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一种基于星间光链路的帧同步与频偏估计方法

激光技术 2016年第2期40卷 264-269页

作者：邓博于赵尚弘李勇军程振张曦文空军工程大学信息与导航学院西安710077

为了解决星间激光通信不同步导致的信息质量差与解调难度大等问题,针对滑动互相关算法帧同步易受载波频偏影响的不足,采用计算仿真的方法分析了星间多普勒效应引起的载波频偏程度,提出差分相关算法以实现帧同步与载波频偏估计,并给出硬... 详细信息

为了解决星间激光通信不同步导致的信息质量差与解调难度大等问题,针对滑动互相关算法帧同步易受载波频偏影响的不足,采用计算仿真的方法分析了星间多普勒效应引起的载波频偏程度,提出差分相关算法以实现帧同步与载波频偏估计,并给出硬件实现方案,分析了差分相关算法的帧同步与载波频偏估计性能。结果表明,差分相关算法能够实现大载波频偏影响下的帧同步,且具有较强的频偏估计性能,采用差分相关算法后系统的误码性能提升近3d B。此结果说明,差分相关算法是解决星间激光链路同步问题的有效方法。

关键词：光通信帧同步差分相关算法载波频偏估计多普勒效应

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再入飞行器正交频分复用遥测系统设计

导弹与航天运载技术 2016年第4期 87-90页

作者：孙涛李帆葛立张天昊北京航天长征飞行器研究所北京100076

正交频分复用是一种无线通信技术,其频谱利用率高,非常适合高速数据传输,在再入飞行器遥测领域的应用前景非常广阔。介绍了载波频偏对正交频分复用系统的影响,提出了一种基于本地训练序列的频偏校正的算法,设计了再入飞行器正交频分复... 详细信息

正交频分复用是一种无线通信技术,其频谱利用率高,非常适合高速数据传输,在再入飞行器遥测领域的应用前景非常广阔。介绍了载波频偏对正交频分复用系统的影响,提出了一种基于本地训练序列的频偏校正的算法,设计了再入飞行器正交频分复用遥测接收系统。

关键词：正交频分复用遥测系统载波频偏估计再入飞行器

面向IEEE 802.11ac射频一致性测试的采样频偏估计算法研究与应用

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面向IEEE 802.11ac射频一致性测试的采样频偏估计算法研究与应用

作者：沈汉文东南大学

学位级别：硕士

采样频偏是由于接收端和发送端的晶振频率不匹配而产生的采样频率偏差,会对接收端信号造成幅度失真、相位旋转和子载波间干扰等不利影响。本文围绕面向IEEE 802.11ac射频一致性测试系统的采样频偏估计算法进行研究。本文的主要工作如下... 详细信息

采样频偏是由于接收端和发送端的晶振频率不匹配而产生的采样频率偏差,会对接收端信号造成幅度失真、相位旋转和子载波间干扰等不利影响。本文围绕面向IEEE 802.11ac射频一致性测试系统的采样频偏估计算法进行研究。本文的主要工作如下：首先,介绍了IEEE 802.11ac的关键技术。主要包括OFDM的基本原理和关键技术。详细分析了IEEE 802.11ac的物理层协议,包括帧格式、长训练序列、短训练序列、导频等,以及IEEE 802.11ac的系统发射机模型。其次,研究仿真了已有的采样频偏估计技术。本文在建立了采样频偏估计的理论模型的基础上分析了采样频偏和载波频偏对系统造成的不利影响。研究仿真了多种采样频偏和载波频偏的联合估计算法,主要包括基于循环前缀的频偏估计算法、基于训练序列的频偏估计算法、基于导频的频偏估计算法,综合频偏估计算法以及MIMO频偏估计算法。为后续的面向IEEE 802.11ac射频一致性测试的采样频偏估计算法研究奠定了基础。然后,介绍了射频一致性测试技术。简要说明了本文所采用的PXI模块化射频一致性测试系统,包括硬件架构和软件实现。分析了主要的射频测试指标。同时介绍了整个基带处理系统的模块框架及各模块的算法实现。另外,本文将频偏估计算法应用于IEEE 802.11ac中,并提出改进。准确的精定时同步是良好的频偏估计的前提。由于在MIMO系统中传统的精同步算法存在伪多径效应的问题,本文利用惩罚因子和局部积分策略提出了MIMO精同步改进算法。仿真结果表明本文算法能有效的抵抗伪多径效应,定时同步误差远小于传统算法。本文提出利用长训练序列的最大似然联合频偏估计算法,并推导出载波频偏的闭式表达式,同时利用信赖域反馈算法求解采样频偏。仿真结果表明,本文算法优于已有算法,且具有较低的时间复杂度。同时将最大似然联合频偏估计算法推广到MIMO中,频偏估计误差也远小于已有MIM O联合频偏估计算法。将递归最小二乘RLS算法应用到IEEE 802.11ac的频偏追踪中,取得了极小的频偏估计误差。最后仿真了联合频偏估计的整体实现方案,本文的联合频偏估计方案估计误差较小,收敛速度快且运算复杂度低。最后对本文的研究工作进行了总结与展望。

