UT奥斯汀干扰建模和缓解工具箱

介绍

工具箱使用户能够

1. 产生脉冲噪声/干扰
2. 将测量数据拟合到脉冲噪声模型
3. 应用非线性滤波器对脉冲噪声中的信号进行去噪
4. 提高脉冲噪声中信号的检测性能

在通信系统中，我们将异步干扰建模为加性脉冲噪声。我们用以下公式导出了脉冲噪声分布传播的统计物理模型：

• 接收机定位情况下的高斯混合模型在空间保护区中，例如在蜂窝、Wimax和Wi-Fi网络中。
• 当没有保护区时，对称α稳定分布，例如，无线传感器网络。

脉冲噪声也是有线通信中的一个问题。例如，在电力线通信系统中，脉冲噪声是主要噪声成分。脉冲噪声来自许多来源，如开关电路和外部传输。我们已经证明脉冲噪声分布遵循高斯分布混合模型。在某些情况下，高斯混合模型简化为米德尔顿模型A级模型。

当设计通信接收机时，假设只有噪声源为高斯谱平面噪声，存在加性脉冲噪声会导致定时恢复、帧严重退化同步、均衡、检测和纠错子系统。相反，通过重新设计具有附加脉冲和热效应的接收器考虑到噪声，接收机在脉冲噪声的存在。我们通过添加预过滤器或更改检测器，或采用Turbo解码器。20 dB的信噪比增益将显著降低误码率（1-2个数量级）[10]或干扰限制信道中的比特率（高达3-6比特/秒/赫兹）。我们使用射频统计数据得出吞吐量、延迟之间的权衡并证明吞吐量可以翻倍与现有的介质访问层协议相比，可靠性得到了提高[11]。

特征

• 对称阿尔法稳定模型
• 米德尔顿A级模型
• 高斯混合模型

Middleton A类模型是高斯混合的特例。

我们已使用工具箱拟合在基带[6][7][8][9]测得的射频干扰数据。

工具箱还生成以下时间序列：

• 多元各向同性对称Alpha稳定模型
• 多元各向同性Middleton A类模型
• 多元高斯混合模型

工具箱实现了几个脉冲降噪过滤器：

• 米德尔顿预滤[1]
• 大量过滤[5]

工具箱支持单发射机单接收机（1x1）系统，以及两个发射机、两个接收机（2x2）系统。对于1x1通信系统，工具箱使用脉冲幅度调制（PAM）。接收机选项包括相关检测、维纳滤波和相关检测、最佳贝叶斯检测[1]和最优贝叶斯检测的小规模近似[8]。 对于2x2通信系统，工具箱使用正交振幅调制（QAM）。传输使用空间多路复用或Alamouti编码。接收选项包括高斯最大似然（ML），迫零，Middleton A级ML，以及次优的Middleton A级ML接收机。 [6]

用于下载的最新工具箱版本

• 干扰建模和缓解工具箱1.6,2011年4月1日。

  这个许可条款工具箱的现在1.6版更加灵活。1.6版增加

  • 生成多维（各向同性）数据的函数对称α稳定分布（RFI_MakeDataAlphaStable）和Middleton A级分布（RFI_MakeDataClassA，RFI_MakePDFClassA和RFI_MokeEnvelopeDataClassA），
  • 分析通信性能的演示存在RFI的多载波接收机（RFI_OFDMDemo），
  • 将光标放在文本字段上时的帮助信息在演示中，以及
  • 演示中的帮助按钮。
  新的RFI_OFDMDemo未包含在主演示中（RFI_StartDemos）预计将与中的RFI_DemoSISO演示集成未来版本。

  版本1.6需要以下内容：

  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通信工具箱（用于pammod、pamdemod、qammod、qamdemo、，和rcosine函数）
  • 信号处理工具箱（用于xcorr函数）
  • 统计工具箱（用于ksdensity、moment、mvnpdf、mvnrnd、，random和randsample函数）

安装

在这里，请将“C:\Program Files\MATLAB\R2007a\toolbox”替换为将rfitoolbox文件夹复制到的目标目录。

注释：从1.3版开始，主GUI演示有可以运行该版本中包含的所有其他演示。在MATLAB上键入“RFI_StartDemos”可以启动主演示完成上述安装过程后的命令提示符。

