正交频分复用基带系统仿真及FPGA实现

基于IEEE802.15.3a提案及ECMA-368标准建立多频带正交频分复用超宽带基带系统,主要包括信道编解码、交织和解交织、数字调制与解调、OFDM信号的组帧与解帧、跳频和解跳频. 针对该系统提出了一种采用数字基带跳频和解跳频的多频带实现方案,并对系统的同步问题进行了相关研究. 在Matlab仿真平台上搭建系统并验证系统可行性,在此基础上使用FPGA硬件实现该系统并进行性能测试. 仿真结果表明,建立的多频带OFDM超宽带基带系统硬件平台能够很好地完成数据的发送与接收,并具有良好的传输性能,为系统中其它关键技术的研究提供了硬件实验平台.      

基于导频和循环前缀联合的OFDM系统频率同步算法

正交频分复用（OFDM）是一种高效的数据传输技术,具有良好的抗衰落能力,可实现并行传输.但是OFDM对同步误差十分敏感,特别是频率同步误差.传统的基于导频和循环前缀的算法虽对频偏估计很有效,但计算复杂度较高.该文在联合算法的基础上提出了一种改进的频率同步算法.该算法通过简化最大似然函数降低了频偏估计的计算复杂度并提高了估计性能.通过仿真表明,在信噪比较高时,改进的算法频偏估计性能更优于联合算法.     

双向多路快跳频载波发生器的设计与实现

混合跳扩频系统中跳频载波的质量主要由跳速、带宽决定,对系统的性能有着直接影响.对于跳速每秒钟几万跳、跳频带宽几百兆的混合跳扩频系统,利用传统单向跳频的方法进行设计时,会占用大量的硬件资源,影响系统其他部分设计.针对此问题,本文提出一种双向多路快跳频载波产生方法,通过多路并行直接频率合成器技术(direct digital synthesizer,DDS)产生高跳速、大带宽的快跳频载波,利用双向跳频的思路,在跳频带宽不变的条件下,降低了硬件资源的消耗.实验结果表明,利用该方法,基于现场可编程门阵列(FPGA,field programmable gate array)平台,实现了跳速20 000 hops/s、跳频带宽327.52 MHz的快跳频载波.相比于单向跳频技术,节约了系统53%的Block RAM资源.     

基于稀疏贝叶斯的多跳频信号二维波达方向估计

分析了现有跳频信号二维波达方向(DOA)估计算法的优缺点,提出了一种基于稀疏贝叶斯学习的跳频信号二维DOA估计算法.该算法利用L型阵列特点,将方位角、俯仰角和跳频率三维信息转换为一维空间频率信息,降低了冗余字典长度和稀疏求解难度.其次,经过奇异值分解降维处理,减少了矩阵运算维数,降低了算法复杂度,通过稀疏贝叶斯算法和快速傅里叶变换估计出空间频率和跳频率,利用Capon空间频率配对算法将空间频率和跳频率正确配对,计算出空间角.最后,由空间角几何关系解算出方位角和俯仰角.模拟结果表明,在低信噪比或低快拍数条件下,该算法DOA估计精度较高,且不易受空间频率间隔和跳频信号源相干性的影响.     

基于IEEE802.15.3c的OFDM超宽带系统时频同步算法

针对IEEE802.15.3c标准规定的60 GHz OFDM超宽带系统,通过算法改进与仿真,给出基于前导序列及导频的完整时频同步算法方案.提出基于格雷互补序列的抗多径分离滑动相关检测方法（SSCD）,并对多个相关峰位置取平均以增加定时抗噪能力.提出相位均衡结合整数倍样值偏差预修正的采样频率同步方法（PE-ISDPC）,利用循环前缀的容忍性吸收整数倍样值偏差以降低实现复杂度.仿真结果表明,系统具有良好的时频同步性能,且整体方案具有较低的复杂度.      

基于跳频技术的图像数字水印算法

为了有效地解决数字产品版权保护问题,提出一种基于静止图像小波变换域的盲检测数字水印算法. 该算法将数字水印技术与跳频技术相结合,使用密钥控制的跳频图样确定水印的嵌入频带,使嵌入位置在若干不同的频带之间跳变,以增强水印嵌入的随机性和安全性. 实验结果表明,在满足水印透明性的同时,水印信息在噪声干扰、图像处理、图像压缩以及各种人为恶意攻击条件下具有很好的鲁棒性.     

