基于幅度比值的低复杂度频偏估计算法

针对在任意阶正交幅度调制(M-QAM)的相干光通信系统中发射激光器与本振激光器之间存在频率偏差的问题,提出了一种基于幅度比值的低复杂度频偏估计算法。该算法先对接收信号做快速傅里叶变换(FFT),再利用所获得的离散谱中主峰值与次峰值的关系进行频率插值,从而对频偏进行精确估计,大幅减少了运算复杂度。仿真了算法在20 Gbaud 16QAM的单偏振传输系统中的性能,并与梯度下降法(GD)和调频Z变换(CZT)的频偏估计算法进行了对比,仿真结果显示,基于幅度比值的频偏估计算法性能不随被估计信号的频率分布而产生波动,而且与3次迭代的GD算法和CZT算法精度相当,但硬件复杂度降低了约75%。     

基于EKF和LKF级联的频偏和相位估计联合方案

提出基于级联扩展卡尔曼滤波与块状处理线性卡尔曼滤波的频偏和相位噪声协同处理方案。利用扩展卡尔曼滤波器对系统频偏进行初始估计,利用块状线性卡尔曼滤波器实现频偏和相位噪声的精准估计。对最优数据块长度和调优参数Q的关系,算法的线宽容忍性能、频偏估计范围以及频偏漂移追踪速度进行了详细的讨论和分析。结果表明,该方案具有快速的载波估计收敛能力、较高的频偏和相位估计精度,并且其频偏漂移追踪可高达320 MHz/μs。相比传统盲相位搜索方法,该方案具备较高的频偏容忍度和较低的实现复杂度。最后实验研究正交相移键控(QPSK)光通信系统下的载波恢复性能,同时给出不同光信噪比、块状数据长度下的载波频偏估计性能。     

基于渐进添边的准循环压缩感知时延估计算法

针对时延估计问题中压缩感知类算法现有测量矩阵需要大量数据存储量的问题,提出了一种基于渐进添边的准循环压缩感知时延估计算法,实现了稀疏测量矩阵条件下接收信号时延的准确估计.该算法首先建立压缩感知与最大似然译码之间的理论桥梁,然后推导基于低密度奇偶校验码的测量矩阵的设计准则,引入渐进添边的思想构造具有准循环结构的稀疏测量矩阵,最后利用正交匹配追踪算法正确估计出时延.对本文算法的计算复杂度与测量矩阵的数据存储量进行理论分析.仿真结果表明,所提算法在测量矩阵维数相同的条件下正确重构概率高于高斯随机矩阵和随机奇偶校验测量矩阵,相比于随机奇偶校验矩阵,在数据存储量相等的条件下,以较少的计算复杂度代价得到了重构概率的较大提高.     

基于L型延迟阵列调制宽带转换器的信号载频和二维到达角联合估计

针对现有的基于欠采样的频率和二维到达角的联合估计存在结构复杂问题,本文提出了一种基于调制宽带转换器技术的L型延迟阵列接收结构.利用延迟通道与未延迟通道采样值之间的相位差可直接估计载频,进而计算二维到达角,无需额外的参数配对操作,避免了配对步骤引入的误差和复杂度的提升.并结合所提L型延迟阵列结构的特点构造相关矩阵和三线性模型,提出了两种参数估计算法,一种基于旋转不变子空间算法,计算量小,适用于需要实时处理的场景;另一种基于正则分解技术,鲁棒性较好,适用于信噪比较低的应用场景.仿真实验表明该方法能较好地从欠奈奎斯特样本中估计目标的载频和二维到达角参数.     