理论和背景信息

• 报告（2007年5月）
• 演示（2009年10月）

错误报告和反馈

可供下载的旧工具箱版本

• RFI建模和缓解工具箱1.5,2010年8月16日。
  版本1.5增加了随机变量/过程的生成高斯混合模型（GMM）的参数估计。以下是1.5版的部分改进：
  • 添加RFI_MakePDFGMM.m以生成高斯混合模型概率密度函数
  • 添加RFI_MakeDataGMM.m以生成高斯混合模型数据
  • 添加了RFI_EstParamsGMM和EM.m，以适应给定的时间矢量将样本序列转换为高斯混合模型。
  • 增加了脉冲噪声数据的生成多元高斯混合模型
  • 在统计建模演示中添加了高斯混合模型。
  • 添加了对高斯混合模型的部分支持单输入单输出（SISO）演示。
  • 合并了文件传输演示和SISO演示。因此，SISO演示现在包含以下功能指定一个文件作为模拟数据的源。
  • 为移动时显示的字段添加了提示和帮助将鼠标放在相应字段的顶部。
  1.5版要求：
  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通信工具箱（用于pammod、pamdemod、qammod、qamdemo、，和rcosine函数）
  • 信号处理工具箱（用于xcorr函数）
  • 统计工具箱（用于ksdensity、moment、mvnpdf、mvnrnd、，random和randsample函数）

• RFI建模和缓解工具箱1.4.1测试版,2010年4月11日。
  1.4.1beta版只是添加了一个新的概述演示，称为单输入单输出（SISO）中的RFI建模与缓解系统。否则，1.4.1beta版与下面的1.4版相同。

• RFI建模和缓解工具箱1.4,2010年2月6日。
  以下是1.4版的改进摘要：
  • 更新了演示RFI_DemoSISO以支持M-PAM调制（以前的版本仅支持2-PAM）。
  • 更新了函数RFI_MakeDataAlphaStable以支持生成倾斜α稳定随机变量。
  • 修复了函数RFI_CalcKLDiver中的一个小错误，以提高健壮性在计算KL散度时。
  1.4版要求：
  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通信工具箱（用于pammod、pamdemod、qammod、qamdemo、，和rcosine函数）
  • 信号处理工具箱（用于xcorr函数）
  • 统计工具箱（用于ksdensity、moment、random和randsample函数）

• RFI建模和缓解工具箱1.3,2009年8月26日。
  1.3版要求：
  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通信工具箱（用于pammod、pamdemod、qammod、qamdemo和rcosine函数）
  • 信号处理工具箱（用于xcorr函数）
  • 统计工具箱（用于矩、随机、随机样本和ksdensity功能）
  下面是1.3版的改进摘要：
  • 添加了一个演示（RFI_DemoStatisticalModeling），它提供了一个RFI统计建模的仿真环境。
  • 添加了一个演示（RFI_StartDemos），它是其中的主要演示所有其他演示都可以启动。
  • 增加了评估概率密度函数的函数双变量Middleton A类随机变量（RFI_MakePDFBiVarClassA）。
  • 添加了一个执行二维内核密度的函数（RFI_kde2d）估计。关于再分配的版权信息此函数已作为注释添加到函数中。
  • 添加了一个函数来评估Kullback-Leibler（KL）散度两个一维或二维概率密度函数之间（RFI_CalcKLDiver）。
  • 为中的所有现有演示添加了一个简短的帮助和描述文件这个工具箱。
  • 修复了演示RFI_DemoTwoByTwoMIMO中的印刷错误。
  • 删除了中存在的sample.avi文件（einstein.avi）版本1.2和1.2.1。

• RFI缓解工具箱1.2.1测试版,2009年4月3日。
  修复了生成Middleton Class a的函数中的一个错误噪声，RFI_MakePDFClassA。

