基于红外光的语音传输及中继系统设计

设计的红外通信及中继装置是以红外光为传输媒质,运用数字锁相环集成电路,实现红外语音的直接通信和经过多个中继节点的间接远距离通信。该装置由红外发射、接收以及中继部分组成,能够实现远距离的多方向、多节点语音传输,并且具有较高的传输速度、干扰小、系统稳定可靠、成本低廉、制作简单和传输距离可根据需要、利用多个中继节点延长的特点,在实际中有着很好的应用前景。     

短距视频信号无线通信网络系统的设计与实现

为了促进整体教学水平提高,每年将电子设计竞赛题目应用到本科日常综合实验教学中,通过对短距视频信号无线通信网络系统的设计与分析,介绍了题目思路与具体实施。无线通信系统主要包括发射、接收、字符叠加、电源以及人机交互等模块。利用FM音视频实现视频信号的发送和接收,升压芯片给节点供电,单片机和MAX7456芯片实现字符叠加,通过开关选择显示不同的从节点摄像头信号。经过实践应用,不仅巩固了学生掌握的基础知识,而且提高了学生独立思考、解决问题的能力,同时学生的动手能力也得到了很好的锻炼,效果非常好。     

基于MSP430F149的红外光数字通信实验系统设计

给出一个红外光数字通信实验系统的设计,系统以超低功耗MSP430F149单片机作为控制核心,以温度数字信号作为信源,实现短距离红外光传输数字信号。系统包含3个主要部分,分别为发射终端、接收终端和中继转发节点。经测试,数字温度信号直接传送距离超过5米,中继距离亦可达到5米以上。     

水下可见光通信节点设计

面向实际的水下通信应用需求,设计实现了水下可见光通信节点,主要包括硬件平台和软件系统两部分.硬件平台以STM32F405RGT6为主控制器,由可见光发送模块、可见光接收模块和电源模块等外围电路构成;软件系统以操作系统和协议栈为主.为了方便内存管理和任务调度,在通信节点的硬件平台上移植了μC/OS II嵌入式操作系统,并实现了基于IEEE 802.15.7可见光通信标准的物理层协议和数据链路层协议.经过测试验证,可见光通信节点可以在水下1m距离范围内进行可靠通信.     

双向四节点中继协作传输策略性能分析

讨论和研究了高频谱效率的双向四节点无线网络中继协作策略.其系统模型为线型放置的4个节点要通过中间2个节点的中继协作来实现2组数据的交换.基于该系统模型,给出了只采用叠加编码技术的双向中继传输策略(SC-relaying)和联合网络编码与叠加编码的双向中继协作传输策略 (JNSC-relaying),并对它们可获得的速率范围和吞吐量性能做了分析和讨论.数值分析结果表明,在可获得的速率范围性能方面,JNSC-relaying策略并没有明显的优势;然而在吞吐量性能方面,JNSC-relaying策略可获得明显的性能改进.     

基于STM32的红外光通信装置的设计

针对目前蓝牙技术高功耗, 不适合实验室等多人研发应用的问题, 设计了基于STM32的红外光通信装置。该系统运用处理器STM32的Speex语音编码与解码算法技术实现中短距离的红外光无线通信。通过语音发送模块, 中继转发节点模块和语音接收模块增强装置通信功能。测试结果表明, 接收装置输出噪声电压小于0.1 V, 中继转发站可将传输方向改变任意角度, 语音信号安全、 稳定, 传输距离为8 m。     

基于正交空间调制的多天线中继MIMO系统性能研究

为了在传统空间调制的基础上进一步提高无线中继MIMO通信系统的传输可靠性,本文设计了基于正交空间调制的多天线中继MIMO通信系统的传输方案,并对所设计的中继MIMO系统采用放大转发和译码转发两种中继传输协议.在系统的每个传输时隙,源节点与中继节点、中继节点与目的节点间均采用正交空间调制技术.仿真实验在瑞利平坦衰落信道下,以4QAM调制方式为例,结合不同协议下信号估计值表达式进行.实验结果表明:在系统天线配置相同时,基于正交空间调制的多天线中继MIMO系统比传统空间调制的中继MIMO系统的误码性能有明显的提高.     

基于信道质量和网络寿命的最优中继选择策略

针对中继节点因剩余能量不足而不能长时间协作通信的问题,在HDAF协作系统中,提出了一种基于各中继节点信道状态信息(CSI)和剩余能量信息(REI)联合考虑的多中继集合选择方案.该方案根据节点CSI和REI构造加权函数,通过控制容量增益门限进行多节点选择.仿真结果表明,该方案在满足系统通信前提下,很大程度上提升了系统的网络寿命;与传统基于CSI中继选择方案相比,该方案网络生存时间最高提升约19.8%.     

