认知无线电系统中调制滤波器组的设计

作为一种新的智能频谱共享技术,认知无线电(CR)技术允许认知用户在不干扰授权用户的前提下使用其空闲的频谱而有效提高频谱利用率。为克服传统认知无线电系统物理层传输技术即正交频分复用(OFDM) 多载波调制技术因高的旁瓣衰减带来的相邻带间干扰和认知用户对授权用户的干扰,研究了一种可以替代的多载波调制技术,即滤波器组多载波调制技术。将滤波器组的设计归结为一个无约束的线性优化设计原型滤波器问题,并提出一种间接设计的方法。该方法首先采用Parks-McClellan算法设计两个低阶的线性低通滤波器,然后通过插值和级联操作优化设计需要的原型滤波器。仿真结果表明,相对传统的直接设计方法,所提方法能够明显降低滤波器系数长度和改善滤波器组的混叠误差。     

FMT系统的滤波器组优化设计

传统滤波多音调制(FMT)系统的原型滤波器阻带衰减不够大,过渡带宽度衰减速度慢,导致系统性能较低。为此,提出一种基于FMT系统载波间干扰抑制的滤波器组优化设计方法。通过优化滤波器组中原型滤波器的通带截止频率、过渡带宽度和旁瓣峰值来提高FMT系统的子信道频谱约束性。仿真结果表明,采用该优化方法设计的原型滤波器具有较小的过渡带宽度和旁瓣峰值,对应的FMT系统具有更好的子信道频谱约束性和误码率性能。     

基于改进离散傅里叶变换调制滤波器组的多载频系统设计

为改善传统正交频分复用(OFDM)多载频系统频率选择性差和频谱泄露等缺陷,研究了基于改进离散傅里叶变换(DFT)调制滤波器组的多载频调制系统设计。将其设计问题归结为一个无约束的最小化调制滤波器组完全重建误差的目标函数优化问题,采用一种改进的窗函数法设计调制滤波器组的原型滤波器和线性优化方法优化目标函数。与传统的窗函数法相比,该改进窗函数法在理想滤波器的过渡带内插了一种样条函数以消除吉布斯效应。仿真结果表明,该方法设计的原型滤波器与传统的平方根升余弦方法设计的原型滤波器和一般矩形窗原型滤波器相比有更高的阻带衰减,对应的改进DFT滤波器组有更小的重建误差。基于该方法设计的改进DFT滤波器组多载频系统在正交相移键控(QPSK)调制和3GPP TS 25.104车载多径信道以及单抽头频域均衡下有更好的误符号率(SER)性能。     

考虑频谱感知错误的多载波认知无线电资源分配算法

认知无线电(CR)资源分配中二级用户对主用户造成的干扰源于两方面,即带外频谱泄露和频谱感知错误。滤波器组多载波(FBMC)技术和正交频分复用(OFDM)技术相比,FBMC带外泄露较小,频谱利用率较高。FBMC技术考虑干扰来源,可以降低二级用户对主用户的干扰,提高CR系统吞吐量。为此,提出考虑频谱感知错误的CR资源分配算法,建立干扰模型,将资源分配分步简化为载波分配和功率分配,在干扰约束和功率约束条件下对二级用户进行功率分配。基于FBMC和OFDM系统的仿真结果表明,该算法对主用户造成的干扰更小,CR系统可以获得更大的吞吐量,FBMC的干扰和吞吐量性能均优于OFDM。     

应用MDFT结构的认知无线电频谱感知方法

针对认知无线电系统采用传统正交频分复用（OFDM）技术时,其高频谱泄露带来的邻带间干扰及造成的主用户信号检测性能下降等问题,提出了一种基于改进离散傅里叶变换（MDFT）调制滤波器组的认知无线电（CR）多用户接入频谱检测方案,并推导了CR系统在应用MDFT滤波器组条件下检测概率表达式。理论推导及不同参数下仿真结果表明,与基于OFDM的CR系统相比,MDFT结构的系统比以矩形窗函数为原型滤波器的OFDM系统带外有更高阻带衰减;在较低信噪比情况下,基于3GPP TS 25.104协议标准的多径步行信道采用MDFT滤波器组结构的CR系统频谱感知性能相比于采用OFDM调制方式有了明显提升。     

近似完全重构DFT调制滤波器组的设计

提出了一种新的近似完全重构（NPR）离散傅立叶变换（DFT）调制滤波器组的原型滤波器设计方法。其优化的目标函数由滤波器组的输出混叠、输出失真及原型滤波器的阻带能量所导出。在此设计方法中,利用DFT调制滤波器组的特殊结构合理简化了滤波器组的输出混叠,输出失真。原型滤波器的设计最终被转化为一个简单的非线性优化问题。与目前的DFT调制滤波器组的设计方法相比,该方法提供了相当大的灵活性同时具有简单的优化描述。仿真结果证实了所提出的设计方法的有效性。     

