双极化单载波高阶QAM通信接收系统设计与实现
这是一篇关于交叉极化干扰,高阶QAM,FPGA,USRP的论文, 主要内容为在点对点的单载波通信背景下,为了在有限的频带资源中进行更大容量的通信,高阶QAM调制技术和极化波复用技术显示出良好的应用前景。其中,高阶QAM调制信号通过载波的幅度和相位传递信息,QAM调制的阶数越高,频带利用率越高;而极化波复用技术使两路信号通过正交的极化方式传递,能够将频谱利用率提高一倍。本文主要以单载波无线通信为背景,研究双极化高阶QAM的实现技术。完成通信方案中发射端和接收端的设计,完成各基带模块的算法设计、仿真和实现,并对系统进行了详细测试。具体的研究工作如下:首先,讨论和研究系统传输方案,对传输信号进行组帧设计,并确定了系统结构。为验证算法和系统方案的可行性,在MATLAB下搭建仿真,并主要针对接收端的三个基带模块(定时同步模块、载波频偏相偏估计模块、信道均衡模块)进行了详细的设计。同时,本文研究了信道均衡模块实现中的最小二乘问题,并为了减小运算的复杂度,利用Hermitian矩阵的特性,选择Cholesky分解方案。然后,用Verilog语言对基带算法按照模块化设计原则,用定点化的方式进行实现,分别在ISE和Model Sim中完成代码编写与功能仿真,并分析其功能实现和资源消耗情况。最后,利用GNU Radio+USRP软件无线电平台实现射频部分信号收发,并在此基础上完成系统测试工作。最终的测试结果表明,在双极化和高阶QAM调制的情况下,系统能够在实际的无线通信过程中发挥作用,在两路256QAM调制的情况下EVM达到3%左右,能够较好地完成通信接收任务。
L-DACS1系统前向链路的USRP设计与实现
这是一篇关于L频段数字航空通信系统1,正交频分复用,USRP的论文, 主要内容为L频段数字航空通信系统1(L-DACS1)是一种基于正交频分复用(OFDM)技术的未来宽带航空通信系统。因为具有传输容量大、用户数据吞吐量高、信息速率高等优势,L-DACS1系统被视为未来民用航空领域移动通信的重要技术手段。L-DACS1系统可以为航空器提供空中交通管制(ATC),并可为航空公司运行控制业务提供数据和语音通信服务。根据国际民用航空组织(ICAO)的建议,L-DACS1系统将部署在测距仪(DME)的波道间。相关研究表明,DME信号会严重干扰L-DACS1系统接收机,从而导致系统传输性能下降,因此对DME信号干扰抑制方法的研究与验证有着十分重要的意义。为解决L-DACS1系统DME干扰抑制方法缺乏验证平台的问题,基于通用软件无线电外设(USRP)设计实现了L-DACS1系统前向链路的原型系统,并在实验室环境下进行了测试验证。论文的主要工作如下:首先,参考L-DACS1协议规范给出了L-DACS1系统前向链路的浮点算法模型以及发射机和接收机关键单元的算法,并基于Matlab在加性高斯白噪声(AWGN)信道及多径信道环境下仿真验证了前向链路的传输性能。其次,根据所给的前向链路浮点算法模型,基于USRP软件无线电平台设计实现了L-DACS1系统前向链路发射机和接收机,包括对扰码器、交织器、信道编码器、调制器、OFDM调制器、同步器、OFDM解调器、信道估计器、解调器、信道译码器、解交织器、解扰器等单元的设计与实现。最后,在实验室环境下通过文本的传输对所设计的L-DACS1系统前向链路发射机和接收机进行了测试验证,并将测试结果与在前向链路浮点算法平台上得到的仿真结果进行了对比,验证了所设计原型系统的正确性。
基于USRP的语义通信平台开发与语义编码算法研究