基于神经网络的可见光通信系统信道估计方法

针对现有的非对称限幅光正交频分复用（ACO-OFDM）可见光通信（VLC）系统中信道估计方法存在导频数量过大、精度低、估计效率不高的问题,提出一种基于深度神经网络（DNN）的VLC信道估计方法。利用梯度集中化（GC）方法进行模型优化,并采用端到端的方式跟踪信道信息并恢复失真信号。仿真结果表明：所提方法的误码率（BER）和均方误差（MSE）性能均优于传统方法;在使用较少的导频和省略循环前缀（CP）进行信道估计时,所提方法具有更强的鲁棒性。此外,在DNN训练过程中引入GC方法,可以加快网络的收敛速度,提高其优化能力。     

基于双边信息的分布式视频压缩感知模型研究

针对传统视频编码技术计算量大和复杂度高的缺点,提出一种基于双边信息的分布式视频压缩感知算法。该算法将压缩感知技术与分布式视频编码技术相结合,把视频序列分为Key帧和CS帧,Key帧运用传统的帧内编码和解码,CS帧编码端运用压缩感知编码,解码端运用视频块内与视频块间的双边信息和梯度投影算法进行优化重构。通过双边信息的运动估计和压缩编码器的设计,实现基于双边信息的分布式视频压缩感知模型的构建。仿真结果表明该模型既可以实现高效编码,又可以实现复杂度由编码端向解码端转移,在较低的采样率下,提高视频的压缩能力和传输速度。     

基于矢量化差分相位的单分布源解耦二维波达方向估计

在分布源(包括相干分布源和非相干分布源)的二维波达方向估计中,均匀圆阵由于可实现全方位测角、具有较高的分辨率,得到了广泛的应用,然而现有的估计算法均需要谱峰搜索和特征值分解,复杂度较高.针对此问题,考虑单个相干分布源或非相干分布源入射两种情况,提出了一种基于矢量化差分相位的解耦二维波达方向快速估计算法.该算法首先基于空间频率近似模型,证明了任意单个分布源入射时,均匀圆阵中不同阵元接收信号间的差分相位均不受角度扩展参数的影响;基于此特性,通过获取差分相位即可实现中心波达角的解耦合;接下来,提取采样协方差矩阵的严格上三角元素相位,即对应于各阵元间的差分相位,并进行矢量化处理,最终将波达方向估计问题转化为一个最小二乘问题,从而直接得到闭式解,避免了谱峰搜索和特征值分解运算,大幅度降低了复杂度.理论分析和仿真实验表明,所提算法具有较高的估计精度,并且无需角信号分布的先验信息,同时具备较低的计算复杂度和硬件复杂度,有利于复杂环境下阵列测向等工程实践.     

深海远程正交频分复用水声通信块间迭代稀疏信道估计方法

在深海远程正交频分复用(OFDM)水声通信中,信道时延长、频率选择性衰落严重,传统的块独立压缩感知稀疏估计需要较高导频插入密度才能保证一定的估计性能,通信频谱利用率较低。提出了一种基于信道稀疏时变建模的块间迭代信道估计方法,利用深海信道在两个相邻OFDM数据块之间的时间相关性建立块间信道稀疏多途结构的时变关系,在此基础上,对传统稀疏信道估计算法中的候选字典矩阵的字典原子进行删减并改进优化方程,实现了对前一数据块所估信道信息的有效利用,显著降低了信道估计所需的导频插入密度。在深海不同接收深度、不同距离条件下开展了海试验证,实验结果表明,与传统稀疏信道估计方法相比,本方法在导频插入密度减半的条件下可达到优于传统方法的估计性能。     

基于哈达玛积扩展子空间的到达时间和波达方向联合估计

在窄带阵列天线正交频分复用系统的到达时间和波达方向联合估计中, 针对阵元数目较少时波达方向估计精度不高, 特别是多径数目大于阵元数目导致的波达方向无法估计问题, 提出一种基于哈达玛积扩展子空间的到达时间和波达方向联合估计算法. 该算法首先利用各阵元上的频域信道估计构成扩展信道频域响应矢量, 然后计算扩展信道频域响应矢量自相关矩阵, 并进行特征值分解得到哈达玛积扩展噪声子空间, 最后构造伪谱函数并进行二维谱峰搜索, 从而实现到达时间和波达方向的联合估计. 仿真结果表明, 与现有算法相比, 在复杂度没有大幅提高的前提下, 该算法的估计结果均方根误差更加接近克拉美罗界, 且到达时间和波达方向估计能够自动配对, 在多径数目大于阵元数目时依然适用.     