关键词： IEEE 802.11ac 射频一致性测试采样频偏估计载波频偏估计 MIMO精同步

新一代无线局域网信号的识别、参数估计与码流提取

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新一代无线局域网信号的识别、参数估计与码流提取

作者：梁晨光电子科技大学

学位级别：硕士

随着无线局域网技术的不断发展,无线接入点的密度与用户密度也逐渐提高。在一个拥有大量用户的无线局域网环境中,通信的安全性至关重要。常见的无线局域网通信安全性保障主要基于数据链路层、网络层和传输层的加密算法、协议和防火墙等... 详细信息

随着无线局域网技术的不断发展,无线接入点的密度与用户密度也逐渐提高。在一个拥有大量用户的无线局域网环境中,通信的安全性至关重要。常见的无线局域网通信安全性保障主要基于数据链路层、网络层和传输层的加密算法、协议和防火墙等技术。而基于物理层的伪造AP攻击等技术可以在一定程度上绕开这些上层安全保障技术,此时针对无线局域网物理层的安全认证技术就具有了重要意义。基于信号射频指纹和MAC地址等标识符进行两个维度的信息融合可以实现物理层通信的安全性认证。本文主要基于新一代无线局域网通信标准IEEE 802.11ax,分析了新引入协议的技术和帧结构等信息,介绍了传统的Wi-Fi信号接收过程中获取MAC地址信息的关键流程,包括数据包检测、符号同步、频偏估计、帧格式识别和解调解码等流程,并引入了深度学习技术对其中部分流程进行了改进,以提升性能或者优化结构。最后基于实际环境中采集的数据,将提取的MAC地址信息和射频指纹识别结果相结合,完成物理层接入设备的安全认证。本文的主要工作如下:(1)优化和改进了获取MAC地址信息流程中的同步和识别算法。本文引入了深度学习的方法提升了时间参数估计算法的性能和简化了频偏估计算法的流程,以及提高了帧格式识别结果的准确度。经过仿真验证的结果表明,改进的算法针对数据包信息的恢复特别是MAC地址的获取效果有明显提升。(2)实现了对发射设备基于射频指纹的识别。本文通过一个卷积神经网络对发射设备本身引入的相位噪声和非线性失真等射频信息进行自动特征的提取,经过仿真验证,在静态信道条件下,网络可以准确地区分设备。并经过真实环境中采集数据的测试,对发射设备的识别准确度可以达到96%以上。(3)在非合作条件下融合MAC地址和射频指纹特征,实现用户连接无线接入点过程中的物理层安全认证。本文在提取无线路由器的MAC地址和射频指纹特征过程中,只需要单方面接收并处理发射设备广播的数据,而不需要通过认证接入路由器网络。因此本文提供的设备物理层认证方案可以在非合作的方式下进行,经过仿真和实测,此方案可以有效完成对合法设备、未知设备和伪造AP的区分,从而保证用户可以接入安全的无线网络。

关键词：正交频分复用时间同步载波频偏估计射频指纹深度学习

基于OFDM的数字电视地面广播系统中的载波同步方法

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基于OFDM的数字电视地面广播系统中的载波同步方法

作者：杨旭霞上海交通大学

学位级别：硕士

正交频分复用技术(OFDM)是一种多载波调制技术,可以提供更多的有效带宽,并且能够有效的对抗多径延时。因此,OFDM技术在数字电视广播领域的应用引起人们广泛关注,并被纳入多种数字电视地面传输标准。 OFDM对接收端子载波的同步性要求十... 详细信息

