F-OFDM仿真系统设计与时频同步算法

针对新一代5G波形的F-OFDM技术开展了研究,通过把一个宽带分为若干个子带,对每个子带进行滤波处理以实现更好的通信效能。基于Simulink平台进行了F-OFDM仿真系统的搭建,重点对F-OFDM符号同步方法和频偏估计方法进行了研究与仿真分析。实验结果表明,基于Chu序列相比采用PN序列可以获得更好的同步效果,基于导频的Classen频偏估计算法相比基于CP的CFO估计算法和基于训练序列的Moose估计方法可以获得更好的频偏估计效果。     

一种适应复杂地下环境的导航增强型脉冲超宽带通导一体自组网体制设计研究

超宽带(UWB)技术以其大宽带、低功率、高精度等优点广泛应用于室内定位。然而其本质上是一种通信信号体制,复杂环境下组网困难,所以UWB系统在复杂地下环境中仍有挑战。为此该文在UWB标准信号体制的基础上提出了导航增强型超宽带(Hnav-UWB),通过优化通信信息的冗余度简化帧结构,同时降低脉冲发送频率增加单个脉冲的能量,采用改进的跳时二进制相移键控(TH-BPSK)调制方式提高了信号的多用户和抗多径能力。另外,该文设计了动态重构节点网络适应复杂环境,该网络没有主从节点之分,通过双向测距获得两两距离,根据多维尺度变换(MDS)算法自建相对位置坐标,根据分布式协作定位(DCL)算法提高精度,最后根据最小二乘(LS)法利用某已知点在地图的位置进行地图匹配。基于自建的脉冲超宽带(IR-UWB)仿真系统试验,结果显示相同条件下Hnav-UWB的误码率比对照组降低10倍,定位精度提升3倍。经1000次蒙特卡罗模拟,动态重构网络匹配准确率达95%。     

基于格基约减的扩频通信多址干扰抑制算法

在链路资源受限条件下的扩频通信应用中,多址干扰是限制系统多用户服务能力和通信质量的主要因素。该文针对多址干扰消除问题,首次将格基约减理论应用到扩频通信多址干扰消除中,提出基于格基约减辅助的多用户检测算法,通过格基约减变换实现对信号间互相关矩阵的正交性优化,使多用户检测算法性能得到改进,以较低的运算复杂度实现了逼近最大似然算法的检测性能。该算法在对抗强远近效应方面表现出优异性能,不同于传统多用户检测算法在恶劣多址环境下检测性能的严重退化,该算法能够保持对最大似然检测算法性能的逼近,可以使扩频通信系统的传输可靠性、多用户服务能力以及环境适应性得到显著增强。     

面向时间同步业务的空间信息网络拓扑聚合图模型

空间信息网络的发展呈现出节点异构和功能多样化趋势,网络节点间的时间同步是实现协同任务的重要技术基础。论文对空间信息网络的时间同步业务特性进行了分析,并提出基于多跳中继的时间同步误差模型。针对非实时时间同步业务特点,提出了钟差相对不变性概念,并基于此提出了面向时间同步业务的空间信息网络拓扑聚合图模型。不同于面向通信业务的网络拓扑模型,该模型的建立以节点时钟性能和时间比对链路性能为约束条件,反映了时间同步业务的特性和需求。针对该模型进行了空间信息网络时间同步仿真实验,实验结果表明基于该模型进行多跳中继时间同步,可以减少时间同步过程的路由筛选及建链次数,降低时间同步业务的链路资源消耗,同时可以达到更高的时间同步精度。     

一种新型基于格基约减的MIMO检测算法

MIMO技术是LTE的关键技术,MIMO信号检测算法的选用需要在复杂度和检测性能之间取得合理的折中。将格基理论应用于MIMO检测中,能够大幅降低由于天线数增多所带来的检测复杂度过高问题,典型的格约减算法有LLL算法和Seysen算法。以上述格基约减算法为基础,引进排序串行干扰抵消和广度优先球译码K-best算法的思想,提出了一种新型的基于格基约减的MIMO检测算法--KLR_OSIC。与原有基于格基约减的检测算法相比,该算法能够在较低的计算复杂度下显著提高MIMO的检测性能。通过仿真可看出,新算法比原基于格基约减的算法性能更佳,且更接近ML算法。     