协作通信中双中继的服务和频谱价格竞争

协作中继通信中,为了促进节点的协作,研究了协作通信中理性的双中继面对相同用户群的竞争行为。利用博弈论,建立了一种促进空闲节点参与协作且便于用户监控服务质量的频谱买卖模型;基于该模型研究了有固定空闲频谱和非固定空闲频谱的双中继定价策略。对有固定空闲频谱的双中继的价格竞争,证明了纳什均衡的存在和唯一性,给出了实现纳什均衡的分布式价格调整算法;对可灵活申请频谱的双中继的价格竞争,设计了引导两中继分布式达到纳什均衡的定价策略,在该机制下,两中继实现了维护各自用户群的最大效益。     

采用大规模专用OSDC芯片的数字视频混合器研究

讨论了基于大规模OSDC(0n Screen Display Control)集成电路的数字视频混合器(Video Digital Mixer)的设计原理．数字视频混合器广泛应用于高速公路、治安卡口、十字路口等交通管理领域，对于自动化和智能管理有着重要的作用．现在普遍使用的数字视频混合器存在功能单一、无法显示彩色字符、采用低速的串行通信接口、字库容量小、没有时间日期显示、字符显示和视频信号无法同步等问题．所述的数字视频混合器实现了在输入的视频信号上叠加可自定义的字符或图符，通过PC机的PCI接口实现对字符显示的位置、字符的大小、字符的颜色等的控制．内置的时间、日期控制器可以协同控制单元实现平滑、无闪烁的时间和日期显示．采用带看门狗功能中央处理期能够保证系统的高度稳定，独特的双端口总线实现了对闪存的单向写入和双向读出。对所用到的主要集成芯片的功能和特点进行了说明．将采用大规模集成电路设计的数字视频混合器和以前使用中小规模集成电路设计的数字视频混合器进行了对比。得到了非常显的技术进步．     

无线网络中节点均匀分布的解码转发机会中继性能分析

研究了节点空间随机均匀分布情况下, 采用机会中继结合解码转发方式进行协作通信的自组织网络的传输容量和可靠性。同时在保证网络连通性的前提下, 通过最大化网络传输容量, 实现网络的拓扑优化控制。在考虑路径损耗及块衰落独立信道条件下, 分别推导和分析了两节点间采用传统机会中继和增量机会中继方式下的中断概率和网络传输容量。数值仿真结果表明, 虽然空间随机分布破坏了中继节点提供的分集阶数, 但机会中继仍比直接通信有更好的抗信道衰落能力。与直接通信的网络传输容量随节点密度或发送功率单调递减不同, 机会中继需要考虑网络传输容量的极大值对网络拓扑优化的影响。     

两跳无线网络中的中继调度算法

针对两跳无线网络的中继调度问题,提出了一种基于信道容量最大化的中继节点迭代调度算法.该算法基于放大转发型中继协议,以目标节点进行联合译码时的瞬时容量最大化为准则而依次选取中继节点,直至中继数达到源节点发射天线数或信道容量不再增加.仿真结果表明,在不同的中继节点总数、源节点发射天线数以及前后向信道信噪比条件下,该算法比传统算法获得了较大的容量增益和多中继分集增益,更加接近于信息论意义上的容量上界.     

基于IPv6的网联汽车安全通信系统

针对车辆移动节点的路由机制和通信信息安全问题,从网联汽车的地理位置和通信安全出发,设计实现了一个融合了IPv6技术的车载通信系统,在C2C子层参考并优化了Cargeo6开源项目实现基于地理位置的单跳广播通信和多跳广播路由;在路边设施RSU中使用NAT技术实现车联网内部IPv6地址与公网地址的有效切换,同时引入IPv6中的IPsec技术来保证网联汽车通信信息的安全性.最后,在校园IPv6网络中验证了系统的通信性能,测试结果表明:该通信系统在实际场景中可实现多跳路由,单跳最远通信距离为450m左右,实现了实际场景中低时延、高可靠的数据传输.     