正交频分复用技术(OFDM)是一种多载波调制技术,可以提供更多的有效带宽,并且能够有效的对抗多径延时。因此,OFDM技术在数字电视广播领域的应用引起人们广泛关注,并被纳入多种数字电视地面传输标准。 OFDM对接收端子载波的同步性要求十分精确,否则就会破坏子载波间正交性,从而引起传输性能的急剧下降。所以我们需要找到有效的同步方法来对载波频偏进行校正。因此在基于OFDM的数字电视地面广播系统中,对接收符号进行载波频偏估计和校正的探讨具有重要的意义。在当前对载波同步算法的研究中,有很多是针对移动通信领域的载波同步算法,对于基于OFDM的数字电视地面广播系统中的载波同步方法,有进一步研究的必要性。本文将首先回顾OFDM技术的产生背景、基础原理和其中的关键技术,接着简要介绍了传统OFDM系统和TDS-OFDM系统,并例举典型的DVB-T 2K系统、DMB-T系统和基于一种PN时域同步头的系统。然后分析了OFDM系统中的同步误差,尤其是对于接收信号的影响。本文接着重点阐述了传统OFDM系统和TDS-OFDM系统中的载波频偏同步技术。在传统OFDM系统中,以DVB-T 2K系统为例对多种载波频偏估计技术进行了分析和仿真,并提出DVB-T 2K系统的一种在时域联合平滑和平均模块以提高估计精度的载波频偏同步方案。在TDS-OFDM系统中,以解决DMB-T和基于一种PN时域同步头系统中的载波同步问题为思路,把多种载波频偏估计技术应用于这两个系统并作为这两个系统中载波同步的一部分,进行了分析和仿真验证,而且其中一些载波频偏估计方法可以适用于其它时域同步头的系统,最后构成了DMB-T系统的一种基于两级折算的载波频偏同步方案,提出了基于一种PN时域同步头系统的基于自适应选取模式的载波频偏同步方案。本文所提到的三个系统的载波频偏同步方案,实现复杂度较低,计算机仿真结果显示不仅最终估计精度达到10?3的数量级,而且同步补偿后系统性能良好。

关键词：载波频偏估计载波同步正交频分复用相关相位旋转

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OTFS系统中的频偏估计和校正技术研究

OTFS系统中的频偏估计和校正技术研究

作者：龚云南京邮电大学

学位级别：硕士

自上世纪九十年代以来,随着无线通信技术的快速发展和物质文化水平的提高,移动通信系统在许多领域中发挥了巨大的作用,并且在接入更多的移动网络的硬件设备数量的同时,对无线通信系统的质量提出了进一步的要求。随着我国高铁网络的大面... 详细信息

