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基于功放非线性的多天线通信辐射源辨识方法研究

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基于功放非线性的多天线通信辐射源辨识方法研究

作者：卢俊中国科学技术大学

学位级别：硕士

近些年来,通信技术的高速发展催生了移动终端市场的繁荣景象,各种移动设备层出不穷。5G网络的提出更是揭开了“万物互联”的时代序幕,移动终端的数量将呈现爆炸式增长,特别地,支持多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）... 详细信息

近些年来,通信技术的高速发展催生了移动终端市场的繁荣景象,各种移动设备层出不穷。5G网络的提出更是揭开了“万物互联”的时代序幕,移动终端的数量将呈现爆炸式增长,特别地,支持多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）的通信终端将在未来网络中占据主导地位,因此针对多天线通信设备的辨识能力在无线网络安全领域是必不可少的。特定辐射源识别（Specific Emitter Identification,SEI）技术可以通过提取物理层的射频指纹特征来实现对不同无线发射机的分类识别,以此检测非法入侵单元,保障系统安全。但目前针对多天线SEI的开放性研究很少,并且在实际的通信环境中,无线信道对于射频指纹特征的稳定性影响较大,为了解决这些问题,本文以多天线通信辐射源为研究对象,从其内部功率放大器（Power Amplifier,PA）的非线性模型的参数特征入手,在MIMO通信系统中进行PA模型参数和信道增益系数的联合估计,以此展开在无线信道影响下的多天线SEI的研究工作。依据先特征提取、后分类识别的SEI处理流程,可将本文的研究工作概括为以下几个方面:1.在有训练序列辅助的MIMO通信系统中,针对实际环境中的多径信道的影响,本文使用无记忆多项式模型来刻画多天线辐射源内部PA的非线性行为,并利用所有训练序列的辅助,构造出待估计参数关于多天线观测信号的方程组,分别从求解线性最小二乘（Linear least squares,LLS）和非线性最小二乘（Nonlinear least squares,NLS）问题的角度出发,提出了两种PA模型参数和多径信道增益系数的联合估计方法,并对所提方法的适用条件做了理论分析。进一步,为避免信道阶数的预估计问题,提升算法的实用性,本文将所提的基于训练序列辅助的特征提取算法拓展到正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）的通信系统中,并通过实物实验验证了算法的有效性。2.针对实际系统中可能存在的训练序列不足的问题,为降低在特征提取过程中训练序列的开销,本文基于期望最大化（Expectation maximization,EM）算法的框架,将未知的数据序列部分当作隐变量使用,提出了一种半盲的PA模型参数和信道增益系数的联合估计方法。同时,本文还通过引入高斯分布的信道先验信息来约束所提算法的更新迭代过程,仿真结果表明其对算法性能有一定的改善作用。3.在分类识别阶段,针对所提算法估计得到的PA模型参数特征,本文使用基于最小错误概率准则的分类器进行多天线辐射源的辨识工作,并通过理论推导分析了分类器的平均误分率,对仿真实验的结果形成理论指导。

关键词：辐射源识别 MIMO 功放非线性最小二乘期望最大化

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功放非线性对QAM解调误码率的影响

通信技术 2014年第5期47卷 504-507页

作者：樊小琴张焱中国电子科技集团公司第三十研究所四川成都610041

QAM调制由于高频谱效率得到了广泛应用,但由于QAM信号的功率峰均比较高,功率放大器的非线性会导致解调性能的下降。针对功放非线性对QAM解调性能的影响,传统方法采用仿真实验的方法来获得,而文中推导了高斯信道下功率放大器的非线性对QA... 详细信息

QAM调制由于高频谱效率得到了广泛应用,但由于QAM信号的功率峰均比较高,功率放大器的非线性会导致解调性能的下降。针对功放非线性对QAM解调性能的影响,传统方法采用仿真实验的方法来获得,而文中推导了高斯信道下功率放大器的非线性对QAM解调误码率影响的闭合表达式,可求出非线性功放在不同静态工作点对应的误码率。仿真结果验证了理论分析的正确性。

关键词： QAM调制误码率功放非线性

基于间接学习结构的改进功放非线性失真补偿算法

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通信技术 2016年第10期49卷 1320-1325页

作者：沈忠良张子平解放军理工大学通信工程学院江苏南京210007

随着无线通信的迅猛发展,频谱资源紧张和功放功率效率低等问题亟待解决。虽然采用高阶调制方式可以缓解资源紧张问题,但信号通过功放产生的非线性失真不仅严重影响带内通信的可靠性,还会影响邻近信道。因此,鉴于基带自适应数字预失真补... 详细信息

