基于DFT滤波器组的低时延FPGA语音处理实现研究

提出了WOLA（Weighted Overlap-Add）并行结构的低时延DFT滤波器组的设计和FPGA实现方法.为降低系统总体时延,在综合考虑传递失真、混迭失真的基础上,将群时延引入系统目标函数,并采用非对称综合原型滤波器设计方法,提出迭代算法,实现了DFT滤波器组低时延优化设计.通过对DFT滤波器组中分析和综合功能的关键模块采用多路并行乘法、多级流水加法链设计,实现了并行的WOLA结构DFT滤波器组,降低FPGA实现的计算时延.整个设计在Xilinx公司的Zynq7020型号FPGA芯片上进行实现.PESQ测试表明,设计的DFT滤波器组能取得较好的语音质量.与串行WOLA结构的实现对比表明,在16kHz语音采样率下,并行的WOLA结构FPGA实现的总时延能降低1.192ms,其中群时延降低12%,计算时延降低29.2%.     

两步随机接入机制的深度解析和未来增强

3GPPRel-16版本对两步随机接入技术的信道结构和接入流程等方面做了增强设计,显著降低了随机接入过程中的时延、信令开销以及功耗.对两步随机接入空口增强技术进行阐述和研究,包括上行接收信号的定时偏移分析、基于串行干扰消除接收机的信号检测、上行接收波束优化与发送波束重选以及随机接入类型的自适应选择,同时对两步随机接入技...     

卫星通信系统两步随机接入技术研究

为了实现卫星通信系统低延迟高可靠接入,研究了两步随机接入技术中的信道设计及接收端检测算法.针对卫星场景提出了一种两步随机接入信道设计方案,对两步随机接入信道中数据部分的信道结构以及前导和数据之间的映射方式进行了设计.针对传统最小均方串行干扰消除(Minimum Mean Squared Error-Successive Interference Cancellation,MMSE-SIC)算法中存在误差传播问题导致解码性能降低的问题,提出了一种多判决排序串行干扰消除(Multi-decision Ordered Successive Interference Cancellation,MD-OSIC)算法,以提升多用户发起接入时数据部分检测的可靠性.仿真结果验证了所设计信道及检测算法在典型卫星通信场景下应用的可行性.     

SCMA场景下的极化码编解码方案改进研究

极化码是目前唯一一种被证明可达到信道容量的编码方式,稀疏码分多址接入(Sparse Code Division Multiple Access,SCMA)可以提高频谱资源的利用率和接入系统的用户接入数量。为了提升SCMA与极化码的联合系统的误码率性能和译码时延,使联合系统的应用越来越广泛,提出了2种降低译码复杂度的方式:简化的左信息更新方式和剪枝译码算法。简化的左信息更新方式对于N=256,N=1024的极化码分别能降低37.6%和44.6%的存储资源占用数;剪枝译码算法在码率为0.5时能降低50%左右的计算复杂度。基于简化的SCAN算法改进了联合检测译码算法,在接收机采用外循环迭代的结构,引入了阻尼机制,选取最优的阻尼方式和最优阻尼值。仿真分析了所提联合检测译码算法与原有联合检测译码算法的误码率性能差异,外迭代接收机性能与内外双循环迭代的接收机性能相同,采用阻尼机制联合接收机的性能比无阻尼接收机的性能高0.8 dB左右,SJIDD的误帧率性能比保留宽度为32的SCLJDD的性能低0.7 dB左右,但能使接收机处理时延降至原来的1/4~1/8。     

基于信道跟踪的异步多用户OFDM系统接收机

本文针对空分多址接入OFDM系统上行链路提出了一种基于信道跟踪的异步多用户OFDM系统接收机,在每帧数据的开头设置导频符号得到初始信道估计,然后针对每一个数据符号在逐子载波的MMSE检测器、干扰抵消和信道估计之间迭代,得到最终的符号输出.仿真和分析结果表明这种接收机在保留了逐子载波处理简单结构的同时可以有效地跟踪信道.同时,用户在一定的移动速度下,异步时延越小,用户间干扰越弱,系统性能越好;帧长越短,信道跟踪能力越强.     