自上世纪九十年代以来,随着无线通信技术的快速发展和物质文化水平的提高,移动通信系统在许多领域中发挥了巨大的作用,并且在接入更多的移动网络的硬件设备数量的同时,对无线通信系统的质量提出了进一步的要求。随着我国高铁网络的大面积覆盖,高铁行业已然朝着智能化、数字化发展,而高速场景下的移动通信已经成为了学术界的研究热点。在高速环境下,高速移动引起的高多普勒频移会使得正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统的性能大幅降低。而最近几年提出的正交时频空间调制(Orthogonal Time Frequency Space Modulation,OTFS)技术有望解决高速环境下的通信问题,但是当信道处于时变的情形下,OTFS系统继承了OFDM系统对同步误差的敏感性。另一方面,机器学习近几年在无线通信领域的中广泛应用,其在信号估计与检测等领域的优秀表现获得了许多学者的青睐。基于以上背景,本论文对高速移动场景下的OTFS系统及其相关的频偏估计技术展开了研究。首先,本文介绍了OTFS调制解调技术及其系统模型,分析了OTFS系统的同步误差,研究了基于循环前缀(Cyclic Prefix,CP)的载波频偏(Carrier Frequency Offset,CFO)估计技术和基于训练符号的CFO估计技术,并进行了仿真与性能分析。其次,结合深度学习的原理概况,本文设计了一种基于浅层神经网络(Shallow Neural Network,SNN)的CFO估计技术,其核心理念是通过分析SNN结构来学习OTFS系统接收数据和对应的频偏目标值两者之间的映射,接着采用相关算法优化网络参数并用于对OTFS系统接收数据进行频偏估计和校正。通过仿真结果表明,相比于传统CFO估计技术,基于SNN的CFO估计技术的均方误差(Mean Square Error,MSE)性能有一定提升,并且在高速环境下,该技术在误比特率(Bit Error Ratio,BER)方面的性能有显著增益。然后,考虑到浅层神经网络模型只包含一层隐含层,对复杂函数的表达能力有限。本文又设计了一种基于深度信念网络(Deep Belief Network,DBN)的CFO估计技术,该网络首先通过无监督学习方法对受限玻尔兹曼机(Restricted Boltzmann Machine,RBM)逐层进行预训练,可以将网络训练所需要的初始权重和偏置值控制在理想的范围内,然后利用有监督学习方法对网络参数进行微调,进而在一定程度上能够避免由随机初始化参数而导致的局部最优问题。通过实验分析表明,在高速环境下,相比于基于SNN的CFO估计技术,基于DBN的CFO估计技术的频偏估计精度有明显提升,并且该技术的BER性能也具有一定增益。

关键词：正交时频空间调制高速无线通信系统载波频偏估计深度学习算法

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LTE上行链路SC-FDE同步技术研究

LTE上行链路SC-FDE同步技术研究

作者：张磊杭州电子科技大学

学位级别：硕士

单载波频域均衡（Single Carrier Frequency Domain Equalization, SC-FDE）是一类高效的无线传输技术。它能够有效对抗高速数据传输中的符号间干扰（ISI），可以在频域进行低复杂度的均衡以消除多径衰落带来的时频色散。它与正交频分... 详细信息

单载波频域均衡（Single Carrier Frequency Domain Equalization, SC-FDE）是一类高效的无线传输技术。它能够有效对抗高速数据传输中的符号间干扰（ISI），可以在频域进行低复杂度的均衡以消除多径衰落带来的时频色散。它与正交频分多路复用（OFDM）具有相似的系统结构和复杂度，但具有低峰均功率比（PAPR）的优势，被认为是OFDM技术的重要替代。目前，SC-FDE已成功应用于下一代移动通信标准——LTE系统的上行链路中。在SC-FDE系统中，定时同步和频率同步是获得良好均衡效果的必要前提，因此本文主要对这两种同步技术进行研究，主要研究工作如下：首先，对LTE系统进行概述，对应用于LTE系统中的SC-FDE和OFDM技术进行了比较分析，阐述了SC-FDE系统的基本原理。同时，对定时偏移和载波频偏的原理模型进行了理论分析，指出这两种同步问题对SC-FDE系统的影响以及研究同步算法的必要性。其次，在现有经典的基于数据辅助的同步算法的基础上，针对Schmidl ＆ Cox算法的定时同步出现相关平台（plateau），估计精度不高，载波频偏估计范围不宽的问题，对Schmidl ＆Cox算法进行改进，提出一种基于数据辅助的定时偏移和载波频偏联合估计算法。该算法使用一种特殊训练序列结构，不仅消除了测度函数的相关平台，而且抑制了虚假峰值的出现，提高了估计精度，并降低了计算复杂度;同时，根据信号的时域整数倍频偏转化到频域后，等价于频域序列的循环移位，改进算法采用先进行小数倍频偏补偿，再转化到频域求序列循环移位的方法，得到整数倍频偏估计。该方法在AWGN信道和低信噪比情况下与Schmidl ＆Cox算法相比，具有较高的估计精度，但在多径信道中性能受限。特别是，由于频率同步在频域进行，改进的频率同步算法非常适合应用于实际的SC-FDE系统。再次，本文还提出了一种改进的基于非数据辅助的定时偏移和载波频偏联合估计算法。该方法采用基于UW的帧结构，在尽量不降低系统频谱效率的前提下，根据相邻块的UW中包含的同步偏差综合信息，采用递推加权最小二乘方法，一步估计出定时偏移和载波频偏。而且，递推算法的使用降低了计算复杂度。总之，本文对SC-FDE系统同步问题进行研究，分别提出了基于数据辅助和非数据辅助的同步算法，并分析了算法在LTE信道中的性能。下一步的研究，将是考虑减小频偏估计算法对定时同步的依赖，以及增强算法在多径信道中的鲁棒性。另外，将同步、信道估计和频域均衡结合起来，以便获得全局最优的效果，也是一个很有意义的研究方向。