基于功率谱对消的跳频信号检测算法

为有效解决跳频信号的检测问题,根据跳频信号功率谱随时间变化的差异性,提出一种基于功率谱对消的跳频信号检测算法.该算法可在无需已知先验知识的条件下,对较低信噪比的跳频信号进行盲检测.通过仿真分析表明,该算法在信噪比为10 dB的条件下,可获得功率对消比为-34 dB的检测效果;在较大接收信噪比、较多分段数和切比雪夫函数窗条件下,该算法具有较高的检测性能.此外,在跳频信号和定频信号发生频率碰撞时,该算法仍能实现对跳频信号的检测,更加适合于现代战场的复杂电磁环境.     

基于喷泉码的强抗干扰跳频传输设计及性能

针对跳频系统在一半跳频频点失效时系统瘫痪而无法通信,而喷泉码具有无码率、低复杂度、易于硬件实现等优势,考虑将喷泉编码用于强抗干扰跳频通信系统中. 本文在对喷泉码编码原理及算法进行深入分析基础上,研究了基于喷泉编码的连续和随机频点部分频带干扰情况下的高效传输和译码性能. Matlab仿真表明,采用高码率LDPC预编码能有效降低译码开销. 此外,还给出了一些重要结论以及译码参数计算公式,对实际跳频系统具有重要的指导意义.      

基于TDMA的高速跳频数传通信系统研究

提出了一种为实现高速数据传输和强抗干扰性且具有多址组网能力的高速跳频通信系统的方案。采用同步字头和时间信息TOD相结合的方法实现跳频同步，采用时分多址(TDMA)方式进行跳频组网。首先研究了跳频同步方法及时间信息TOD的使用、跳频同步的捕获和跟踪、TDMA跳频组网、系统同步等关键核心问题，然后分析讨论了同步频率隐蔽性问题和最后对系统的同步性能进行了简要分析，取得了满意的结果。     

一种基于混沌序列定位的跳频盲水印算法

对基于混沌序列定位的跳频盲水印算法进行了研究.采用跳频技术,利用描述图像自身特征的分形维数对图像块进行分类.根据图像块的种类决定水印嵌入的频带,将图像块的分类信息和一维混沌映射的初始条件作为密钥,由产生的混沌序列确定水印在频带中嵌入的位置,再通过系数关系比较的方法嵌入水印信息.实验结果表明,该算法在满足水印透明性的同时,水印信息在噪声干扰、图像处理、图像压缩及各种人为恶意攻击条件下具有很好的鲁棒性.采用跳频技术和混沌序列定位增强了该算法的安全性.     

基于TDMA的高速跳频数传通信系统研究

提出了一种为实现高速数据传输和强抗干扰性且具有多址组网能力的高速跳频通信系统的方案。 采用同步字头和时间信息TOD相结合的方法实现跳频同步2采用时分多址（TDMA）方式进行跳频组网。 首先研究了跳频同步方法及时间信息TOD的使用、跳频同步的捕获和跟踪、TDMA跳频组网、系统同步 等关键核心问题,然后分析讨论了同步频率隐蔽性问题和最后对系统的同步性能进行了简要分析,取得了 满意的结果。     

一种新的导音辅助OFDM符号定时算法

提出的算法仅利用一个导音符号来进行符号定时恢复，适合与突发模式的正交频分多路(OFDM)信号，而且OFDM帧同步和符号同步能一次完成，简化同步实现的复杂度，算法采用自相关计算，对载波频率偏移具有较强的鲁棒性。仿真结果表明，即使在频率选择性衰落信道中，提出的算法也能快速地实现符号定时同步。     

基于模糊原理与频率分组的G函数算法

针对CHESS系统核心技术差分调频算法中G函数存在的缺点,提出一种新的G函数算法,其中频率转移函数采用了模糊算法、选择算法和复杂的分组算法.分组算法中的频率组作为调频状态量,组内再确定频率点.模糊算法和选择算法保证了转移函数的复杂度,改善了跳频序列的随机性和均匀性,增强了系统的隐蔽性和抗跟踪性.     

一种基于粒子滤波的跳频信号频率跟踪技术

为了能在未知跳频模式或跳频时刻的条件下,实时估计跳频信号的频率,提出了1种相位粒子滤波的跳频信号频率跟踪算法.首先建立了跳频信号的相位统计模型;然后通过粒子滤波算法实现对信号相位的后验概率密度估计;最后通过相位的后验概率密度实现对跳频频率的最小均方误差估计.算法使用序贯重要性采样技术实现粒子权值的迭代更新,采用系统重采...     