这是一篇关于语义通信,语义传输,USRP,链路级仿真,语义编码的论文, 主要内容为在当今大数据时代,逐渐紧缺的频谱资源对未来更大容量的无线通信系统提出了挑战。为满足智能通信实体之间信息高效传输的需求,以“达意”为目标的语义通信成为近年来的研究热点。语义通信研究主要围绕语义信息表示与度量、语义信息编码以及语义信息传输等基本问题展开。针对海量数据交互场景,如何在无线通信系统中实现语义信息传输,对充分利用频谱资源、进一步提高通信效率具有重要意义。论文选题来源于国家自然科学基金重大研究计划资助项目《语义驱动的工业互联网原生智简组织理论》(项目编号:92067202)。本文通过面向智能任务的语义通信平台架构设计,在基于通用软件无线电外设(Universal Software Radio Peripheral,USRP)的 5G 链路级通信实验平台上实现了语义信息传输;进一步地,针对频谱资源紧缺的问题,提出了基于语义重要性的语义编码算法,在确保任务性能的情况下减小了带宽需求。依托该平台主持完成了“北京邮电大学2022年研究生创新创业项目”,并参与了“先进信息网络北京实验室科研成果展”。本论文完成的主要工作如下:1.对语义通信关键技术进行研究和综述。首先概述了语义通信技术的基本原理以及语义通信系统架构。其次,结合语义通信研究现状对语义信息表示与度量、语义信息编码以及语义信息传输等关键技术展开了深入研究。接着对语义通信实验架构与5G链路级通信实验平台研究基础进行了总结,为基于USRP的语义通信平台设计与实现提供依据。最后分析了目前面临的问题与挑战。2.设计与实现基于USRP的语义通信平台。首先针对通信系统中实现语义传输的实际问题,对语义通信平台进行了语义层面、技术层面以及层间接口三个方面的需求分析。然后根据上述功能需求对平台进行设计与实现。语义层实现了信源数据语义信息的提取与解析;技术层通过控制硬件设备实现5G通信链路物理信号的发射和接收;层间接口实现了语义层语义信息与技术层5G物理信号之间的映射。最后,以工业互联网场景中热轧带钢表面缺陷分类任务为例对平台进行了功能测试与性能分析。实验结果表明,相较于传统通信方式,该平台在处理智能任务时带宽利用率提高10倍,端到端任务时延下降46.8%,并且具有抗噪声能力强的优势。不仅为语义通信研究提供有力支撑,也为语义通信系统架构实现提供一个具有重要参考意义的原型。3.研究基于语义重要性的语义编码算法。首先,根据无线通信系统与处理智能任务相结合的需求,建立面向智能任务的语义通信系统模型。其次,针对任务带宽需求的限制,提出了基于语义重要性的语义编码算法。该算法通过聚合图像通道特征并自适应校准其特征响应以获得特征图对于任务结果的重要性权重,并在传输时筛选权重较大的特征图以实现语义压缩。最后,在语义通信平台上对所提算法进行测试分析。实验结果表明该算法在确保任务性能的前提下能够压缩80%的特征数据,使任务时延进一步下降41.9%。验证了其适用于资源紧张、时延敏感的场景,并对不同分类网络具有普适性。
双极化单载波高阶QAM通信接收系统设计与实现
这是一篇关于交叉极化干扰,高阶QAM,FPGA,USRP的论文, 主要内容为在点对点的单载波通信背景下,为了在有限的频带资源中进行更大容量的通信,高阶QAM调制技术和极化波复用技术显示出良好的应用前景。其中,高阶QAM调制信号通过载波的幅度和相位传递信息,QAM调制的阶数越高,频带利用率越高;而极化波复用技术使两路信号通过正交的极化方式传递,能够将频谱利用率提高一倍。本文主要以单载波无线通信为背景,研究双极化高阶QAM的实现技术。完成通信方案中发射端和接收端的设计,完成各基带模块的算法设计、仿真和实现,并对系统进行了详细测试。具体的研究工作如下:首先,讨论和研究系统传输方案,对传输信号进行组帧设计,并确定了系统结构。为验证算法和系统方案的可行性,在MATLAB下搭建仿真,并主要针对接收端的三个基带模块(定时同步模块、载波频偏相偏估计模块、信道均衡模块)进行了详细的设计。