关键词： LTE 单载波频域均衡(SC-FDE) 定时同步估计载波频偏估计

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基于迭代处理的信号解调技术研究

基于迭代处理的信号解调技术研究

作者：孙志鹏解放军信息工程大学

学位级别：硕士

本文致力于研究基于迭代处理的信号解调技术。论文所完成的工作是所在学科点承研的军队重点研究项目的一个组成部分。近年来,迭代处理技术由于其在性能改善方面所表现出来的巨大潜力,受到了越来越多的关注,并逐渐成为一个热门的研究课... 详细信息

本文致力于研究基于迭代处理的信号解调技术。论文所完成的工作是所在学科点承研的军队重点研究项目的一个组成部分。近年来,迭代处理技术由于其在性能改善方面所表现出来的巨大潜力,受到了越来越多的关注,并逐渐成为一个热门的研究课题。目前,对迭代处理的研究已经涉及了检测、均衡等多个领域。本文首先在分析Turbo码编译码原理的基础上,以软输出Viterbi算法为重点,研究了迭代过程中的子译码器译码算法,并针对其局限性做出了改进,简化了计算复杂度,使其更接近于实际应用,进而利用对数似然代数理论设计了一种可以应用于非系统码迭代解调处理的改进型算法。进一步讨论了信号载波同步技术,重点研究了在非数据辅助条件下的信号解调过程中如何利用迭代软输出似然比信息进行载波同步的问题。频偏估计方面,讨论了几种不同的频偏估计算法,着重分析了一种迭代频偏估计算法及其改进方法,并比较了各种算法的估计性能;在相位估计问题上,首先介绍了几种目前常用的经典估计方法,而后分析了一种比较新颖的迭代估计算法,最终结合Brink迭代解映射原理,提出了一种结合相位补偿、解映射及译码的联合迭代相位估计算法,用于常规通用信号的相位估计。最后通过仿真试验证实了本文中所提出的各种算法的可行性和有效性,并将迭代算法引入实际信号的解调处理,为信号迭代解调的软硬件实现提供了理论和实验基础。

关键词： Turbo码迭代软输出Viterbi算法非系统码载波频偏估计载波相位估计非数据辅助

MIMO-OFDM上行环境下关键技术之仿真平台的设计与搭建

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MIMO-OFDM上行环境下关键技术之仿真平台的设计与搭建

作者：冯大志北京邮电大学

学位级别：硕士

MIMO-OFDM作为MIMO和OFDM技术的结合，不仅可以提高通信的容量，而且还可以通过时间、空间或者频率的分集获得很好的抗噪声和多径的能力。今年来MIMO-OFDM正成为高速无线通信研究的一个热点。本文建立了一个完整的MIMO-OFDM仿真平台并... 详细信息

MIMO-OFDM作为MIMO和OFDM技术的结合，不仅可以提高通信的容量，而且还可以通过时间、空间或者频率的分集获得很好的抗噪声和多径的能力。今年来MIMO-OFDM正成为高速无线通信研究的一个热点。本文建立了一个完整的MIMO-OFDM仿真平台并且给出了性能评估。为建立这个完整的仿真平台，本文从MIMO-OFDM基本原理出发，通过分析比较逐步找出各个关键技术：帧同步和载波频偏捕获、空时编解码以及信道估计等。同时，通过仿真和理论分析的相互结合对比了帧同步和载波频偏捕获和空时编解码各种算法的优劣，衡量性能，以便用于MIMO-OFDM收发平台中。最终建立了一个完整的MIMO-OFDM仿真收发系统。仿真结果表明，这个系统在准静态信道和多普勒频移信道环境下具有较好的性能。

关键词： MIMO OFDM 帧同步载波频偏估计空时编解码分集