低轨卫星通信中SCMA系统载波同步算法设计

为了提高低轨卫星通信频谱利用率及对抗存在的大多普勒频移, 考虑将稀疏码多址接入(sparse code multiple access, SCMA)技术应用于低轨卫星通信，提出一种针对SCMA系统的数据辅助载波同步方案。该同步方案的频偏、相偏估计算法分别采用分步相关法和最大似然法。同时, 根据所提分步相关算法的特点, 优化了导频和数据组成的分布图样。仿真结果表明, 以6个用户共享4个资源块的系统为例, 基于优化帧结构的载波同步方案可以利用较少的导频开销获得比使用经典帧结构的更高估计精度和更好误码性能。     

基于循环平稳特性的MIMO-OFDM符号定时和载波频率联合盲同步算法

提出了一种基于接收信号循环平稳特性(CS)的多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)系统符号定时和载波频率联合盲同步算法。该算法通过初始信号检测与符号定时粗同步、符号定时精同步、载波频率粗同步、载波频率精同步四个步骤完成MIMO-OFDM系统符号定时和载波同步。理论分析表明算法适用于无导频符号或训练序列、任意数目收发天线、任意分布加性平稳噪声条件下的同步。仿真结果验证了算法精度可满足MIMO-OFDM系统的符号定时和载波同步要求,并在低信噪比下性能保持稳定。     

基于RLS-SVM的OFDM信道估计算法

为了提高OFDM系统的传输效率,提出了一种新的信道估计算法.通过改变导频模式,在一个OFDM符号的前若干子载波处插入导频,并在导频处进行信道估计,在此基础之上,采用递归最小二乘支持向量机(RLS-SVM)测后续子载波处的信道频率响应.仿真结果表明,在违反采样定律的情况下,与传统的信道估计算法相比,基于RLS-SVM的信道估计算法获得了较好的性能,在同样的传输速率下,减少了导频个数,提高了系统的传输效率.     

AOS自适应帧长传输系统的仿真研究

以提高AOS的系统吞吐量为目的,提出了AOS自适应帧长传输的系统模型,改进了AOS空间数据链路协议的传输帧格式,设计了一种适用于新系统的帧同步方案,推导并分析了帧同步性能公式,得出帧同步仿真参数。在此基础上,对新系统的吞吐量性能进行了仿真。结果表明与AOS固定帧长传输系统相比,AOS自适应帧长传输系统的吞吐量得到了有效地提高,证明了所提出的新系统及改进的AOS传输帧格式和帧同步方案的有效性。     

AF-OFDM非对称通信双向中继系统能效优化

针对具有非对称通信需求的单中继协同放大转发正交频分复用(amplify forward orthogonal frequency division multiplexing,AF-OFDM)双向中继系统,提出一种中继能效优化策略。在AF-OFDM双向非对称中继通信系统中,子载波有两种工作模式:单向中继传输和双向中继传输。以系统能效为优化目标,构建联合中继传输模式选择、功率分配和比特加载组合优化模型;采用结构近似优化算法,首先固定子载波分配集合,优化单向中继传输和双向中继传输的功率分配,将原优化问题分解为两个子优化问题求解,然后优化子载波分配集合,利用子载波配对形成的线性结构搜索双向中继传输的最佳子载波数,避免穷举搜索造成的大运算量。仿真结果表明,该能效优化策略能有效提高AF-OFDM双向非对称中继通信系统的能量效率。     

正交频分复用系统中相位噪声的影响与抑制

在分析本振相位噪声对正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)系统性能影响的基础上,建立了一种新的相噪频域模型,并基于该模型提出了加入相噪估计导频来跟踪相噪的方法。由于导频与数据子载波之间有空子载波作为保护间隔,该方法可以估计出相噪的高阶频谱分量,从而有效地抑制相噪引入的共同相位误差(common phase error,CPE)和载波间干扰(inter-carrier interference,ICI)。仿真结果表明方法的有效性。     