同时,本文研究了信道均衡模块实现中的最小二乘问题,并为了减小运算的复杂度,利用Hermitian矩阵的特性,选择Cholesky分解方案。然后,用Verilog语言对基带算法按照模块化设计原则,用定点化的方式进行实现,分别在ISE和Model Sim中完成代码编写与功能仿真,并分析其功能实现和资源消耗情况。最后,利用GNU Radio+USRP软件无线电平台实现射频部分信号收发,并在此基础上完成系统测试工作。最终的测试结果表明,在双极化和高阶QAM调制的情况下,系统能够在实际的无线通信过程中发挥作用,在两路256QAM调制的情况下EVM达到3%左右,能够较好地完成通信接收任务。
基于USRP的语义通信平台开发与语义编码算法研究
这是一篇关于语义通信,语义传输,USRP,链路级仿真,语义编码的论文, 主要内容为在当今大数据时代,逐渐紧缺的频谱资源对未来更大容量的无线通信系统提出了挑战。为满足智能通信实体之间信息高效传输的需求,以“达意”为目标的语义通信成为近年来的研究热点。语义通信研究主要围绕语义信息表示与度量、语义信息编码以及语义信息传输等基本问题展开。针对海量数据交互场景,如何在无线通信系统中实现语义信息传输,对充分利用频谱资源、进一步提高通信效率具有重要意义。论文选题来源于国家自然科学基金重大研究计划资助项目《语义驱动的工业互联网原生智简组织理论》(项目编号:92067202)。本文通过面向智能任务的语义通信平台架构设计,在基于通用软件无线电外设(Universal Software Radio Peripheral,USRP)的 5G 链路级通信实验平台上实现了语义信息传输;进一步地,针对频谱资源紧缺的问题,提出了基于语义重要性的语义编码算法,在确保任务性能的情况下减小了带宽需求。依托该平台主持完成了“北京邮电大学2022年研究生创新创业项目”,并参与了“先进信息网络北京实验室科研成果展”。本论文完成的主要工作如下:1.对语义通信关键技术进行研究和综述。首先概述了语义通信技术的基本原理以及语义通信系统架构。其次,结合语义通信研究现状对语义信息表示与度量、语义信息编码以及语义信息传输等关键技术展开了深入研究。接着对语义通信实验架构与5G链路级通信实验平台研究基础进行了总结,为基于USRP的语义通信平台设计与实现提供依据。最后分析了目前面临的问题与挑战。2.设计与实现基于USRP的语义通信平台。首先针对通信系统中实现语义传输的实际问题,对语义通信平台进行了语义层面、技术层面以及层间接口三个方面的需求分析。然后根据上述功能需求对平台进行设计与实现。语义层实现了信源数据语义信息的提取与解析;技术层通过控制硬件设备实现5G通信链路物理信号的发射和接收;层间接口实现了语义层语义信息与技术层5G物理信号之间的映射。最后,以工业互联网场景中热轧带钢表面缺陷分类任务为例对平台进行了功能测试与性能分析。实验结果表明,相较于传统通信方式,该平台在处理智能任务时带宽利用率提高10倍,端到端任务时延下降46.8%,并且具有抗噪声能力强的优势。不仅为语义通信研究提供有力支撑,也为语义通信系统架构实现提供一个具有重要参考意义的原型。3.研究基于语义重要性的语义编码算法。首先,根据无线通信系统与处理智能任务相结合的需求,建立面向智能任务的语义通信系统模型。其次,针对任务带宽需求的限制,提出了基于语义重要性的语义编码算法。该算法通过聚合图像通道特征并自适应校准其特征响应以获得特征图对于任务结果的重要性权重,并在传输时筛选权重较大的特征图以实现语义压缩。最后,在语义通信平台上对所提算法进行测试分析。实验结果表明该算法在确保任务性能的前提下能够压缩80%的特征数据,使任务时延进一步下降41.9%。验证了其适用于资源紧张、时延敏感的场景,并对不同分类网络具有普适性。
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