化更为严重。      

Asynchronous perception algorithm based on energy detection

In the future heterogeneous wireless networks,since primary user (PU) and cognitive secondary user (SU) are not coordinated to be synchronous,it will result in sense timing difference between PU’s transmitter and SU’s receiver.For this asynchronous sense case,a new asynchronous sensing algorithm based on Bayesian estimation theory was proposed.A unified dynamic state space model was first proposed to describe the observable energy relationship with dynamic PU state and unknown timing difference.Then,an iterative estimation scheme was designed using stochastic finite set and the rules of maximum posterior probability.Finally,approximated estimation results were obtained by using a particle filter.The simulation results show that the proposed asynchronous scheme significantly eliminates the uncertainty of the received signal information and thus improves the spectrum sensing performance by obtaining the time difference accurately.     

Adaptive dual‐radio spectrum‐sensing scheme in cognitive radio networks

In this paper, a novel spectrum‐sensing scheme, called adaptive dual‐radio spectrum‐sensing scheme (ADRSS), is proposed for cognitive radio networks. In ADRSS, each secondary user (SU) is equipped with a dual radio. During the data transmission, with the received signal‐to‐noise ratio of primary user (PU) signal, the SU transmitter (SUT) and the SU receiver (SUR) are selected adaptively to sense one channel by one radio while communicating with each other by the other one. The sensing results of the SUR are sent to the SUT through feedback channels (e.g., ACK). After that, with the sensing results from the SUT or the SUR, the SUT can decide whether the channel switching should be carried out. The theoretical analysis and simulation results indicate that the normalized channel efficiency, defined as the expected ratio of time duration without interference to PUs in data transmission to the whole frame length, can be improved while satisfying the interference constraint to PUs. After that, an enhanced ADRSS is designed by integrating ADRSS with cooperative spectrum sensing, and the performance of ADRSS under imperfect feedback channel is also discussed. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

多用户降噪差分混沌键控通信方案

传统多用户差分混沌键控主要缺点是误码率差,该文提出一种多用户降噪差分混沌键控(MU-NRDCSK)通信方案。在发射端,发送M/P长度混沌序列,复制P次后作为参考信号,所有用户共用同一参考信号,信息信号延迟不同的时间来区分用户。在接收端,将接收到的信号通过滑动平均滤波器平均,再与其不同时间延迟后的信号进行相关。该方案通过降低噪声项的方差来提高系统误码性能。文中推导了该方案在加性高斯白噪声(AWGN)信道和Rayleigh信道下的理论误码率公式并进行了蒙特卡洛仿真。理论分析和仿真结果表明,理论公式与仿真结果能较好地吻合,MU-NRDCSK方案能较好地提高系统误码性能,在混沌通信领域具有很好的发展前景与研究价值。     

Decentralized cognitive MAC for opportunistic spectrum access in ad hoc networks: A POMDP framework

We propose decentralized cognitive MAC protocols that allow secondary users to independently search for spectrum opportunities without a central coordinator or a dedicated communication channel. Recognizing hardware and energy constraints, we assume that a secondary user may not be able to perform full-spectrum sensing or may not be willing to monitor the spectrum when it has no data to transmit. We develop an analytical framework for opportunistic spectrum access based on the theory of partially observable Markov decision process (POMDP). This decision-theoretic approach integrates the design of spectrum access protocols at the MAC layer with spectrum sensing at the physical layer and traffic statistics determined by the application layer of the primary network. It also allows easy incorporation of spectrum sensing error and constraint on the probability of colliding with the primary users. Under this POMDP framework, we propose cognitive MAC protocols that optimize the performance of secondary users while limiting the interference perceived by primary users. A suboptimal strategy with reduced complexity yet comparable performance is developed. Without additional control message exchange between the secondary transmitter and receiver, the proposed decentralized protocols ensure synchronous hopping in the spectrum between the transmitter and the receiver in the presence of collisions and spectrum sensing errors