基于回溯筛选的稀疏重构时延估计算法

针对无线定位中时延估计在小样本(单快拍)、低信噪比条件下需要大量独立分布测量数据问题,提出了一种基于回溯筛选的稀疏重构时延估计算法,实现了单快拍、低信噪比条件下接收信号的精确时延估计.该算法首先建立接收信号的稀疏表示模型,然后基于该模型建立正交观测矩阵,最后在重构算法中引入回溯筛选思想,利用时延与观测矩阵之间的一一对应关系得到时延的无偏估计.对该模型下时延估计的克拉美罗界进行了推导.仿真分析表明,所提方法在单快拍、低信噪比条件下精度远高于求根多重信号分类算法,相比于正交匹配追踪算法,在较小的复杂度代价下性能得到了较大提升.     

基于迭代学习的离散切换系统故障估计

针对一类具有任意切换序列的离散切换系统的故障估计问题,提出了一种新的故障估计算法.该算法利用引入的虚拟故障信号构建出故障估计器,并利用残差信号通过迭代学习方法对引入的虚拟故障进行逐次修正.使虚拟故障随着迭代次数的增加逐渐逼近实际故障.利用压缩映射方法严格证明了算法在各个子区间上的收敛性,给出了算法的收敛条件.理论分析表明,所提算法能够在有限区间上精确估计出切换系统发生的不同类型故障.最后通过仿真实验进一步验证了所提算法的有效性.     

一种快速有效的正弦波信号频率估计方法*

针对I-Rife算法和Fang算法计算量增大，低信噪比时性能下降，该文提出了一种快速有效的正弦信号频率精确估计方法，利用两点细化的频谱值估计频率偏移量，不需要判别频率修正方向，降低了算法复杂度和计算量；分析了频偏估计的偏差。仿真结果表明，该算法的整体性能优于I-Rife算法和改进的Fang算法，在保证性能的同时，提高了算法的稳定性和实用性。     

单载波频域均衡中的水声信道频域响应与噪声估计

本文对单载波频域均衡(SC-FDE)中的信道和噪声估计进行研究,理论分析了形成误码率平台的可能原因,提出了基于Chu序列的联合信道时频域响应和噪声功率估计算法.利用水声信道响应的稀疏特性和门限确定信道能量集中区域,进行信道估计的去噪处理和噪声功率计算.借助于水声射线模型对所提出的算法进行了仿真,分析了噪声估计对SC-FDE性能的重要影响.仿真结果表明,所提出的信道和噪声估计算法可以有效减缓或消除SC-FDE中的误码率平台.     

一种基于检测块动态选择的稳像算法

针对包含运动物体视频序列的稳像问题,提出了一种基于运动目标检测的数字稳像算法.该算法运用估计的全局运动参数补偿帧间全局运动,得到运动补偿前帧和当前帧的差值图像,并将差值图像分割成一系列的前景块和背景块,仅跟踪背景块来估计下一轮的全局运动参数.仿真结果表明,提出的稳像算法不仅计算复杂度低,而且估计的全局变换参数具有相当高的帧间变换保真度,可以用于占据半个像面的动目标的视频序列.     

偏振复用CO-OFDM-OQAM系统的高频谱效率频域信道估计方法

研究对象是偏移正交幅度调制的相干光正交频分复用通信（CO-OFDM-OQAM）系统的信道估计方法。为了减少训练序列所占用的频谱资源,进一步提升频谱效率,为偏振复用CO-OFDM-OQAM系统提出了一种新的频域信道估计方法。该方法利用偏振复用系统的解调原理和固有虚部干扰系数的对称性规律设计全负载型实值导频方案,结合插值法,将每个偏振态上训练序列需要占用的频域符号个数降低为4。此外,该方法的另一个优势是具有更好的功率峰均比。搭建了偏振复用CO-OFDM-OQAM系统的数值仿真平台,在背靠背（BtB）、100 km和200 km光纤传输3种场景下对所提方法的频谱效率、功率峰均比和信道估计性能进行了验证。获得的结果证实所提方法能够提高频谱效率,而且功率峰均比更加优良。     