线性相位NPR DFT滤波器组设计

提出了一种具有不同分析和综合原型滤波器的线性相位过采样NPR DFT调制滤波器组的设计方法。根据滤波器组在子带混叠、系统输出混叠、系统失真三方面的要求,推导并给出了相应的设计算法。不同的分析、综合原型滤波器的使用增加了设计自由度,可以有效改善滤波器组的整体性能。另外,由于考虑了线性相位约束,滤波器组的通带平坦性约束变得更为简单,简化了设计算法。     

FBMC/OQAM系统中基于子空间的信道估计算法

针对滤波器组多载波偏移幅度调制（FBMC/OQAM）系统中基于传统导频结构的信道估计方法估计精确度不高、频谱利用率低的问题,提出一种基于子空间的盲信道估计算法。区别于传统的子空间方法,该算法通过空间上的接收分集技术引入数据冗余进行盲信道估计,不需要发送导频序列,从而提高了频谱利用率。仿真结果表明,该算法可以有效地估计信道且估计性能优于传统导频方法。     

FBMC系统中原型滤波器的迭代设计算法

基于滤波器组的多载波系统的整体性能完全由一个原型滤波器决定,例如频率选择特性、符号间干扰和信道间干扰。为构建近似完全重构的多载波系统,提出了一种迭代算法来设计原型滤波器。该算法将设计问题归结为一个无约束的优化问题,其目标函数为符号间干扰、信道间干扰以及原型滤波器阻带能量的加权和。通过推导目标函数的梯度向量和海森矩阵,采用修正牛顿算法来迭代优化原型滤波器,每次迭代更新中,原型滤波器都是通过闭合公式求解,因此算法的计算复杂度很低。仿真实验表明,与已有的设计算法相比,所提出的算法提高了系统的整体性能。     

基于余弦调制的二维LP-NPR滤波器组设计

二维滤波器组通常用于图像处理中,而图像子带编码希望滤波器组同时也具有线性相位（LP）特性。提出了一种基于一类新余弦调制系统的二维线性相位-近似完全重构（LP-NPR）滤波器组的设计方法,设计过程分为两个步骤：首先采用Parks-McClellan算法来计原型滤波器,再经过余弦调制能到一系列的线性相位分析和综合滤波器,从而可以构造一维LP-NPR滤波器组;然后利用树状结构来结合两个一维LP-NPR滤波器组,并运用单位模变换,可以得到二维不可分离LP-NPR滤波器组。实验结果表明此方法是可行的,所设计的滤波器组可达到令人满意的重构精度。     

NC-OFDM卫星通信方法及系统仿真北大核心

为了提高卫星通信的频谱利用效率,提出基于认知无线电的非连续正交频分复用(Non-continuous Orthogonal Frequency Division Multiplexing,NC-OFDM)卫星通信方法,研究了NC-OFDM子载波分配方法、系统建模仿真和对授权用户的干扰分析。基于频谱感知的子载波分配方法实现了NC-OFDM卫星通信系统对频谱空洞的有效利用,系统仿真结果和干扰分析表明,NC-OFDM卫星通信能够提高频谱利用率,并且在采用频谱感知和自适应信道接入技术的条件下,NC-OFDM卫星通信系统能够与授权用户实现频谱兼容。     

任意长度余弦调制滤波器组的设计

一般我们对线性相位原型滤波器进行调制得到长度为N=2mM的完全重构FIR滤波器组,其中M为通道数.在本文中提出了原型滤波器长度为任意的.完全重构余弦调制滤波器组.原型滤波器的设计大多涉及到多参数非线性优化问题,设计复杂度高.本文使用了拉格朗日乘数法.通过迭代实现了原型滤波器的设计.这种方法设计简单,计算量大大减少,对初值不敏感.并且可以实现令人满意的通带效果.     

基于SC-FDMA的宽带认知无线电网络中最优功率分配的研究

研究了基于单载波频分多址(SC-FDMA)的宽带认知无线电网络中非授权用户(NU)的最优功率分配(OPA)问题.首先给出了基于SC-FDMA的宽带认知无线电网络中非授权用户对授权用户的干扰功率模型.在此基础上,分别在下述两种约束条件下利用凸优化理论推导出了两种使非授权用户的和速率最大的最优功率分配(OPA)算法.约束条件一为:任一非授权用户的任一子载波对授权用户的干扰功率受限(IPCs);约束条件二为:所有非授权用户的所有子载波对授权用户的干扰功率受限(IPC).仿真结果表明,与等功率分配(EPA)和传统最优功率分配(C-OPA)算法相比,所提出的算法显著提高了非授权用户的可达和速率.     

