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基于5G技术的远程综合诊断系统中的一种频偏估计和纠正方法

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现代电子技术 2023年第13期46卷 29-34页

作者：李理韦伟王俊淞左锋陆军军医大学第一附属医院重庆400038 中国电信股份有限公司重庆分公司重庆401120 重庆市信息通信咨询设计院有限公司重庆400041

5G远程综合诊断系统是一种基于5G技术和大数据技术的全新可视化高效系统,该系统通过5G大宽带进行高清视频多方远程会诊,提升了传统医疗服务的品质。该系统对5G信号的稳定性和准确性有很高要求,为了满足这一要求,提出一种频偏估计和频偏... 详细信息

5G远程综合诊断系统是一种基于5G技术和大数据技术的全新可视化高效系统,该系统通过5G大宽带进行高清视频多方远程会诊,提升了传统医疗服务的品质。该系统对5G信号的稳定性和准确性有很高要求,为了满足这一要求,提出一种频偏估计和频偏纠正的方法。该方法能根据主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)快速地计算出频率偏差,并使用该频率偏差对5G信号进行频偏纠正。仿真结果表明,该方法在算法的估计范围内能够准确估计出频偏值,并有效地降低了5G信号中的噪声和干扰,提高了5G信号质量。相比同类型的其他频偏估计算法,该算法兼顾了算法复杂度和估计结果的精度,已在5G+医疗健康应用试点项目——基于5G技术的远程综合诊断系统中得到了实际应用,且效果良好。

关键词：远程综合诊断系统 5G技术大数据技术同步信号频偏估计频偏纠正

基于SC-FDE系统的同步模块设计及载波同步算法研究

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基于SC-FDE系统的同步模块设计及载波同步算法研究

作者：邰凌翔西安电子科技大学

学位级别：硕士

单载波频域均衡技术作为对抗无线信道频率选择性衰落的有效手段,可以有效提升无线通信系统数据传输的稳定性和可靠性,近年来得到学者们大量关注。由于该技术需要进行大量FFT（Fast Fouriertransform,FFT）运算,因此,准确识别到不含频率... 详细信息

单载波频域均衡技术作为对抗无线信道频率选择性衰落的有效手段,可以有效提升无线通信系统数据传输的稳定性和可靠性,近年来得到学者们大量关注。由于该技术需要进行大量FFT（Fast Fouriertransform,FFT）运算,因此,准确识别到不含频率偏移的信号数据作为FFT运算的样本,是实现该技术的前提。引起载波频率偏移的主要原因主要分为两类:无线通信系统信息收发两端之间晶振的偏差和相对运动产生的多普勒频移。频率偏移会在特定符号上累积形成相位旋转,导致接收机无法准确完成同步识别与载波同步。本文对接收机同步算法进行了设计实现,并针对低信噪比环境中载波频偏估计算法性能下降这一问题,提出了一种两步频偏估计算法。首先,本文阐述了宽带无线通信系统的研究背景以及国内外通信技术的研究现状。并对无线通信系统的信道特性、系统模型以及通信过程中信号处理的相关技术进行了介绍。重点讨论了基带信号处理的QPSK（Quadrature Phase Shift Keying,QPSK）调制解调技术、扩频技术,接收机处理数据流的同步识别技术、载波同步技术,以及对抗多径衰落干扰的频域均衡技术。并通过数学推理证明了系统的载波频偏会影响接收机判决译码的准确性以及频域均衡模块的性能,指出同步技术对于通信系统的重要性。其次,本文根据项目需求结合IEEE802.11标准,设计了合理的数据帧结构。在MATLAB中对系统整体进行设计仿真,并着重对接收端同步模块进行了不同信噪比环境下的仿真分析。提出使用三组7位巴克码滑动相关的帧同步方案,并仿真验证了在不同信噪比情况下,使用三组巴克码进行同步识别的性能始终优于使用一组巴克码;在MATLAB中模拟不同的信道环境、不同大小的噪声、频偏等干扰因素对载波同步模块进行理论仿真测试,并通过仿真结果说明载波同步模块的意义和频偏纠正的可行性;采用 ARM（Advanced RISC Machines,ARM）+FPGA（Field Programmable Gate Array,FPGA）+AD9361的硬件架构,在Vivado中编写Verilog代码,并在开发板中实现同步识别模块及载波同步模块的硬件电路设计。设计完成后进行三回环测试,证明各个模块功能正常;使用两台电脑配置两部开发板为一收一发状态,进行系统级收发测试,测试中发送数据610279帧,接收数据610279帧,正确接收数据610260帧,整体误码率约在4*10-6左右,性能满足工程需求。最后,本文针对仿真以及实际应用中出现的低信噪比环境中接收机频偏估计算法性能严重下降的问题,提出了一种两步频偏纠正算法。第一步,通过使用训练序列互相关算法做频偏粗估计的方式,缩小待估计频偏范围。第二步,使用L＆R算法做频偏细估计,减小估计误差。在MATLAB中对两步频偏纠正算法及部分时域频偏估计算法做了对比仿真,仿真结果表明:两步频偏纠正算法在低信噪比环境中性能良好,且在系统频偏较小时,与L＆R算法拥有相同的频偏估计精度。在系统归一化频偏较大为0.4时,若信噪比达到-3dB,频偏估计均方误差即可收敛至CRB（Cramér-Rao Bound,CRB）。此外还提出了一种基于数据信息的剩余频偏反馈纠正算法,利用译码信息与接收到的调制信息中,隐含的频偏信息完成剩余频偏的纠正,进一步提高了频偏估计算法的可靠性。

