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MIMO-OFDM系统的频偏与信道估计算法研究

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MIMO-OFDM系统的频偏与信道估计算法研究

作者：冯心欣南京理工大学

学位级别：硕士

正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术能有效地克服宽带产生的多径干扰,显著降低接收端均衡器的复杂度。多输入多输出(MIMO,Multiple Input Multiple Output)技术能够在不增加系统带宽和发射功率的前提... 详细信息

正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术能有效地克服宽带产生的多径干扰,显著降低接收端均衡器的复杂度。多输入多输出(MIMO,Multiple Input Multiple Output)技术能够在不增加系统带宽和发射功率的前提下显著增加信道容量。因此,OFDM和MIMO技术的结合已经成为未来宽带无线通信领域最有吸引力的候选方案。本论文将针对MIMO-OFDM系统核心技术中的频率偏移估计和信道估计进行深入研究,获得如下贡献: (一)针对传统的基于虚子载波的最大似然(ML,Maximum Likelihood)频偏估计器计算复杂度高的问题,本文提出了一种基于逆快速傅立叶变换(IFFT,InverseFast Fourier Transform)和分段搜索方法的低复杂度频偏估计器。通过在加性高斯白噪声(AWGN,Additive White Gaussian Noise)信道和典型市区(TU,Typical Urban)信道下的仿真,验证了该改进后的估计器在显著降低计算复杂度的前提条件下,提供了接近原估计器的均方误差(MSE,Mean Square Error)性能。 (二)传统宽带不相关MIMO-OFDM系统中常用的梳状训练结构(CTTP,Comb-Type Training Pattern)会造成高的峰均功率比(PAPR,Peak-to-Average PowerRatio)。为了克服该问题,本文从时域角度,推导了基于最大似然信道估计器的最优训练序列需要满足的条件,构造了一种基于循环位移Chu序列的时域最优训练序列。在TU信道下的仿真结果表明:本文提出的训练序列可以达到与循环梳状频域训练序列相同的MSE和误比特(BER,Bit Error Rate)性能。 (三)在宽带相关MIMO-OFDM系统中,基于线性最小均方误差(LMMSE,Linear Minimum Mean Square Error)信道估计器的最优训练序列没有封闭解。为了解决该问题,本文从时域角度推导了LMMSE估计器所能达到的MSE下限,在此基础上获得时域最优训练序列满足的条件:该最优训练序列的功率应分布在信道相关矩阵特征向量空间的方向上,并根据特征值的大小进行最优功率分配,当信噪比较高时退化为等功率分配。通过在相关MIMO宽带信道中的仿真,验证了该等功率分配的序列在中、高信噪比区域可以达到与最优功率分配的序列相同的性能。

关键词： MIMO-OFDM 频率同步信道估计最优训练序列最大似然线性最小均方误差

基于调频连续波雷达的多维信息特征融合人体姿势识别方法

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电子与信息学报 2022年第10期44卷 3583-3591页

作者：冯心欣李文龙何兆郑海峰福州大学物理与信息工程学院福建省媒体信息智能处理与无线传输重点实验室福州350108

为实现在复杂多样的环境下人体姿势的识别,该文提出一种基于调频连续波(FMCW)雷达的多维信息特征融合的人体姿势识别方法。该方法通过对FMCW雷达原始信号进行3维快速傅里叶变换得到目标距离、速度和角度的多维信息,在采用具有噪声的基... 详细信息

为实现在复杂多样的环境下人体姿势的识别,该文提出一种基于调频连续波(FMCW)雷达的多维信息特征融合的人体姿势识别方法。该方法通过对FMCW雷达原始信号进行3维快速傅里叶变换得到目标距离、速度和角度的多维信息,在采用具有噪声的基于密度的聚类算法(DBSCAN)和Hampel滤波算法解决运动范围内动态或静态目标的噪声干扰后使用卷积神经网络对多维信息进行特征提取,然后利用低秩多模态融合网络(LMF)充分融合多维信息的特征,并通过域鉴别器进一步获得与环境无关的特征,最终使用活动识别器获得姿势识别结果。为了实用性,在边缘计算平台上搭载预先设计的算法和训练好的网络模型进行实验验证。实验结果表明,在复杂的环境下该方法的识别精度可达到91.5%。

关键词：调频连续波雷达姿势识别背景消除特征融合

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基于DSP实现的2FSK信号的解调

福州大学学报（自然科学版） 2010年第4期38卷 548-551页

作者：陈忠辉冯心欣福州大学物理与信息工程学院福建福州350108

提出了一种基于离散短时傅里叶变换解调2FSK信号的方法,通过在时域和频域联合二维空间上分析信号的时频特性,对接收信号在不同时间段的频谱进行分析,对接收码元进行同步捕获并在此基础上对接收信号进行判决,从而实现信号的解调.利用单片... 详细信息

