椭圆球面波函数

摘要： 该文在基于信号分组优化的椭圆球面波函数(PSWFs)多载波调制的基础上,引入双模索引调制思想,提出了双模PSWFs多载波索引调制解调方法(DM-MCM-PSWFs)。该方法利用未被激活的剩余部分子载波加载第2星座图产生的调制符号,以传输额外的信息比特,实现了基于信号分组优化的PSWFs多载波调制中频谱资源的进一步利用,有效提高了系统频带利用率以及误码性能。理论和仿真分析表明,相较于基于信号分组优化的PSWFs多载波调制,所提方法以适当牺牲系统复杂度为代价,具有更高的系统频带利用率和更优的系统误码性能,当误比特率为1×10^(–5),n=7,k=3时,所提方法系统频带利用率、误码性能可分别提升9.15%,2.4 dB。

摘要： 固定窗宽度的短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform,STFT)时频分辨率是固定的,难以对频率时变的椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)信号的时频分布特性进行全面分析。剖析了窗宽度对不同参数PSWFs信号STFT时频分布的影响,并提出了一种基于多窗宽度STFT的PSWFs信号时频分析方法。该方法基于PSWFs信号阶数、时间带宽积,计算PSWFs信号时域、频域零点间距离,根据零点间距离与STFT时频分辨率的关系,选取多个STFT窗宽度分别对PSWFs信号整体时频分布范围、时间轴方向的时频特征以及频率轴方向的时频特征进行分析。数值分析表明,相对于固定窗宽度的STFT,该方法兼顾时间分辨率与频率分辨率,能够更为全面地分析PSWFs信号整体时频分布范围情况以及时间轴方向与频率轴方向的时频特征情况。

摘要： 围绕如何提高椭圆球面波(PSWFs)多载波调制系统频带利用率,该文在双模PSWFs多载波索引调制解调方法的基础上,引入由额外星座点组成的第3星座图,提出基于优化多重索引的PSWFs多载波索引调制解调方法BIM-MCM-PSWFs。该方法通过对分组后每个子块中子载波的多重排列组合,拓展了信号索引维度,增加了调制符号组合数,实现了双模PSWFs多载波索引调制解调方法中频谱资源的进一步利用,有效提高了系统频带利用率。理论和仿真分析表明,该文所提方法相较于双模PSWFs多载波索引调制解调方法,以适当牺牲误码性能为代价,具有更高的系统频带利用率,当n=9,k=1,m=4时,以误比特率(BER)牺牲了0.70 dB为代价,系统频带利用率(SE)提升了20.1%。

摘要： 针对椭圆球面波函数(PSWFs)非正弦通信系统多个用户如何共享时频资源进行通信的问题,展开基于PSWFs的非正弦通信系统正交多址接入技术研究.首先,基于PSWFs的信号特性,提出了PSWFs非正弦通信系统频分多址(PSWFs-FDMA)、时分多址(PSWFs-TDMA)和阶分多址接入(PSWFs-ODMA)方法.其次,与循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)对比分析了调制信号的能量聚集性、频谱效率和相邻子波带间的干扰,证明所提正交多址技术的可行性.最后,在双选择信道下,将PSWFs-TDMA/FDMA、PSWFs-ODMA与CP-OFDM对比分析了系统吞吐量,与正交频分多址接入(OFDMA)对比了不同接入方式的误码性能.理论与仿真分析表明,PSWFs非正弦通信系统正交多址能够比CP-OFDM通信系统提高约1.4倍的系统吞吐量.在多径信道下,PSWFs-ODMA增加时宽情况下的误码性能最好;在双选择信道,多普勒频移较小的中低速场景下,PSWFs-TDMA/FDMA的误码性能比OFDMA要好.