基于稀疏贝叶斯重构的多跳频信号参数估计

针对宽带条件下多跳频信号的参数估计问题,利用多跳频信号在空间频率域上的稀疏性,提出了基于稀疏贝叶斯重构的空间频率估计方法.通过重构信号获得信号瞬时频率估计,在此基础上完成了波达方向信息估计.为了提高低信噪比条件下参数的估计性能,采用形态学滤波的方法对得到的时频图进行修正,在修正的时频图上完成了信号频率集和跳周期的精准估计.仿真实验表明:该算法在信噪比低于0dB的情况下仍能够取得良好的估计性能.     

多跳频信号参数单通道盲估计算法

为了支撑跳频(FH)网台分选、支援干扰及信息恢复等任务,在单通道条件下,提出一种基于起跳时刻(SHT)序列检测分选的多跳频信号参数盲估计算法,并实现了异步网台频率自动分选．首先总结了三类侦察场景截获样本起跳时刻序列的理论分布,推导了基于起跳时刻序列分选结果的跳频信号时域参数理论表达;然后通过一种改进的谱熵算法,结合设计的自适应门限,实现对起跳时刻序列的准确检测/提取,据此将截获样本划分为若干频率驻留期(FRT),通过快速傅里叶变换(FFT)结合魏格纳-威利分布(WVD)实现了频率驻留期内频率分量的准确估计;接着充分利用跳频信号频域跳变属性,通过对相邻频率驻留期内频率分量进行跳频检测,实现起跳时刻序列分选,为各跳频信号时域参数盲估计提供了数据支撑;最后总结了所提算法完整流程．理论分析结合蒙特卡罗仿真结果表明：所提算法对不同跳频组网方式均具适应性,估计精度高,计算简单．     

用于跳频分量选取的修正适应度距离比粒子群算法

跳频信号参数估计是跳频信号截获、干扰的前提,而传统Cohen类时频分析方法存在核函数选择的瓶颈.结合匹配追踪和智能计算的思想,将多峰函数粒子群优化算法引入跳频信号时频分析领域.在分析粒子适应度和粒子间距2个影响粒子搜索行为的关键因素的基础上,提出了基于改进的适应度-距离比测度的多峰函数粒子群优化算法,并应用于跳频分量自适应选取.该方法不需要跳频信号的任何先验知识和粒子群小生境参数的人为设置.理论分析和仿真结果表明,与基于环形拓扑结构、单一共享适应度信息的粒子群优化算法相比,算法成功率和参数估计精度进一步改善,该方法的邻域搜索机制和跳频分量选取具有可行性和有效性.     

基于协方差的正交频分复用系统抗干扰算法

提出了基于自协方差函数的单发射多接收(SIMO)正交频分复用系统(OFDM)抗干扰算法.该算法利用接收信号的协方差矩阵寻找阻塞干扰信号的滤波器,算法对干扰和载波频率误差不敏感,可用于未获得时间同步和载波同步的环境下,这些特点是多数其他的正交频分复用系统抗干扰算法所不具备的.     

低信噪比下时频联合的载波同步算法

针对短突发通信在低信噪比下编码辅助同步算法存在估计精度低和同步范围小的问题,提出了一种时频联合的载波同步(JTDFDCY)算法。首先采用频域估计算法、时域估计算法和最大似然(ML)算法对导频信号进行处理,得到频率粗估计值和相位粗估计值;然后用频率粗估计值和相位粗估计值对接收信号进行补偿,并对补偿后的信号进行解调解码、重新编码、基带调制,得到软判决符号;最后采用时域相关和算法和ML算法对软判决符号进行处理,得到频率细估计值和相位细估计值,进而实现有效的载波同步。仿真结果表明:JTDFDCY算法在低信噪比下的粗估计能够兼顾频率估计范围和估计均方根误差的要求;当归一化频偏在(-0.5,0.5)范围时,仅利用6.1%的导频开销即可将系统的性能损失控制在0.1dB以内。     

基于STFT与SPWVD的跳频参数盲估计算法

为了降低欠定条件下多网台跳频信号参数盲估计误差,提出一种基于短时傅里叶变换(STFT)与平滑伪WVD分布(SPWVD)相结合的方法.该方法先对信号进行STFT,确定跳变时刻的粗估计范围,再对粗估计范围内的信号进行SPWVD,得到跳变时刻的精确估计,从而估计出跳周期.理论分析与仿真实验结果表明:所提算法在欠定条件下可有效估计出同步正交多网台跳频信号的各参数,与现有的基于时频稀疏性的时频图修正方法相比,在复杂度少量增加的前提下,参数估计误差大幅减小.当信噪比为-4dB时,跳周期、跳变时刻、载频相对估计误差降低了2个数量级,而复杂度只增加了6倍.