提出了一种基于离散短时傅里叶变换解调2FSK信号的方法,通过在时域和频域联合二维空间上分析信号的时频特性,对接收信号在不同时间段的频谱进行分析,对接收码元进行同步捕获并在此基础上对接收信号进行判决,从而实现信号的解调.利用单片DSP芯片实现上述算法,配合一些外围电路构成一个完整的通信系统即可实现中低速率的电力线载波通信.

关键词： 2FSK信号时频分析解调电力线载波通信

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基于自适应秩动态张量分析的短时交通流预测

物联网学报 2019年第3期3卷 18-25页

作者：何领朝林东冯心欣福州大学物理与信息工程学院

在智能交通系统中,短时交通流预测可以为路线规划、交通管理和公共安全等领域提供数据支撑。为了提高数据缺失和异常情况下的预测准确性,提出了一种基于自适应秩动态张量分析的算法来进行短时交通流预测。首先构造了覆盖周、天、时间窗... 详细信息

在智能交通系统中,短时交通流预测可以为路线规划、交通管理和公共安全等领域提供数据支撑。为了提高数据缺失和异常情况下的预测准确性,提出了一种基于自适应秩动态张量分析的算法来进行短时交通流预测。首先构造了覆盖周、天、时间窗口和空间4个维度的张量,以挖掘交通流数据之间的多模相关性。其次,利用滑动窗口模型,形成动态结构的张量流数据。然后将主成分分析算法扩展成可以接收张量输入的离线张量分析算法,并引入自适应秩和遗忘因子形成自适应秩动态张量分析算法。最后将张量流数据输入自适应秩动态张量分析算法中,实现对短时交通流数据的预测。实验结果显示,即使在数据有缺失的情况下,自适应秩动态张量分析算法也能实现良好的预测。

关键词：短时交通流预测数据缺失动态张量分析多模信息

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直序扩频通信中同步捕获的改进算法

福州大学学报（自然科学版） 2010年第6期38卷 845-849页

作者：陈忠辉徐艺文冯心欣福州大学物理与信息工程学院福建福州350108

提出一种用于直序扩频通信的同步捕获改进算法,其核心思想是让输入信号同时通过基本通带和辅助通带两个支路滤波器,经推导得出相应最优的中心频率和带宽.然后分别对两个支路的输出信号进行谱分析,通过比较两个支路输出信号的功率来判决... 详细信息

提出一种用于直序扩频通信的同步捕获改进算法,其核心思想是让输入信号同时通过基本通带和辅助通带两个支路滤波器,经推导得出相应最优的中心频率和带宽.然后分别对两个支路的输出信号进行谱分析,通过比较两个支路输出信号的功率来判决本地PN码是否与输入信号的PN码同步,实现PN码同步捕获.仿真结果表明,该算法捕获性能良好、易于实现,适用于实际的扩频通信系统.

关键词：直序扩频通信同步捕获功率谱分析改进算法

基于模糊C均值聚类和随机森林的短时交通状态预测方法

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电子与信息学报 2018年第8期40卷 1879-1886页

作者：陈忠辉凌献尧冯心欣郑海峰徐艺文福州大学物理与信息工程学院福州350116

交通拥堵长期以来是城市面临的主要问题之一,解决交通拥堵瓶颈刻不容缓。准确的短时交通状态预测有利于市民预知交通出行信息,及时采取措施避免陷入拥堵困境。该文提出一种基于模糊C均值聚类(FCM)和随机森林的短时交通状态预测方法。首... 详细信息

交通拥堵长期以来是城市面临的主要问题之一,解决交通拥堵瓶颈刻不容缓。准确的短时交通状态预测有利于市民预知交通出行信息,及时采取措施避免陷入拥堵困境。该文提出一种基于模糊C均值聚类(FCM)和随机森林的短时交通状态预测方法。首先,利用一种新颖的融合时空信息的自适应多核支持向量机(AMSVM)来预测短时交通流参数,包括流量、速度和占有率。其次,基于FCM算法分析历史交通流,获取历史交通状态信息。最后,利用随机森林算法分析所预测的短时交通流参数,得到最终预测的短时交通状态。该方法在融合时空信息的同时采用随机森林算法应用于短时交通状态预测这一全新的研究领域。实验结果表明,FCM对历史交通状态的评估方式适用于不同的高速路和城市道路场景。其次,随机森林比其它常见的机器学习方法具有更高的预测精度,从而提供实时可靠的短时交通出行信息。