吉布斯采样联合符号检测和相位恢复算法

针对未知载波相位的符号检测问题,基于吉布斯样本法处理框架,提出了一种贝叶斯符号检测算法。该算法通过对载波相位、发送符号等未知参数进行条件后验分布采样,实现了符号检测和相位估计的联合处理。该算法的一个显著特点是具有软输入软输出结构,因此在编码系统中可以与信道译码结合进行迭代处理,从而进一步改善符号检测的性能。计算机仿真的结果表明,该算法同传统的非数据辅助(non data aided, NDA)算法相比,具有明显的性能优势,在Turbo编码条件下,其误码性能相比于NDA算法具有大于1 dB的增益。     

OFDM水声通信系统LS-DFT信道估计算法

对于正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)水声通信系统,频域最小二乘(least square, LS)信道估计算法受噪声影响较大,离散傅里叶变换(discrete Fourier transform, DFT)插值算法引入了由于空载波所产生的误差。针对上述问题,提出了一种LS-DFT信道估计算法,先对导频子载波进行LS信道估计,再通过DFT作降噪处理,然后通过误差对比和数据替换,得到一组新的导频信道估值,最后通过线性插值获得数据子载波处的信道估值。理论分析和仿真结果均表明,该算法能以较小的复杂度有效提升系统的性能。     

非数据辅助的OFDM系统联合同步算法设计

研究了正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)系统中非数据辅助的同步问题,通过对OFDM时域信号延时相关函数进行分析,设计了一种非数据辅助且具有较低复杂度的联合采样频率、载波频率及符号定时同步算法。算法根据延时相关函数以OFDM符号率为周期的周期特性,首先从延时相关函数的模中提取OFDM符号的周期标记,通过对收端和发端在相同时间内的采样点数之比进行采样频率偏差(sampling frequency offset, SFO)估计;然后通过对延时相关函数的模进行分段平均,从中提取去除循环前缀(cyclicprefix,CP)的开始时刻,从而进行符号定时同步和载波频率偏差(carrier frequency offset, CFO)估计。仿真结果表明,算法性能受累积时间长度和CP长度影响较大,而受OFDM基带调制方式影响较小;与其他同类文献相比,本文的联合同步算法具有较低复杂度和较好的性能。     

残留频偏下LDPC-MSK系统码辅助载波同步算法

针对低信噪比条件下低密度奇偶校验码〖CD*2〗最小频移键控系统载波同步实现困难的问题,提出了一种新的码辅助载波同步算法。该算法将译码软信息分别运用到基于代价函数的载波粗同步和基于最大似然迭代的载波细同步之中,将同步器、解调器与译码器联合迭代,从而实现较理想的载波同步。理论研究和仿真结果表明,在低信噪比条件下,该算法能够在大频偏、大相偏范围内实现有效的载波同步,并以较低系统复杂度的代价,获得近似理想的系统性能。     

一种脉冲信号载波频率同步环及FPGA实现

针对脉冲信号载波频率的同步问题,提出一种快速高精度的数字锁频环路.该环路采用改进的相位差分频率估计算法进行快速载波频率粗估计,其信噪比阈值低于Kay法,在信噪比偏低时也能达到Cramer-Rao界.应用数字下变频技术和Kay算法实现载波频率的精确估计.设计实例的仿真结果表明了该环路的有效性,环路可在短时间内完成高精度的载波频率同步.     

高动态下导频辅助的GNSS信号比特同步方法

为了提高高动态条件下接收机对全球卫星导航系统定位信号的比特同步性能,基于新一代民用信号包含数据信号和导频信号的结构,提出一种比特同步方法。以比特跳变的候选位置为起点,将数据信号的相干累加值和导频信号的相干累加值的共轭相乘,并将共轭相乘的结果进行相干累加和非相干累加,根据不同候选位置为起点的非相干累加值判断比特跳变的实际位置。理论和仿真结果证明:该方法能够有效消除高动态条件下的多普勒频偏,比特同步性能优于传统方法。     

符号速率采样条件下的新型复合载波跟踪环

针对低信噪比和符号速率采样条件下的载波同步问题,提出了一种新型的复合载波跟踪环,同时也给出了一种较直观的环路参数确定方法。该载波同步环改进了原有的符号硬判决算法,并通过引入采样速率变换模块使得数字锁频环(frequency-locked loop, FLL)和数字锁相环(phase-locked loop, PLL)工作在不同采样速率条件下,来提高在低信噪比环境中载波频偏和相偏的估计精度。该参数确定方法是在z域中,直接根据闭环系统的稳定性和单位阶跃响应特性来选择最优的参数。仿真结果表明,该参数确定方法具有很好的可行性,且所提出的载波跟踪环在较低信噪比条件下能获得良好的同步性能。     