关键词：无线通信 FPGA 同步识别频偏纠正

准正交多值PN码M元扩频通信系统及其性能分析

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西安电子科技大学学报 2010年第1期37卷 80-85页

作者：熊海良肖竹蔡成林田红心易克初西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室陕西西安710071 中国科学院研究生院北京100049

提出了一种扩频方案.通过格雷互补序列树型扩展算法构造对偶多值PN码混合矩阵,并利用该混合矩阵对信息序列进行M元扩频,这种扩频方式能有效地提高频带效率和抗截获性能,比直接序列扩频具有3 dB的性能改善.针对伪码较长的扩频通信系统码... 详细信息

提出了一种扩频方案.通过格雷互补序列树型扩展算法构造对偶多值PN码混合矩阵,并利用该混合矩阵对信息序列进行M元扩频,这种扩频方式能有效地提高频带效率和抗截获性能,比直接序列扩频具有3 dB的性能改善.针对伪码较长的扩频通信系统码同步计算复杂度高、硬件实现困难的缺点,提出了一种基于两级FFT的快速捕获算法,其计算复杂度与传统的PMF-FFT算法相比能下降一个数量级.通过同相、正交支路进行交叉混合数据解扩,能有效消除载波相位偏移对系统性能的影响.

关键词： M元扩频准正交多值PN码伪码捕获频偏纠正

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TD-LTE下行链路解调的研究与实现

TD-LTE下行链路解调的研究与实现

作者：秦利科重庆邮电大学

学位级别：硕士

本学位论文工作内容源自国家重大科学仪器设备开发专项“高性能频谱分析仪研制与应用开发”的“混合/异构网络架构下数字调制信号测试与分析技术研究”应用开发子任务——“TD-LTE信号测试与分析解决方案”,重点研究TD-LTE下行链路中信... 详细信息

本学位论文工作内容源自国家重大科学仪器设备开发专项“高性能频谱分析仪研制与应用开发”的“混合/异构网络架构下数字调制信号测试与分析技术研究”应用开发子任务——“TD-LTE信号测试与分析解决方案”,重点研究TD-LTE下行链路中信号的定时同步算法,频偏纠正算法,信道估计算法,以及主要功能模块的设计与实现。根据项目任务要求接收端的信号为3GPP标准的TD-LTE下行链路信号,实现TD-LTE信号接收端信号的时频精确同步与信道估计,具体工作内容如下:1.研究TD-LTE下行链路信号的时频同步。针对TD-LTE下行链路信号的结构与性质,分析基于主同步信号的自相关、互相关和分段相关算法的定时同步性能,采用部分相关算法,通过峰值检测实现帧定时。基于主同步信号和循环前缀的相关检查,实现频偏估计和补偿,减小载波间干扰对接收端信号的影响。2.研究TD-LTE下行链路的信道估计。通过分析经典的基于参考信号的信道估计算法,如LS算法和MMSE算法,针对多径信道的影响和算法的估计性能,考虑设计实现估计性能好且实现复杂度低,设计适合工程应用的信道估计算法。通过对参考信号的检查,采用MMSE和离散小波去噪算法对其进行估计;数据位置处采用频域离散余弦变化和拉格朗日的联合估计,完成对接收端信号的检测。3.TD-LTE下行链路信号解调系统的实现与测试。依据项目协议要求,用C/C++语言完成TD-LTE下行信号测试与分析模块,通过搭建TD-LTE下行链路接收端信号的测试平台,对实测数据进行测试分析。结果显示,在相同的测试环境和数据下,本测试分析系统与Agilent 89600VSA软件关键指标接近,能够较好地满足项目的测试要求,验证了系统的设计和模块算法的正确性。