过采样NPR DFT调制滤波器组设计

提出了一种具有不同分析和综合原型滤波器的过采样几乎完全重构（NPR）DFT调制滤波器组的更为简单的设计方法。按照滤波器组的通带、阻带、系统失真要求,以系统整体失真误差作为目标函数,分析和综合原型滤波器的阻带能量作为约束条件,同时引入了更简单的通带平坦性约束。与目前的设计方法相比,该方法可以得到性能更好的滤波器组,仿真的结果也证实了这点。     

认知无线电中子谱缺失下的似然恢复算法

在使用滤波器组对信号频谱进行分割、插空的过程中,如果用户信号频谱带宽大于空余频带的总和或者插空信道出现强干扰,用户的信号检测会受到干扰。针对该问题,提出一种子谱缺失下的似然恢复算法。结合频谱分割技术,构建子谱缺失场景下的等效信道模型,并采用自适应似然信号恢复算法抑制非理想信道的干扰。仿真结果表明,该算法能够有效恢复失真信号,改善认知无线电中子谱缺失下的信号检测性能。     

适用于高阶QAM的改进型Costas环研究

为提高高阶正交幅度调制(QAM)解调中载波恢复的收敛速度及跟踪稳定性,基于软件无线电设计思路和传统科斯塔斯(Costas)环基本原理,提出一种改进型Costas环的研究方法。该方法采用符号鉴相器代替传统的乘法器鉴相器,设计的环路滤波器运用多系数调整取代传统的一组系数调整。以1024QAM信号解调为例,通过使用Matlab/Simulink下的System Generator工具箱对解调系统建模仿真,以验证其载波恢复性能。仿真结果表明,改进的Costas环能准确地对接收的高阶QAM信号进行载波恢复,且与传统算法相比,改进后的环路跟踪平稳、收敛速度更快速、误码率更低,较好地改善了通信质量。     

广义频分复用与正交频分复用的比较

广义频分复用是德国5GNOW项目组提出的一种5G物理层解决方案,采用的是非矩形脉冲成型。首先对GFDM基本模型进行研究,指出其本质是DFT滤波器组,然后分别用DFT滤波器组实现OFDM和GFDM多载波调制系统,分析三者间的联系与区别,突出循环卷积降低GFDM计算复杂度的特点。从CP加入方式和原型滤波器两个方面对GFDM和OFDM进行比较,指出GFDM使用更少的CP,提高了频谱效率。最后通过实验仿真,对二者的原型滤波器频域响应性能和SER性能进行比较,强调非矩形滤波器有更好的频域响应性能,GFDM的SER性能较差是因为放弃了子载波的严格正交条件,导致子载波间干扰增大。     

认知无线电在医疗无线网络中的应用研究

认知无线电是允许未授权用户可以机会式接入使用授权用户的电磁频谱的一种技术．这一新兴技术的目的是为了提高无线资源的使用率。在医疗环境中。认知无线电具有很大的潜力。可以解决分配给医疗应用的频谱的稀缺性所造成的干扰问题。介绍一些医疗无线网络的认知无线电技术应用的相关研究及所面临的挑战和发展趋势。     

基于OFDM的认知无线电用户频谱分配策略

结合正交频分复用(OFDM)技术,研究认知无线电场景中的多用户频谱分配策略,提出最优与次优2种算法。最优算法通过授权用户的SIR下限得到认知无线电的发射总功率,采用拉格朗日定理为每个认知用户分配子载波和功率。次优算法引入分配比例因子来体现用户分配的公平原则,通过限制SIR得到频谱分配结果。仿真结果表明,2种算法的性能优于现有基于FDMA的静态频谱分配算法,能从不同层面满足认知无线电的需求。     

基于时域改进离散傅里叶变换调制滤波器组的多载频调制系统设计

针对传统离散傅里叶变换(DFT)调制滤波器组设计时因原型滤波器时域反转条件带来的功率互补限制问题,从滤波器组时域完全重建条件角度提出一种时域改进方法设计DFT调制滤波器组,并将其应用于滤波器组多载频调制系统中。该时域改进设计方法放弃传统设计方法中原型滤波器的时域反转约束条件,即接收端滤波器组为发送端滤波器组的共轭转置形式,采用滤波器组时域完全重建条件矩阵方程设计接收端滤波器组,从而避免了对原型滤波器设计的功率互补条件限制,同时保证了滤波器组的完全重建特性。相比传统设计方法,该改进方法提高了滤波器组中原型滤波器的设计自由度,可以根据不同的应用场景选择适合的原型滤波器而无需考虑功率互补限制。基于该方法设计的多载频调制系统在正交相移键控(QPSK)调制、理想信道和3GPP TS 25.104人行多径信道以及单抽头频域均衡下有更好的误符号率(SER)性能。