低轨卫星CDMA突发通信的信号检测与捕获分析以及基于FPGA的实现

CDMA作为一种抗噪声强、带宽分配灵活，保密性强的传输接入方式被广泛的应用于民用、军用低轨卫星通信系统中，而信号的捕获和同步分析对于设计一个可实现的低轨卫星CDMA接收机是至关重要的，在低轨卫星信道上的CDMA传输必须着重考虑以下两点；低轨卫星信道上的衰落以及相对较大的多普勒频移。本文针对低轨卫星信道特征，着重分析了在此信道上的信号检测（Signal Detection),初始的码捕获（Code Acquisition)，载波捕获(Carrier Acquistion)方法以及性能，并给出了基于FPGA实现的方案。     

一种应用于5G非授权频段通信的低时延随机接入机制

针对5G非授权频段通信(NR-U)场景，该文提出一种新型的低时延随机接入机制。该机制分别在随机接入回复窗口(RARW)与竞争窗口中加入了信道空闲计时器，来减少UE因在非授权频段进行竞争接入所引起的时延；此外该机制还加入了请求发送/允许发送机制，来解决隐藏节点对随机接入过程的影响。该机制可降低传统机制中由于未考虑非授权频段特性及隐藏节点问题所引起的随机接入时延问题。该文首先对NR-U场景中的传统随机接入机制进行分析并进行问题定位；其次，提出新型随机接入机制的网络实体交互流程，建立新型机制与传统机制中的网络实体交互时序模型；最后以数学推导和仿真的方法对新型机制与传统机制进行对比评估，相关结果显示出新型机制在平均耗时方面的优势。     

空间谱估计系统中信道化接收机的实现

在对基于多相滤波结构的宽带数字信道化接收机理论分析的基础上,结合九阵元空间谱估计系统的实际要求,对宽带信道化接收机的处理算法与实现进行了研究,深入分析其具体化的处理结构,将处理中的多路并行结构转化为串行处理.针对多相滤波处理中具体的数据流结构,推导出FPGA实现的优化实现结构.给出了前述优化结构的详细推导和具体实现,最后在EP2S60 FPGA芯片上实现了包括数字下变频和多相滤波信道化处理的接收机系统,验证了优化结构的可实现性和有效性.     

FPGA在数字信道化接收机中的应用

介绍了电子侦察用数字信道化接收机的设计思想，提出了FPGA具体实现结构。重点论述了采用多相滤波器实现信道化的原理和使用FPGA实现的方法，并给出了仿真结果图。为了达到实时处理的效果，FIR的FPGA实现采用查表结构，FFT的FPGA采用流水线结构和并行结构。这两种实现方式都极大地提高了运算速度，使数字信道化接收机的实时处理成为可能。此外，文中还对频率估计、检测和判决逻辑部分进行了相应的介绍。     

基于FPGA的信道化接收机

针对宽带阵列侦收系统,设计一种基于FPGA的信道化接收机实现方案,并对各模块具体的实现进行了分析、设计,特别是基于FPGA的信道化模块.整个系统具有子信道频带窄、利于对信号进行精细化处理、功耗低、体积小、成本低、操作灵活以及易于扩展等特点.硬件系统测试结果验证了系统设计的有效性和可行性.     