随着无线通信的迅猛发展,频谱资源紧张和功放功率效率低等问题亟待解决。虽然采用高阶调制方式可以缓解资源紧张问题,但信号通过功放产生的非线性失真不仅严重影响带内通信的可靠性,还会影响邻近信道。因此,鉴于基带自适应数字预失真补偿技术,将16QAM调制作为测试信号,建立功放非线性模型和预失真模型,基于间接学习结构,利用归一化最小均方(NLMS)算法来获取预失真器补偿参数。特别地,引入平均邻近信道功率比(ACPR)作为优化目标函数来确定NLMS算法的最佳步长因子,使得在满足传输性能的前提下对邻近信道的干扰降低至最小。仿真结果证明了所提改进算法的有效性。

关键词：功放非线性记忆效应预失真间接学习结构邻近信道功率比

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基于步长优化的改进功放非线性失真补偿算法

通信技术 2017年第4期50卷 636-640页

作者：于坚黄天赠黄标张子平中国人民解放军73683部队解放军理工大学通信工程学院

随着无线通信的迅猛发展,频谱资源紧张和功放功率效率低等问题亟待解决。虽然采用高阶调制方式可以缓解资源紧张问题,但信号通过功放时会产生非线性失真,严重影响通信质量。由于数字信号处理(DSP)技术的高速发展,基带自适应数字预失真... 详细信息

随着无线通信的迅猛发展,频谱资源紧张和功放功率效率低等问题亟待解决。虽然采用高阶调制方式可以缓解资源紧张问题,但信号通过功放时会产生非线性失真,严重影响通信质量。由于数字信号处理(DSP)技术的高速发展,基带自适应数字预失真补偿技术成为了实现功放线性化最有效的方式之一。于是,提出了一种基于步长优化的改进LMS自适应功放预失真算法,其利用预失真前后星座图的EVM改善值作为优化目标函数,通过目标函数的最大化来确定LMS算法的最佳步长因子。以64QAM信号作为测试信号,建立功放无记忆非线性模型,并基于三阶无记忆多项式预失真模型和间接学习结构获取预失真器补偿参数。仿真结果表明,经过预失真补偿的星座图和功率谱带外再生得到了较好矫正,幅度和相位失真得到极大改善,系统线性化性能非常理想。

关键词：功放非线性记忆效应预失真间接学习结构误差矢量幅度

基于修正Volterra级数的记忆非线性功放行为建模

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电视技术 2011年第23期35卷 48-50页

作者：肖鑫张晓林李铀北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

提出了一种利用Legendre正交多项式简化Volterra级数模型的建模方法(Legendre Volterra Series,LVS)。传统Volter-ra模型具有高精度和物理意义明确的优点,但其缺点在于计算量大,对硬件资源的消耗比较大,而且不利于对信号进行实时处理,... 详细信息

提出了一种利用Legendre正交多项式简化Volterra级数模型的建模方法(Legendre Volterra Series,LVS)。传统Volter-ra模型具有高精度和物理意义明确的优点,但其缺点在于计算量大,对硬件资源的消耗比较大,而且不利于对信号进行实时处理,该模型很大程度上减少了运算量,同时也保持了传统Volterra模型的优点。

关键词： LVS 功放非线性 Volterra 建模

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发射多波束的非线性功放影响分析

雷达科学与技术 2013年第6期11卷 658-662页

作者：魏晨李会勇谢菊兰电子科技大学电子工程学院四川成都611731

随着雷达通信系统的要求越来越多样和复杂,多功能相控阵雷达的应用已经成为一种趋势,而数字多波束技术正是其主要的技术手段之一。对于发射系统来说,实现发射多波束存在的难点之一就是功放的非线性会对多波束的形成造成影响。因此,分析... 详细信息

随着雷达通信系统的要求越来越多样和复杂,多功能相控阵雷达的应用已经成为一种趋势,而数字多波束技术正是其主要的技术手段之一。对于发射系统来说,实现发射多波束存在的难点之一就是功放的非线性会对多波束的形成造成影响。因此,分析了发射多波束在无记忆的非线性功放中受到的影响,主要研究了功放的非线性影响的根源,从波束图和期望信号与干扰信号功率比的角度,将非线性对多波束的影响进行了理论分析和仿真,为实际工程中的功放设计提供了依据。

关键词：多功能相控阵雷达发射多波束功放非线性波束图

基于MC FQRD RLS算法的功放建模方法

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电视技术 2011年第2期35卷 20-21,29页

作者：李铀张晓林肖鑫北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

在地面广播电视传输系统中,为了提高效率,功率放大器通常工作在非线性区。由此引入的非线性,必须进行校正。如果能够得到功率放大器的非线性模型,校正工作就能取得很好的效果。提出了一种基于多通道快速QR分解RLS算法的建模方法。传统的... 详细信息