关键词： TD-LTE 同步频偏纠正信道估计测试分析

改进型数据链端机中DSP子系统的设计与实现

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改进型数据链端机中DSP子系统的设计与实现

作者：华国进北京邮电大学

学位级别：硕士

作为一种专用于战场通信环境的数据信息系统,战术数据链能有效提高军队的决策效率、指挥速度和协同作战能力,因此也在很大程度上决定了军队的信息化战争实力。而随着作战需求的不断变化、趋于复杂,原有数据链亦需要在理念及功能上与时俱... 详细信息

作为一种专用于战场通信环境的数据信息系统,战术数据链能有效提高军队的决策效率、指挥速度和协同作战能力,因此也在很大程度上决定了军队的信息化战争实力。而随着作战需求的不断变化、趋于复杂,原有数据链亦需要在理念及功能上与时俱进,因此旧数据链的升级演进一直是数据链发展的热门方向。本文参与构建的改进型数据链端机,旨在改进端机中的原有数据链,提升数据链的速率并实现组网功能,以满足大课题中多数据链集成及网络融合相关技术的测试及验证需求。本文的主要内容亦围绕改进型数据链端机中DSP子系统的设计与实现展开。首先,论文回顾了战术数据链的背景及当前发展方向,以强调论文研究方向的重要意义,并对论文的整体结构进行了概述。随后,论文完成了硬件平台概述和改进型数据链系统的部分参数设计,并将DSP子系统中信号处理过程分为编码发送和解码接收两部分,分别实现了相应的功能模块构建。针对信号解码接收需要解诀的问题,本文设计并实现了改进型帧同步算法、频偏纠正算法、相偏纠正算法。在仿真和实际测试中,对比数据链原有的帧同步算法,改进型帧同步算法以降低同步峰值为代价,将系统频率偏移的容忍度提高了 10倍以上。频偏及相偏纠正算法则在保证纠正精度的同时,具有实现简单的优点。在完成链路功能模块构建的基础上,论文实现了PC子系统、DSP子系统及FPGA子系统三者间的交互逻辑设计,设计并实现了数据链时隙分配组网功能,并从程序运行的角度分析DSP子系统的整体运行过程,对DSP子系统的设计及实现进行了总结。最后,本文对DSP子系统的各功能模块及改进型数据链端机整体进行了功能验证,并对论文工作的成果及不足进行了总结,对工作的后续改进方向及相关技术的发展方向进行了探讨。

关键词：战术数据链 DSP 帧同步频偏纠正相偏纠正

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基于实测的WLAN系统导频位置优化设计

电信科学 2015年第8期31卷 121-126页

作者：兰駃李云洲粟欣周世东清华大学信息技术研究院无线与移动通信技术研究中心北京100084

针对IEEE 802.11ac"利用前导序列符号+梳状导频"的帧结构,推导出基于最大似然估计的校正方案性能评估公式。基于该公式分析了导频位置选择、信道衰落及子载波间相关性对校正性能的影响。提出了一种信令交换方式,可以实现收发端优化导频... 详细信息

针对IEEE 802.11ac"利用前导序列符号+梳状导频"的帧结构,推导出基于最大似然估计的校正方案性能评估公式。基于该公式分析了导频位置选择、信道衰落及子载波间相关性对校正性能的影响。提出了一种信令交换方式,可以实现收发端优化导频位置同步,并根据信道响应的幅度信息,设计了一种低复杂度的导频位置优化的方案,能够在保证性能不损失的情况下,节省导频开销。仿真与实测的结果显示,对于理想瑞利信道数据,校正性能在信道幅度信息未知和已知的情况下分别提升1.85 d B和7.15 d B;对于实测信道数据,则分别提升1.67 d B和2.68 d B。

关键词： WLAN 频偏纠正相噪补偿导频优化

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单兵宽带电台信道处理技术研发

单兵宽带电台信道处理技术研发

作者：姜松西安电子科技大学

学位级别：硕士

在多径信道和多普勒效应的的影响下,无线信号会产生严重衰落。采用信道均衡技术,可以修正衰落对信号的影响以提高无线通信系统的性能。基于无线信道的特点和信道处理技术的基本原理,本文主要研究单兵宽带电台的信道处理技术。首先,对均... 详细信息