基于非均匀线性阵列双远场信源DOA估计的最小分辨率极限

考虑到雷达阵列对多目标的分辨率大小是评价波达方向估计算法性能的重要因素,论文基于非均匀线阵模型从克拉美罗界角度分析了不同信噪比下阵列对两目标的最小分辨率极限。首先推导了关于未知参数(电角度和噪声方差)的双源远场信号模型下非矩阵形式的闭式克拉美罗界解析式。在此基础上,通过建立最小距离分辨率与克拉美罗界之间的关系等式,并用泰勒展开等数学运算做近似处理,推导得到了阵列对两信源在正交和非正交情况下的最小距离分辨率极限公式,并进一步揭示了影响系统分辨率性能的物理因素,蒙特卡罗仿真结果验证了理论推导的正确性。该结论可作为评判非均匀阵列设计和衡量波达方向估计算法性能优劣的重要理论依据。     

基于伪随机序列前导码的OFDM系统帧同步算法

在正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing, OFDM）系统接收端,错误估计快速傅里叶变换窗口起始点会导致OFDM帧偏差,从而造成严重的符号间干扰（inter symbol interference, ISI）以及子载波间干扰（inter carrier interference, ICI）。首先建立一个带有帧同步的OFDM系统模型,然后通过理论推导得到帧偏差对OFDM系统的影响。利用伪随机序列自身较好的相关特性,设计了一种基于伪随机序列前导码的帧同步算法,并分析了3种基于循环前缀（cyclic prefix, CP）的传统帧同步算法。通过仿真实验,结果表明所提出的基于伪随机序列前导码的帧同步算法与传统算法相比,即使在较差的信道条件下,如在较低的信噪比或存在较大的载波频率偏移（carrier frequency offset, CFO）时,其帧偏差估计结果更为准确、稳定以及节省资源。     

基于谱图的伪码调相与线性调频复合信号参数估计

研究了基于谱图的伪码调相与线性调频（pseudo random binary code and linear frequency modulation, PRBC-LFM）复合信号参数估计算法,根据PRBC-LFM信号的谱图特点给出了其伪码参数（子脉冲宽度、脉冲重复周期和伪码重复周期等）和调频参数（载频、调制斜率）的估计方法。结合瞬时频率估计误差理论,分析了谱图窗函数窗长的选择对信号参数估计精度的影响。另外,为了评价该参数估计方法的性能,推导了PRBC-LFM信号参数估计的克拉美罗界。理论分析和仿真实验表明,选择中等长度的窗函数,在信噪比为0~10 dB范围内,该估计方法比较接近克拉美罗界。     

对MIMO雷达参数的侦察估计及性能分析

针对多输入多输出(multiple input and multiple output, MIMO)雷达的侦察对抗问题,基于被动合成阵列技术构建了对MIMO雷达方位、辐射频率联合侦察估计的信号模型,通过多次不同速度联合谱估计算法实现了对MIMO雷达方位、频率的无模糊估计。此外,推导了多辐射源条件下方位与频率联合侦察估计的克拉美〖CD*2〗罗界(Cramer Rao bound, CRB)。频率已知条件下推导了对单部阵列雷达方位侦察估计的CRB表达式,并进一步分别给出了对MIMO雷达和相控阵雷达进行侦察估计的CRB闭解式,对比分析了两种体制下方位侦察估计的性能。理论分析与仿真实验表明:信号频率未知条件下,所提算法能够实现对MIMO雷达方位、频率的无模糊估计,侦察估计精度随着信噪比以及不同速度联合估计次数的增大趋近于CRB;信号频率已知条件下,对单部相控阵雷达和MIMO雷达方位侦察估计性能之比仅与相控阵雷达发射波束方向增益以及阵元个数有关。最后,仿真实验结果验证了本文理论分析的正确性和方法的有效性。