可视通信中视频图像实时显示方法研究

简要分析了微型计算机的显示方式与行、场频关系．提出用计算机的高分辨率显示器实时显示来自不同视频源的活动图像．方法是将视频信号数字化后，由数字存储器进行扫描速率变换和内插，然后还原成模拟信号．所得到的模拟图像信号与ＶＧＡ字符、图像一道送多路转换器，按需要实时显示活动图像或字符和静止图像，也可以实现电视图像与ＰＣ图形的叠加．该系统已用于激光水下通信的实验中，稍加改动，还可拓宽到其他应用领域     

基于功率最优化分配的选择性协作通信模式

对于资源受限的无线网络,协作通信技术被认为是一种能够有效提高传输功率效率的空间分集技术.为了解决协作通信会引入由于中继节点运行和中继处理带来的额外功率这一难题,提出了一种功率效率最优的选择性协作通信模式,既能满足通信链路的设计要求,又只在必要的时候引入协作机制.在误符号率受限和节点最大功率受限的条件下,给出了源节点和中继节点最优的功率分配,然后选择功率效率最大的传输模式.计算机仿真说明,提出的选择性协作通信模式比传统的协作通信模式具有更高的功率效率.     

任务-中继无人机协同路径规划模型方法研究

为了实现多源节点与地面控制站连续的远程通信,提出了一种基于人工势场法的中继无人机动态路径规划模型求解方法。中继簇计算模块根据密度最大值聚类对中继簇进行动态划分,并实现中继节点数量的动态调整。中继节点动态路径规划模块根据人工势场法的思想,使中继无人机根据势场合力机动到合适位置,并具有动态避障和防碰撞的能力。对构建的模型在不同任务载荷设置下独立进行仿真实验,结果表明,中继无人机能够在多源节点与GCS之间完成可靠的多跳中继,在源节点数量不大于10且对空威胁区的数量不大于7的情况下通信链路的联通率均不小于99.83%。该方法能够有效地解决任务无人机远程通信中继的问题,为未来无人装备的发展和运用提供重要技术支撑。     

MIMO-AF协作系统中继发射矩阵的优化及性能分析

为了提高MIMO放大前传（AF）协作中继系统的性能,文中提出在中继节点向目标节点发送信号之前,加入优化的发射矩阵.中继节点采用空时码,在发射功率受限的条件下,首先针对目标节点的接收信号运用最小均分误差MMSE准则,定义推导了求解最佳发射矩阵和接收端均衡器系数的优化问题.接着,为了降低解优化问题的计算复杂度,提出了梯度下降的迭代算法.然后通过推导误码率上限,从理论上证明了文中算法的有效性.仿真结果表明,在中继节点设置发射矩阵能够降低误码率上限,用文中方法对发射矩阵进行优化以后,与现有空时码相比,可以有效提高系统性能,且优化算法收敛性好,计算复杂度低.     

可视通信中视频图像实时显示方法研究

简要分析了微型计算机的显示方式与行，场频关系，提出用计算机的高分辨显示器实时显示来自不同视频源的活动图像，方法是将视频信号数字化后，由数字存储器进行扫描速率变换和内插，然后还原成模拟信号，所得到的模拟图像信号与ＶＧＡ字符，图像一道送多呼转换器，按需要实时显示活动图像或字符和静止图像，也可以实现电路图像与ＰＣ图形的叠加，该系统已用于激光水下通信实验中，稍加改动，还可拓宽到其他应用领域。     

基于定向天线和最佳中继选择AF策略的协作通信系统

提出了采用定向天线和最佳中继选择AF协作策略的多中继协作通信系统,从理论上推导出相应的系统中断概率公式.结合理论分析结果对中断概率和信噪比、信道衰落系数、天线功率增益、中继节点数以及节点功率分配系数之间的关系进行了仿真分析.结果表明:采用定向天线和最佳中继选择AF协作策略的通信系统,不但满足军事通信的射频隐身特性要求,而且在小信噪比、深衰落信道及参与协作中继节点有限的条件下,比采用相同策略的全向天线协作通信系统具有更小的中断概率,提高了通信可靠性.     

全双工多中继网络的中断分析与中继决策

为了降低无线通信的中断概率,改善无线网络的通信性能,针对含有多个用户节点与中继节点的全双工无线网络,在考虑聚集干扰与节点自干扰的前提下,分析了网络的中断性能并设计了相应的中继决策方案.首先,基于Nakagami-m衰落信道条件和放大转发中继策略对网络进行中断概率分析,并求解出相应的闭合表达式.然后,基于最大带权匹配的思想,根据用户节点对中继节点的渴求度提出一种最小化系统中断概率的最大渴求度匹配算法(Maxi-mum Craving Matching,MCM)来实现中继决策.最后,通过蒙特-卡罗仿真模拟了不同系统参数条件下系统中断概率变化情况,并验证了MCM算法的有效性.仿真结果表明,提升节点发射功率能降低系统中断概率,但其改善效果在达到某一特定值后趋于饱和状态,此后继续增加功率对中断性能不再有改善作用.饱和状态下,与现有部分中继选择算法相比,采用MCM算法的系统中断概率会降低约4％～7％.