• RFI缓解工具箱1.22009年2月7日。
  1.2版要求：
  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通信工具箱（用于帕莫德,帕德莫德,卡蒙德,卡塔尔国防部、和罗克辛功能）
  • 讯号处理工具箱（用于互相关系数功能）
  • 统计学工具箱（用于瞬间,随机的，随机的和随机抽样功能）
  以下是1.2版的改进摘要：
  • 增加了生成二元Middleton A类噪声的函数。
  • 改进了Middleton A级噪声发生器计算性能。
  • 添加了功能以实现2x2 MIMO接收机高斯和二元Middleton A类噪声。
  • 添加了RFI中2x2 MIMO系统的演示（RFI_DemoTwoByTwoMIMO）
  • 增加了小信号近似和量化pdf实现存在Middleton A类噪声时的贝叶斯检测
  • 添加了中文件的单载波传输和接收演示存在加性对称α稳定噪声或加性米德尔顿A级噪声

• RFI缓解工具箱1.1测试版2007年11月21日。
  1.1版测试版需要以下内容：
  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通信工具箱（用于帕莫德和罗克辛功能）
  • 讯号处理工具箱（用于互相关系数功能）
  • 统计学工具箱（用于瞬间功能）
  以下是1.1测试版的改进摘要：
  • 添加了无数过滤[5]支持
  • 增加了alpha稳定噪声中通信性能的演示
  • 固定色散参数计算符合[2]
  • 提高米德尔顿A级噪声发生器的速度
  • 增加了Middleton A类PDF估计器的递归实现以提高速度并增加重叠索引参数的可用范围A类

• RFI缓解工具箱1.02007年9月22日。
  1.0版需要以下内容：
  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通信工具箱（用于帕莫德和锆石功能）
  • 讯号处理工具箱（用于互相关系数功能）
  • 统计学工具箱（用于瞬间功能）

工具书类

1. A.Spaulding和D.Middleton，“冲动中的最佳接收干扰环境第I部分：相干检测”，IEEE通讯汇刊,第25卷，第9期，第910-9231977页。
2. G.A.Tsihrintzis和C.L.Nikias，“快速估算α稳定脉冲干扰参数”，IEEE信号处理汇刊,第44卷，第6期，第1492-1503页，1996年6月。
3. D.Middleton，“确定A类和B类电磁的一阶正则模型干扰”，IEEE电磁兼容性汇刊,第21卷，第190-208页，1979年8月。
4. S.M.Zabin和H.V.Poor，“A类噪声参数的有效估计通过EM[Expectation-Maximization]算法”，IEEE信息理论汇刊,第37卷，第1期，第60-72页，1991年1月。
5. J.R.Gonzalez和G.R.Arce。“在实际的脉冲噪声环境中，无数的优化，”IEEE信号处理汇刊,第49卷，第2期，第438-441页，2001年2月。
6. K.Gulati、A.Chopra、R.W.Heath，Jr.、B.L.Evans、K.R.Tinsley、，和X.E.Lin，“射频干扰下的MIMO接收机设计”,程序。IEEE国际全球通信会议。,2008年11月30日至12月4日，美国洛杉矶新奥尔良。
7. M.Nassar、K.Gulati、A.K.Sujeeth、N.Aghasadeghi、B.L.Evans和K.R.廷斯利，“缓解嵌入式笔记本电脑中的近场干扰无线收发器”,程序。IEEE声学、语音和信号处理国际会议。,2008年3月30日至4月4日，美国内华达州拉斯维加斯。
8. M.Nassar、K.Gulati、M.R.DeYoung、B.L.Evans和K.R.Tinsley，“缓解笔记本嵌入式无线收发器中的近场干扰”,信号处理系统杂志2009年3月，特邀论文。
9. K.Gulati、A.Chopra、B.L.Evans和K.R.Tinsley，“同频道干扰的统计建模”,程序。IEEE国际全球通信会议。,2009年11月30日至12月4日，夏威夷火奴鲁鲁。
10. K.Gulati、B.L.Evans、J.G.Andrews和K.R.Tinsley，“一个领域中的同信道干扰统计泊松和泊松-泊松群干涉仪”,IEEE信号处理汇刊,第58卷，第12期，2010年12月。
11. K.Gulati、R.K.Ganti、J.G.Andrews、B.L.Evans和S.Srikanteswara，“本地延迟和吞吐量延迟可靠性时间相关无线自组网中的权衡干扰”，IEEE信号处理汇刊,待提交。

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