关键词：短时交通状态预测随机森林模糊C均值聚类自适应多核支持向量机

Multi-Channel Spectrum Sensing in Cognitive Ad-hoc Networks:An Energy-Efcient Manner

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Journal of Shanghai Jiaotong university(Science) 2013年第5期18卷 513-519页

作者：李鹤甘小莺陈时阳冯心欣 Department of Electronic Engineering Shanghai Jiaotong University State Key Laboratory of Integrated Services Networks Xidian University

Cognitive radio,which is capable of enabling dynamic spectrum access,is a promising technology in future wireless *** feasibility of cognitive radio network greatly depends on the energy efciency and reliability of spectrum sensing *** this paper,spectrum sensing in cognitive ad-hoc network(CAN)with wide-band dynamic spectrum is considered.A cognitive cluster head(CCH)is set and responsible for dividing the wide-band spectrum into multiple sub-channels;it can either sense sub-channels in a centralized manner,or make use of sensing modules to sense sub-channels in a distributed *** cognitive users(CUs)can get sensing results and access to the available *** take the cost of control message into consideration and formulate the energy consumption of CAN in terms of sub-channel sampling rate and whole-band sensing *** define energy efciency intuitively and solve the energy efciency optimization problem with sensing reliability constraints by constructing a parametric problem and obtain the optimal sampling rate and the wholeband sensing *** dissipation model of a practical A/D convertor(ADC)is introduced,and numerical results are given to show the energy efciency performance of two diferent sensing manners.

关键词： cognitive radio spectrum sensing energy efciency ad-hoc network multi-channel

结合聚类与CMAB的群智感知车联网任务分配方法

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物联网学报 2021年第3期5卷 86-96页

作者：冯心欣郭丹颖柳泽烽郑海峰福州大学物理与信息工程学院福建福州350108

基于车联网(IoV,Internet of vehicles)用户的群智感知网络具有节点覆盖广泛、数据全面及时等优点。该技术实现的一大难点在于,如何通过充分挖掘和利用车联网用户的信息(如用户地理位置等)来选择合适的感知任务参与者,以合理地进行任务... 详细信息

基于车联网(IoV,Internet of vehicles)用户的群智感知网络具有节点覆盖广泛、数据全面及时等优点。该技术实现的一大难点在于,如何通过充分挖掘和利用车联网用户的信息(如用户地理位置等)来选择合适的感知任务参与者,以合理地进行任务分配,进而提高感知任务的完成质量和任务发布者收益。为此提出了一种结合车辆用户轨迹特征与组合多臂赌博机(CMAB,combinatorial multi-armed bandits)算法的群智感知用户任务分配机制。首先,基于用户历史行车轨迹的相似程度,将用户聚类。然后,利用CMAB模型,将轨迹聚类信息作为用户任务分配的依据,求解最佳工作者组合。最后,利用真实出租车轨迹数据集对上述算法进行了验证。实验结果表明,考虑轨迹特征信息的任务分配算法具有更高的准确率,并能使任务发布者获得高收益。同时,所选出的工作者集合有相近的行车轨迹,对于同一地点的任务具有高的完成质量,能有效提高感知数据质量和任务发布者收益,适用于实际应用场景。

关键词：群智感知车联网组合多臂赌博机模型轨迹聚类任务分配

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基于交替最小二乘法的时空张量填充算法

电气技术 2019年第12期20卷 35-40页

作者：汪灿冯心欣福州大学物理与信息工程学院

在网络系统中,无论采用何种流量测量系统,都无法避免数据的丢失。为解决网络流量数据的缺失问题,本文提出了一种基于交替最小二乘法的时空张量填充算法以恢复流量数据张量中的缺失值。本文提出的算法不仅利用了张量分解及其低维表示,还... 详细信息

在网络系统中,无论采用何种流量测量系统,都无法避免数据的丢失。为解决网络流量数据的缺失问题,本文提出了一种基于交替最小二乘法的时空张量填充算法以恢复流量数据张量中的缺失值。本文提出的算法不仅利用了张量分解及其低维表示,还充分考虑了网络流量数据的时空相关性,进一步提高了数据恢复的准确性。本文使用Abilene数据集对算法进行测试,并与现有的填充方法进行对比。实验结果表明,本文提出的方法能够有效地减少流量数据恢复的误差,提升了数据恢复的精确度。

关键词：交替最小二乘法数据缺失张量填充时空约束