基于STK的双层卫星星座设计及仿真

轨道与星座的设计是整个卫星通信系统设计的基础,合理的轨道设计与星座配置方案可以显著提高系统的整体性能。结合GEO卫星处理能力强,LEO卫星星地时延小的特点,以提供全球实时接入为目标,提出了一种由LEO卫星提供全球覆盖的GEO/LEO双层卫星网络星座设计方案。运用卫星覆盖带分析方法,确定由48颗LEO卫星完成全球覆盖。通过在STK仿真环境下进行计算机仿真验证,得到所设计的卫星星座可完成全天时全球覆盖。     

Network Synchronization of an Orthogonal CDMA Satellite Communication System

This paper provides the network synchronization of an orthogonal CDMA geostationary satellite system for fixed service communications. It includes the synchronization procedures, the system architecture and the performance evaluation. The main objective is to provide network wide synchronization of all uplink orthogonal CDMA transmissions. This is achieved in steps; first by providing coarse synchronization using the uplink random access channel and then fine sync using innovative tracking control mechanisms. The uplink access channel receiver utilize a parallel/serial search method for rapid code acquisition, while the code tracking of the uplink orthogonal CDMA traffic channel is based on a delay feedback early-late gate in which the sych control resides in the receiver. The proposed system is designed to minimize the onboard complexity and satisfy the performance requirements. As shown in the performance section, the requirement that all uplink transmissions are synchronized to a reference time within 10% of the chip length can be achieved. In addition, the system analysis determines the design parameters values which optimize performance.     

感知不确定下卫星认知无线网络多频谱接入优化策略

针对卫星认知无线网络频谱感知不确定性较大导致传统频谱接入机制效率降低的问题,该文提出一种基于动态多频谱感知的信道接入优化策略。认知LEO卫星根据频谱检测概率与授权用户干扰门限之间的关系,实时调整不同频谱感知结果下的信道接入概率。在此基础上以系统吞吐量最大化为目标,设计了一种基于频谱检测概率和虚警概率联合优化的判决门限选取策略,并推导了最佳感知频谱数量。仿真结果表明,认知用户能够在不大于授权用户最大干扰门限的前提下,根据授权信道空闲状态动态选择最佳频谱感知策略,且在检测信号信噪比较低时以更加积极的方式接入授权频谱,降低了频谱感知不确定性对信道接入效率的影响,提高了认知系统吞吐量。     

A novel MAC protocol for IDMA‐based multi‐beam satellite communication systems

Considering the limitations of satellite communication systems and advantages of new emerging interleave‐division multiple access (IDMA) technology, IDMA is introduced into the satellite systems, providing a new solution for multiple access techniques of satellite systems. To further validate the IDMA into satellite systems, a novel medium access control (MAC) scheme is proposed. In the random access channel, the interleave‐division slotted ALOHA method is adopted to alleviate the collision of access requests. Furthermore, a novel minimum power allocation scheme based on signal‐to‐interference‐plus‐noise ratio (SINR) evolution is proposed to maximize the capacity of such an interference‐sensitive system. By virtue of SINR evolution, our proposed scheme can accurately estimate multi‐user detection efficiency with low computational cost and further reduce the transmitted power, illustrating the high power efficiency of IDMA. To further enhance the performance of the MAC protocol, an effective call admission control scheme considering the effect of power control error is designed and combined into our MAC protocol. Analysis and simulation results show that, by taking full advantage of the chip‐by‐chip multi‐user detection technique, the proposed IDMA MAC protocol achieves high throughput and low average packet delay simultaneously, with low onboard processing complexity in the multi‐beam satellite communication systems. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于迁移深度强化学习的低轨卫星跳波束资源分配方案

针对低轨(LEO)卫星场景下,传统资源分配方案容易造成特定小区资源分配无法满足需求的问题,该文提出一种基于迁移深度强化学习(TDRL)的低轨卫星跳波束资源分配方案。首先,该方案联合星上缓冲信息、业务到达情况和信道状态,以最小化卫星上数据包平均时延为目标,建立支持跳波束技术的低轨卫星资源分配优化模型。其次,针对低轨卫星网络的动态多变性,该文考虑动态随机变化的通信资源和通信需求,采用深度Q网络(DQN)算法利用神经网络作为非线性近似函数。进一步,为实现并加速深度强化学习(DRL)算法在其他目标任务中的收敛过程,该文引入迁移学习(TL)概念,利用源卫星学习的调度任务快速寻找目标卫星的波束调度和功率分配策略。仿真结果表明,该文所提出的算法能够优化卫星服务过程中的时隙分配,减少数据包的平均传输时延,并有效提高系统的吞吐量和资源利用效率。     