摘要： 围绕如何提高椭圆球面波(prolate spheroidal wave functions,PSWFs)多载波调制系统频带利用率,采用对PSWFs信号分组优化,利用信号索引与脉冲幅度调制进行两个维度的信息加载,在保证信号高能量聚集性的同时提高系统频带利用率的思路,提出了基于信号分组优化的PSWFs多载波调制方法.该方法依据信号路数、分组数,优选高能量聚集性PSWFs信号,保证信号波形具有高能量聚集性;采用I/Q 2个相互独立支路,同时利用信号索引、脉冲幅度调制进行信息加载,增加调制符号组合数,提高系统频带利用率.理论与仿真分析表明,本文所提方法相对于基于PSWFs的正交和非正交调制,在未明显降低信号功率谱、峰均功率比特性的前提下,能够有效提高系统频带利用率.如当误比特率为10-5时,所提方法相对于基于PSWFs的正交调制,以牺牲0.05 dB的系统误码性能为代价,系统频带利用率可提升约18.2％;相对于基于PSWFs的非正交调制,系统频带利用率可提升约17％,同时系统误码性能提升约0.2 dB.此外,相对于经典的结合信号索引的正交频分复用,所提方法具有更高的系统频带利用率和系统误码性能,如当误比特率为10-5时,系统频带利用率可提升约9.1％,同时系统误码性能提升约0.13 dB.

摘要： 卫星通信信道的复杂时变特性,使基于椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)的正交调制信号脉冲组的正交性受到破坏,已有均衡方法未能充分利用多脉冲干扰中的有用信息,效果有限.针对该问题,结合信道均衡与多脉冲检测各自的优势,提出一种联合多脉冲检测的PSWF时域正交调制信号自适应均衡方法,利用多脉冲检测消除脉冲间干扰的能力,降低均衡模块的阶数及算法难度;同时,利用均衡模块对信道的部分补偿作用,为多脉冲检测改善信道环境.在相同信道条件下,所提方法获得同等量级误比特率所需信噪比较自适应判决反馈均衡算法降低约2 dB.

摘要： 连续相位调制(continuous phase modulation,CPM)信号具有恒包络、较高功率效率等优势,基于椭圆球面波函数(prolate spheroidal wave functions,PSWFs)信号多载波调制解调系统具有较高频带利用率.结合CPM技术和基于PSWFs信号的多载波调制方法,提出一种基于PSWFs信号的多载波调制与CPM联合调制信号(multi-carriers modulation based on PSWFs with CPM,MCM-PSWFs-CPM)模型,对该信号的功率谱特性、峰均功率比、误码率性能等进行了分析.仿真结果表明,相比现有基于PSWFs的多载波调制解调系统,该模型所得信号功率谱带外衰减可以相对较快,当载波数为64、互补累计分布函数(complementary cumulative distribution function,CCDF)为10-3时,可有效降低峰均功率比值约2.70 dB,采用多符号周期检测方法,可以获得较好的解调增益,且符号数越大,检测性能越好,但是检测复杂度也会相应增加.

摘要： 针对基于信号优化分组的椭圆球面波函数(prolate spheroidal wave functions,PSWFs)多载波调制系统频带利用率(spectral efficiency,SE)提升受信号激活路数固定限制的不足,引入广义索引调制(generalized index modulation,GIM),提出了基于GIM的PSWFs多载波调制解调方法,采用放宽对信号激活路数限制、增加调制符号组合数,有效提高系统频带利用率.在发射端,引入固定功率增益,本文提出了基于固定功率增益的调制信号功率控制方法,有效降低了GIM发射端系统复杂度,同时增加了调制符号间最小欧式距离.在接收端,基于不同支路信号激活状态相互独立的特点,引入局部最优,提出了基于局部最优的信号索引检测方法,将信号索引检测转换为相互独立的单支路信号激活状态检测,在相同误比特率(bit error rate,BER)下,能够将检测复杂度由经典GIM信号索引检测方法的O(mMgn)降低为O(gn).理论与仿真结果表明,所提方法具有更高的系统频带利用率,如当BER为10-5时,相对于基于信号优化分组的PSWFs多载波调制,所提方法SE提升约14.5％,所需信噪比降低约2.73 dB;相对于经典GIM,SE提升约2.9％,所需信噪比降低约1.92 dB.