室内环境OFDM与UWB通信定位一体化系统兼容性分析

随着5G、WiFi通信技术的不断发展以及超宽带信号（UWB）高精度定位系统的广泛应用,在室内空间下正交频分复用信号（OFDM）与UWB信号的共存互干扰不可忽视。本文采用等效载噪比的分析方法,结合两者物理特性,使用MATLAB搭建两系统物理层模型,根据谱分离系数来计算干扰信号随接收信号进入接收机而引起的噪声量,进而通过受干扰情况下接收机的等效信噪比获得OFDM通信系统的误码率和UWB系统的定位精度。仿真结果表明,OFDM信号与UWB信号间存在同频信号干扰,干扰中心处UWB信号定位误差放大12倍以上,OFDM通信信号误码率上升至10-3左右,即信号同频互干扰会造成5G、WiFi等通信系统性能下降的同时严重影响UWB系统的定位精度。通过提出基于分布式低功率微基站的系统部署优化方案,实现了实验区域内通信性能几乎不变情况下定位性能的显著提高,整个实验区域均可保证分米级的定位精度。研究结果可为5G通信系统与UWB定位系统的一体化设计与设备部署提供参考。     

基于多源融合的OFDM室内定位技术研究

目前各种室内定位技术都有其自身的优势和局限性,单一的定位技术已经无法满足高精度的室内定位需求。针对该问题,提出了一种基于多源融合技术的室内定位方法。利用常见正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)信号的时频二维特性实现测距定位,并通过识别主径的方式来抑制多径对子载波相位的影响,同时采用行人航位推算技术得到预测的用户位置,使用粒子滤波器将OFDM定位结果和行人预测信息进行滤波融合。实验结果表明,相较于单一的定位方法,融合后的定位方法更能满足室内定位需求,其平均定位误差小于1 m的概率大于95%。     

基于纠错编码联合迭代的多址干扰消除方法

在链路资源受限条件下的扩频通信应用中,多址干扰成为限制系统多用户服务能力和通信质量的最主要因素。针对多址干扰问题,提出了一种基于纠错译码联合迭代的并行多址干扰消除方法,显著改善了在多址干扰恶劣条件下,传统并行干扰消除算法多址干扰抑制性能不佳的情况,解决了传统算法难以应用于异步扩频通信系统的问题。仿真实验结果表明相比经典的部分并行干扰消除(PPIC)算法可带来7 dB以上的解调性能增益,同等链路资源可以支持更多用户数量进行通信,有效提高了扩频通信系统多用户信息传输能力。     

802.15.4z协议LRP UWB通导融合信号体制研究与分析

针对IEEE最新发布的802.15.4z协议的超宽带（Ultra-Wide Band ,UWB）物理层改动进行了分析,并基于MATLAB设计了低频脉冲超宽带（Low Frequency Pulse Ultra-Wide Band,LRP UWB）三种工作模式以及高频脉冲超宽带（High Frequency Pulse Ultra-Wide Band,HRP UWB）的通信测距一体化系统,并在802.15.4的CM1信道条件下仿真对比了各个系统的误码率（Bit-Error-Rate,BER）和测距精度来分析不同工作模式下的UWB系统性能特点。误码率仿真结果为LRP UWB低于HRP UWB,而LRP长程模式误码最低,在信噪比15以上为10-4,说明长程模式的通信链路最稳定。测距仿真结果表明LRP UWB系统三种模式在20m以内近距离测距性能上具有与HRP UWB系统精度相当,均为0.1m;而LRP UWB长程模式在100m以上的远距离测距精度优于0.1m,其他几种模式精度均在0.5m以上,说明长程模式更加适合用于远距离测距。最后设计并仿真了脉冲累积测距系统的测距能力,其100m距离以上测距精度优于0.4m,为长程模式单脉冲测距精度的2倍以上,说明使用脉冲累积测距技术可以进一步提升系统远距离测距能力。     

复杂多径下IR-UWB自适应频偏估计算法研究

在脉冲超宽带定位系统中,时钟频率偏移是影响测距和测角精度的重要因素;针对复杂多径下频偏估计精度低的问题,设计了一种适应复杂多径环境的脉冲超宽带自适应频偏估计算法;首先,借助脉冲超宽带信号的抗多径优势,将实时估计的信道脉冲响应作为自适应匹配滤波模板,以保证复杂多径下相关峰的准确提取;利用相关峰辐角信息得到前导符号的相位序列;再使用贝叶斯估计算法提高频偏估计精度;在IEEE 802.15.4a标准CM1、CM2多径信道下进行仿真,仿真结果表明,低信噪比情况下,频偏估计估计精度保证在0.2 ppm以内;在巷道环境实验结果表明,50 m范围内频偏估计标准差在0.06 ppm以内;实现了复杂多径环境下高精度频偏估计,具有较强的实用性。