基于矢量传感器的频率估计算法在水声通信中的应用

本文给出了基于矢量传感器的ESPRIT频率估计算法，并将其应用于频率调制水声通信系统中。与声强频率估计算法相比，ESPRIT频率估计可在小样本的情况下，获得高精度的频率估计。仿真和湖试结果表明，基于矢量传感器的ESPRIT频率估计算法可以提高通信速率并降低对通信系统的带宽要求。本算法对信噪比的要求较高，目前看，较适用于近程高速水声通信。     

光通信系统中低计算复杂度的载波相位估计方法

相干光通信系统中,传统的盲相位搜索(BSP)算法具有良好的激光线宽容忍度,但传统BSP算法的高计算复杂度限制了其应用场合。针对这一问题,提出了一种低复杂度的相位噪声估计方法。该方法基于激光线宽所产生的相位噪声缓变的特点,对相位测试范围进行限定,并在此范围内搜索最佳相位估计值,最终降低了相位搜索的数目,极大地降低了算法的复杂度。同时,由于该算法避免了传统BSP方法可能存在的少数相位误估计的问题,因此在性能上略优于传统的BSP方法。最后,在偏振复用相干光通信系统中验证了该新方法的正确性与有效性。     

湍流信道下差分索引移位键控直流偏置光OFDM

针对现有光无线正交频分复用（OFDM）索引调制均需接收端已知信道状态信息的问题，通过构建满足差分运算的时频弥散矩阵进行索引映射，提出了一种差分索引移位键控光OFDM方案。推导出了该方案在最大似然准则下的平均误码率上界，并与子载波索引移位键控直流偏置光OFDM(SISK-DCO-OFDM)系统进行了性能对比。其次，依据差分信号的特点，构造了一种适用于机器学习的差分信号特征向量，并结合径向基神经网络提出了一种多分类检测器，有效降低了译码复杂度。结果表明，所提差分索引方案有效避免了复杂的信道估计，同时在高信噪比下获得了近似SISKDCO-OFDM的误码性能。所提检测器取得了近似差分最大似然检测算法的误码性能，而且复杂度大大降低，例如当子载波块长度为2和4时，所提检测器的复杂度分别降低了16.67%和70%。     

光采样示波器软件同步算法研究

随着高速光通信信号速率的不断提高，电采样示波器所需的带宽也增加了。现有宽带高性能电采样示波器逐渐达到电子瓶颈决定的带宽极限。为了克服电子瓶颈，研制了基于光域采样技术的光采样示波器样机，其中软件同步算法的复杂度决定了样机测试的实时性。在基于啁啾z变换（CZT）的软件同步算法基础上，提出了基于选带傅里叶变换（ZoomFFT）的软件同步算法，进一步降低软件同步复杂度。与基于CZT的软件同步算法相比，基于ZoomFFT的软件同步算法所需实数乘法个数下降了68.8%。利用研制的光采样示波器样机，分别对不同速率的四电平脉冲幅度调制（PAM4）光信号、正交相移键控（QPSK）光信号进行了测量，并以宽带电采样示波器的测量结果进行对比，验证了光采样示波器能自适应地对不同速率的强度调制信号、相位调制信号进行测量。此外，为了表征光采样示波器本底噪声的影响，通过降低被测光通信信号功率，对Q因子进行了测量，结果表明，Q因子下降3 dB对应的灵敏度约为10 dB。     

IMDD-OFDM系统的低开支、高准确度信道估计方法

提出一种应用于强度调制直接检测光正交频分复用(IMDD-OFDM)传输系统的低开支、高准确度的信道估计算法.该算法充分考虑系统噪声特性,利用梳状导频插入结构,结合符号间平均与子载波间频域线性插值的思想,在低开支导频条件下实现较高的估计准确度.仿真和理论推导结果表明:与传统平均算法和直接线性插值算法相比,基于梳状导频先平均后线性插值的算法估计出来的信道特性更能接近实际信道的.实验结果表明:在误码率为3.8×10~(-3)处,本文所提出的算法仅使用0.78%导频开支即可与使用20%导频开支的平均算法获得相同的接收灵敏度;同时,与传统估计算法相比,该算法与导频开支无关,能较好抗系统中的高斯噪声,获得与真实信道较为接近的估计性能.