在多径信道和多普勒效应的的影响下,无线信号会产生严重衰落。采用信道均衡技术,可以修正衰落对信号的影响以提高无线通信系统的性能。基于无线信道的特点和信道处理技术的基本原理,本文主要研究单兵宽带电台的信道处理技术。首先,对均衡技术的原理进行推导并分析均衡技术如何消除信道衰落。对迫零均衡(Zeroorce)算法和最小均方误差(minimum mean-squared error,MMSE)算法进行推导和简单的对比,说明MMSE算法可弥补ZF中没有对信道中的噪声进行估计和分析的不足。根据MMSE算法的自身缺陷,提出了一种基于最小二乘法改进的最小均方误差算法,系统在不加大开销的情况下可以显著提高信道估计的准确度。在软件仿真中,通过对比频域均衡算法中的ZF算法,MMSE算法、以及基于最小二乘法改进的最小均方误差算法,分析了它们的性能及特点。其次,在FPGA芯片上实现信道处理相关技术。包括直序扩频、成型与匹配滤波、位同步、纠频偏和信道均衡技术,选用的芯片是XC7Z045-FFG900芯片。在给出整个设计流程与系统结构图之后,整个系统的设计沿着由理论到仿真最后到硬件实现的过程完成。在整个硬件实现过程中,对直序扩频成型与匹配滤波、位同步、纠频偏和信道均衡技术分模块详细分析,然后结合其结构框图讲解具体的模块工作流程并分别对其进行测试,验证硬件设计的正确性。最后将各个模块连接起对来整个系统进行测试,将测试结果与仿真结果对比,以验证系统设计的正确性。最后,总结全文工作并给出后续研究中的改进计划。

关键词：单载波频域均衡直序扩频频偏纠正 FPGA

基于OMAP-L138平台的高移动性无线通信技术研究与实现

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基于OMAP-L138平台的高移动性无线通信技术研究与实现

作者：邓金涛西安电子科技大学

学位级别：硕士

高速机动短突发无线环境广泛存在于无人机通信、高铁通信等领域,具有传输时间短、通信时间随机、突发包长度小、移动速度快等特点。高速机动短突发无线通信系统接收信号中存在较大的多普勒频移,导致接收端误码率升高,甚至造成无法正常... 详细信息

高速机动短突发无线环境广泛存在于无人机通信、高铁通信等领域,具有传输时间短、通信时间随机、突发包长度小、移动速度快等特点。高速机动短突发无线通信系统接收信号中存在较大的多普勒频移,导致接收端误码率升高,甚至造成无法正常解调的后果,严重影响通信系统的性能。因此依赖较短的引导序列克服大范围的多普勒频移是高速机动短突发无线通信中的关键技术之一。本文提出了一种PSK调制解调高速机动短突发无线通信系统中能够有效进行频偏纠正的算法。本文的工作主要体现在以下几个方面:(1)首先介绍了高速机动短突发无线通信的研究背景和频偏纠正算法研究的意义,进而对频偏纠正技术的研究现状进行了综述,并对系统实现的核心硬件平台进行了概述。(2)针对具有移动性的无线通信系统中接收信号存在的多普勒频移产生原理进行了分析。简要分析了4DPSK与QAM的调制解调过程,着重讨论了多普勒频移对4DPSK和QAM解调端的影响:导致在接收信号的频谱发生搬移,严重影响接收端解调性能,导致误码率急剧升高,接收信号星座图发生漂移,甚至导致不能正常的进行解调。详细讨论了具有移动性无线通信系统中克服多普勒频移的方法,包括Kay频偏纠正算法、Fitz频偏纠正算法、M&M频偏纠正算法等。进而对各种方法的性能进行了分析,但传统频偏纠正算法存在频偏锁定速度慢、频偏纠正范围窄、运算复杂度高等缺点。(3)本文提出了一种PSK调制解调高速机动短突发无线通信系统中有效进行频偏纠正的算法,并将该算法在4DPSK、8DPSK以及星型16QAM场景中的实现过程进行了深入分析。在相同条件下与传统频偏纠正算法进行了性能分析,可以得出本文提出的PSK调制解调高速机动短突发无线通信系统中的频偏纠正算法具有误码率低、频偏纠正范围大、运算复杂度低等特点。针对于短突发通信引导序列过长的问题,在本文提出的频偏纠正算法基础上提出一种缩短引导序列长度的方法。(4)对系统实现平台TL138等进行了简单介绍,并对CCS集成开发环境中开发步骤进行了简要描述。随后讨论了GEL、CMD配置文件的功能,并进行配置文件的设计。随后详细阐述了系统实现中各个模块的设计:发送端模块设计、核心板与采样板接口设计、FIR低通滤波器设计、接收端频偏纠正解调模块设计等。最后将开发程序固化到硬件平台的内存中并进行联调。通过硬件实现来验证频偏纠正算法的正确性与有效性。

关键词：高速机动短突发通信多普勒频移相移健控频偏纠正 OMAP-L138

基于GFSK调制的自动识别接收装置关键技术研究与实现

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基于GFSK调制的自动识别接收装置关键技术研究与实现