Load balancing multipath routing protocol for mass remote sensing data downlink in LEO satellite network

LEO satellite networks can provide seamless real-time data communication for all kinds of users,which developed rapidly in recent years.At the mean time,the massive payload data down-link system of space data sources,such as remote sensing satellites,still make use of traditional storage and forward mode.The real-time performance of space mission data will be improved effectively,if such satellites are connected to LEO satellite networks equipped with inter satellite links.However,it is necessary to design a specialized satellite network load balancing routing algorithm.Satellite parallel edge-disjoint multipath routing protocol (SPEMR) was designed for remote sensing satellite real-time down-link applications.OPNET simulation results indicate that the performance degradation index(DI) of the multipath scheme implemented by SPEMR is 0.32,which is only 32% of the TLR and 21% of the traditional DSP scheme.It is demonstrated that SPEMR has the better capability of transmitting massive data in real time.     

多场景卫星通信信道动态建模与仿真实现

面向智慧海洋、智慧农业等垂直行业场景的广覆盖无线接入需求,低轨卫星通信因其可靠的连接性、更宽广的覆盖能力以及超大带宽连接的巨大潜力而成为了下一代移动通信技术的重要组成部分.目前,针对低轨卫星通信的系统性信道建模流程与仿真方法仍相对匮乏,对于低轨卫星信道的高动态特性仍缺乏有效的建模方法,且大多模型仅能支持单场景通信环境.基于此,本文提出了一种模块化、高动态的多场景卫星通信信道建模机制,并据此设计实现了一套动态卫星信道建模仿真系统.该系统实现了流程化的建模思路,并引入了基于卫星信道高动态特性的动态参数更新方法.所设计的卫星通信信道建模与仿真机制能够生成卫星通信的信道大、小尺度参数与信道冲激响应,且对不同场景具有较好的适用性.     

基于IEEE802.11的星间链路最短接入时延退避算法

为满足空间信息网络低轨卫星用户多址接入骨干中继卫星的访问需求,基于IEEE 802.11机制,提出最短接入时延退避算法（Delay-Optimal Backoff,DOB）,可解决大时空尺度条件下,传统二进制退避算法（Binary Exponential Backoff,BEB）造成的网络平均接入时延高和吞吐量低的问题.根据用户卫星与中继卫星的相对位置特性,设定中继卫星通信窗口,利用通信窗口内不同用户卫星数量时用户接入时延与平均接入请求概率的变化关系,确定最短接入时延条件下用户平均接入请求概率,实现动态调整碰撞窗口大小.研究结果表明,该算法使网络接入时延较BEB算法平均降低了10s,饱和吞吐量提升一倍,归一化业务量阈值比BEB算法增加至0.6,网络多址接入性能显著提高.     

可重构全息超表面辅助卫星通信关键技术

超密集低地球轨道卫星通信网络能弥补传统地面网络频谱资源稀缺、覆盖范围有限的不足,有潜力提供全球大规模接入的高速率服务。由于卫星的高速移动性,卫星通信对天线性能,如波束控制能力和天线增益等,也提出了更为严苛的要求。因此,对一种新型的超材料天线——可重构全息超表面（reconfigurable holographic surface,RHS）辅助卫星通信展开了研究。RHS采用全息原理对超材料单元进行电控,从而实现波束成形。基于 RHS 的硬件结构和全息工作原理,提出了一种 RHS 辅助多卫星通信方案,该方案同时考虑卫星跟踪和数据传输。同时,设计了全息波束成形优化算法以最大化和速率。仿真结果验证了所提方案的有效性并表明了相较于传统相控阵天线,RHS提供了一种成本效益更高的卫星通信支持方式。