摘要： 基于椭圆球面波函数(PSWF)的非正弦调制方法利用PSWF信号优良特性,构建时域正交、频域交叠的PSWF脉冲组传输信息,能有效提高系统频带利用率.其中,对PSWF脉冲组信号进行正交化处理是该方法的核心,正交化处理后PSWF脉冲组信号特性的变化与脉冲组性能密切相关.针对正交化处理会影响PSWF脉冲组信号特性的问题,首先分析了基于Schmidt正交化方法的基本原理,重点研究了正交化处理对PSWF脉冲组信号的正交性、频谱特性和时频能量聚集性的影响机理.理论和数值分析表明,正交化处理后PSWF脉冲组信号正交性、频谱特性和时频能量聚集性的变化程度与正交化次数和顺序密切相关.研究结论深化了对正交化处理对PSWF脉冲组信号特性影响的认知,为下一步优化正交化方法,提高PSWF脉冲组性能提供了参考依据.

摘要： 为有效提高系统的频带利用率,从信号的框架表示理论入手,结合在时频域同时具有高能量聚集性的椭圆球面波函数,提出了基于PSWF的框架函数构建方法,在非正弦时域正交调制方法的基础上,构建了正交脉冲波形通信系统的通用优化设计模型,通过求解此模型,给出了基于PSWF函数的优化调制方法.在无码间干扰情况下,该方法可以以16路脉冲快速接近Nyquist速率,同时其调制信号具有较低的峰均功率比.对该方法性能进行了仿真和实际测试,并与相同参数情况下的OFDM调制进行了比较,结果表明,该方法在频带利用率和峰均功率比方面具有明显优势.

摘要： 针对椭圆球面波函数(PSWF)信号产生的问题，提出一种新的PSWF 信号产生方法及硬件结构。根据采样定理，将信号产生过程分为采样值求解、插值滤波、数模转换等步骤。进行了理论仿真验证，并进行了硬件实现，理论和实验可知，设计的PSWF 信号发生器可以精确的产生参数可调的PSWF 信号波形，具有结构简单、使用灵活、便于数字信号处理等优点，对于基于椭圆球面波函数的通信系统实现具有重要意义。

摘要： 本发明公开了一种通信系统中的PSWF脉冲产生方法，是一种基于归一化勒让德多项式的脉冲产生方法。根据待设计脉冲的持续时间T和带宽B计算归一化勒让德多项式的系数，并以此为依据，建立系数查找表；产生脉冲时，根据设计参数，从系数查找表中获取归一化勒让德多项式系数，再通过归一化勒让德多项式加权求和的方式产生需要的PSWF脉冲。所述的系数查找表中仅存储归一化勒让德多项式系数，所以需要较少的存储空间，降低了硬件复杂度。本发明可以根据系统频谱要求实时地产生PSWF脉冲。本发明产生的PSWF脉冲能动态地适应系统频谱的要求。

摘要： 一种多路正交PSWF脉冲调制信号的解调方法，首先对接收信号进行匹配滤波处理，得到输出信号；根据匹配滤波后输出能量大小，对接收到的信号按功率从大到小的顺序进行排序，第一个信号为最大幅度信号，最后一个信号为最小幅度信号；检测各脉冲的能量差异，若能量差异较大，则采用基于串行干扰消除的白化检测方法，若差异较小，则采用解相关检测方法。

摘要： 本发明公开了一种基于椭圆球面波函数的正交脉冲设计方法，其目的在于提供一种低复杂度、波道设计灵活、高频带利用率、时域正交、频谱交叠的正交脉冲设计方法；通过波道划分、椭圆球面波函数正交脉冲参数设置、基于微分方程定义式的椭圆球面波函数近似数值求解以及正交化过程设计时域正交脉冲；该方法既能提高波道划分的灵活性，又能降低脉冲设计的复杂度。

摘要： 本发明提供一种基于重构滤波的时限带通椭圆球面波函数信号产生方法，可以以较少的离散采样值通过重构滤波产生时限带通椭圆球面波函数信号。与已有方法相比，该方法可以降低对硬件存储资源的要求，不需要带通滤波且易于工程实现。采用该方法产生时限带通椭圆球面波函数信号的步骤为：由带通采样定理确定所需的采样点数；通过数值求解算法求解所需的采样值；经重构滤波将信号采样率提高到信号最高频率的两倍以上；由数模转换和低通滤波产生连续的模拟信号波形。本发明提供的时限带通椭圆球面波函数信号产生方法适用于大相对带宽或小相对带宽的时限带通椭圆球面波函数信号产生，由其适用于小相对带宽时限带通椭圆球面波函数信号的产生。