在地面广播电视传输系统中,为了提高效率,功率放大器通常工作在非线性区。由此引入的非线性,必须进行校正。如果能够得到功率放大器的非线性模型,校正工作就能取得很好的效果。提出了一种基于多通道快速QR分解RLS算法的建模方法。传统的QRD RLS算法具有收敛速度快和数值稳定的优点,但其缺点是算法的计算量很大,对硬件资源的需求大,也不利于实时地对信号进行处理。MC FQRD RLS算法很大程度上减少了计算量,同时保持了传统QRD RLS算法的各种优点。

关键词： MC FQRD RLS 功放非线性建模 Volterra模型

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一种低信噪比下的高精度射频指纹变换方法

数据采集与处理 2015年第5期30卷 1036-1042页

作者：江立伟袁红林严燕包志华南通大学电子信息学院南通226019 南通大学计算机科学与技术学院南通226019

针对低信噪比时无线发射机的射频指纹识别问题,提出了一种基于功率放大器非线性系数的射频指纹变换方法。基于功放非线性与无线信道模型,以及通信帧的先验知识,利用卡尔曼滤波方法估计功放模型的非线性系数,并将系数矢量作为射频指纹,... 详细信息

针对低信噪比时无线发射机的射频指纹识别问题,提出了一种基于功率放大器非线性系数的射频指纹变换方法。基于功放非线性与无线信道模型,以及通信帧的先验知识,利用卡尔曼滤波方法估计功放模型的非线性系数,并将系数矢量作为射频指纹,用于相应发射机的硬件识别。理论分析与数值仿真表明:新的射频指纹变换方法,在低信噪比时仍具有高精度的优点。提出的射频指纹变换方法可应用于无线或有线通信个体的物理层融合识别等。

关键词：功放非线性卡尔曼滤波射频指纹低信噪比

基于SystemVue的相控阵通信系统性能分析及仿真平台设计

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基于SystemVue的相控阵通信系统性能分析及仿真平台设计

作者：王帅康西安电子科技大学

学位级别：硕士

由于相控阵天线具有扫描速度快、易共形等优点,被广泛应用于军用雷达、国防通讯、无人机等军事领域和移动通信、超声探测等商用领域。相比无源相控阵,有源相控阵是指在每一个天线收发通道中都包含独立的接收/发射组件,即与天线单元相连... 详细信息

由于相控阵天线具有扫描速度快、易共形等优点,被广泛应用于军用雷达、国防通讯、无人机等军事领域和移动通信、超声探测等商用领域。相比无源相控阵,有源相控阵是指在每一个天线收发通道中都包含独立的接收/发射组件,即与天线单元相连的收发链路中包括低噪声放大器、功率放大器等有源器件,这些器件的性能参数将直接影响相控阵通信系统的信号质量,因此针对相控阵通信系统进行性能分析具有重要的实际意义。本文首先实现了相控阵通信系统仿真平台设计,然后重点研究了发射机中可能存在的通道误差和功率放大器非线性特性对系统性能的影响,最后对功率放大器的非线性失真补偿技术展开了深入研究。主要内容概括如下:1.设计了相控阵通信系统仿真平台。首先利用System Vue搭建了相控阵收发链路,重点研究了相控阵发射链路中各模型设计,主要包括天线单元、衰减器、功率放大器、移相器、功率分配网络和源端口等。从方向性系数等角度通过理论计算与试验仿真进行对比验证了设计的可行性。在此基础上,搭建了相控阵通信系统仿真平台,从系统误比特率角度通过理论计算与试验仿真进行对比验证了设计的正确性。2.完成了相控阵通信系统性能分析。首先针对相控阵链路中可能存在的通道误差,如幅度误差、相位误差和阵元失效等建立了数学模型,理论推导了误差模型的统计特性,利用蒙特卡洛方法分析通道误差对系统性能的作用机制,仿真结果验证了理论推导的正确性。其次,深入研究了射频功率放大器非线性特性,包括谐波失真、交调失真、AM/AM失真、AM/PM失真等对通信系统传输信号和系统性能的影响机制。仿真结果表明,功放的非线性失真将导致带内信号失真和带外频谱扩展。3.研究了数字预失真技术及其仿真实现。为补偿功率放大器非线性特性,本文采用记忆多项式的数字预失真技术进行线性补偿,提出了一种结构简单的数字预失真实现方案,通过基于QR分解的最小二乘算法训练得到数字预失真参数,最终设计出基于相控阵的数字预失真系统。仿真结果表明,相比无预失真时,记忆多项式预失真处理后的相邻信道功率比下降了22d B左右,在高信噪比时,记忆多项式预失真处理后的系统误比特率改善了两个数量级,功率放大器线性度得到了明显改善。

关键词：相控阵通信系统通道误差功放非线性数字预失真