摘要： 本发明提供了一种基于椭圆球面波函数的分组正交脉冲组设计方法，具有波形变化小、易于产生、便于频域均衡、功率分配、比特加载及增强抗多径性能的优点。本发明通过以下技术方案进行实现：通过子频带划分，在各子频段上确定求解参数、构建求解方程，求解得到各子频段内子波道上的脉冲，并通过Schmidt正交化在子频段内构建正交子脉冲组，对各子脉冲组内的脉冲共同进行能量归一化，从而得到由多个子频段上的子脉冲组构成分组正交脉冲组。该正交脉冲组适用于需要高频带利用率和低系统复杂度的有线或无线通信系统。

摘要： 本发明提供了一种基于椭圆球面波函数的调制方法，通过设计多路时域正交的基带调制波形，进行多路基带预调制，各分路基带预调制后的信号在时域叠加合成为一路信号，然后经正弦载波调制将信号的频谱搬移至辐射频段输出，基带调制波形采用时域持续时间有限、频域带宽近似有限的椭圆球面波函数，通信系统的频带利用率随着时域正交基带调制波形个数的增加，可以快速接近奈奎斯特速率，同时系统也具有较好的功率利用率，且简便，易于实现。

摘要： 本发明提供了一种基于奇偶对称性的椭圆球面波函数信号正交化方法，属于信息传输技术领域。基于奇偶对称性的椭圆球面波函数信号正交化方法基于奇对称、偶对称信号相互正交的特点，依据信号奇偶对称性将需要正交化处理的信号分为奇对称信号、偶对称信号2组；利用半个符号周期信号波形，对奇对称、偶对称信号分组进行正交化处理，并对正交化后信号进行对称拓展，获取整个符号周期信号波形，完成对全部信号的正交化处理。与原椭圆球面波函数信号正交化方法相比，本发明能够有效降低每组参与正交化处理的信号路数、信号抽样点数，在不降低信号功率谱特性、正交性的前提下，能够将信号正交化处理复杂度由原正交化方法的O(QN2)降低为O(QN2/4)。

摘要： 本发明公开了一种基于椭圆球面波函数的正交脉冲设计方法，其目的在于提供一种低复杂度、波道设计灵活、高频带利用率、时域正交、频谱交叠的正交脉冲设计方法；通过波道划分、椭圆球面波函数正交脉冲参数设置、基于微分方程定义式的椭圆球面波函数近似数值求解以及正交化过程设计时域正交脉冲；该方法既能提高波道划分的灵活性，又能降低脉冲设计的复杂度。

摘要： 本发明提供了一种基于椭圆球面波函数的分组正交脉冲组设计方法，具有波形变化小、易于产生、便于频域均衡、功率分配、比特加载及增强抗多径性能的优点。本发明通过以下技术方案进行实现：通过子频带划分，在各子频段上确定求解参数、构建求解方程，求解得到各子频段内子波道上的脉冲，并通过Schmidt正交化在子频段内构建正交子脉冲组，对各子脉冲组内的脉冲共同进行能量归一化，从而得到由多个子频段上的子脉冲组构成分组正交脉冲组。该正交脉冲组适用于需要高频带利用率和低系统复杂度的有线或无线通信系统。

摘要： 本发明提供一种基于重构滤波的时限带通椭圆球面波函数信号产生方法，可以以较少的离散采样值通过重构滤波产生时限带通椭圆球面波函数信号。与已有方法相比，该方法可以降低对硬件存储资源的要求，不需要带通滤波且易于工程实现。采用该方法产生时限带通椭圆球面波函数信号的步骤为：由带通采样定理确定所需的采样点数；通过数值求解算法求解所需的采样值；经重构滤波将信号采样率提高到信号最高频率的两倍以上；由数模转换和低通滤波产生连续的模拟信号波形。本发明提供的时限带通椭圆球面波函数信号产生方法适用于大相对带宽或小相对带宽的时限带通椭圆球面波函数信号产生，由其适用于小相对带宽时限带通椭圆球面波函数信号的产生。