UT-Austin干扰建模与缓解工具箱

介绍

工具箱允许用户

1. 产生脉冲噪声/干扰
2. 用脉冲噪声模型拟合实测数据
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。 我们利用 传播的统计物理模型导出了脉冲噪声分布：

• 高斯混合模型，适用于接收器位于空间保护区的情况，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，脉冲噪声是主要的噪声成分。脉冲噪声产生于许多源，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混合模型在某些情况下，高斯混合模型简化为Middleton a类模型。

当设计通信接收机时，假设唯一的加性噪声源是高斯谱平坦噪声，则加性脉冲噪声的存在会导致定时恢复、帧同步、均衡、检测和纠错子系统的严重退化，通过重新设计具有附加脉冲和热噪声的接收机，接收机在存在脉冲噪声时可以获得高达20分贝的信噪比增益。我们通过增加前置滤波器、改变检测器或采用涡轮解码器实现了这一改进。20分贝的信噪比增益将大大降低 比特在干扰受限信道中，错误率（1-2个数量级）[10]或 比特率（高达3-6位/s/Hz）的提高。 我们使用射频统计来推导吞吐量、延迟和可靠性的折衷，并证明了与现有的介质访问层协议相比，吞吐量可以翻倍，可靠性也会提高[11]。

特征

• 对称α稳定模型
• 米德尔顿A级车
• 高斯混合模型

Middleton A类模型是高斯混合模型的一个特例。

我们使用工具箱来拟合在基带[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α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：

• 米德尔顿预过滤器[1]
• 万千过滤[5]

工具箱支持单发射机单接收机（1x1）系统，以及双发射机、双接收机（2x2）系统。 对于1x1通信系统，工具箱使用脉冲幅度调制（PAM）。 接收机选择包括相关检测、维纳滤波和相关检测、最佳Bayes检测[1]，以及最优Bayes检测的 小信号近似[8]。对于2x2通信系统，工具箱使用正交调幅（QAM）； 传输使用空间复用或Alamouti编码。 接收选择包括高斯最大似然（ML）、 迫零、Middleton A级ML和 次优Middleton A级ML接收机。[6]

可下载的最新工具箱版本

• 干扰建模与缓解工具箱1.62011年4月1日。

  这个许可条款对于工具包来说，现在1.6版更加灵活

  • 从对称α稳定分布（RFI MakeDataAlphaStable）和米德尔顿a类分布（RFI_MakeDataAlphaStable）生成多维（各向同性）数据的函数，
  • 分析射频干扰下多载波接收机通信性能的演示，
  • 在演示中将光标放在文本字段上时的帮助信息，以及
  • 演示中的帮助按钮。
  新的RFI_OFDMDemo不包含在主演示（RFI_StartDemos）中，预计将在未来的版本中与RFI_demoso集成。

  版本1.6要求：

  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通信工具箱（用于pammod、pamdemod、qammod、qamdemod、 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\”替换为复制rfitoolbox文件夹的目标目录。

注意：从1.3版开始，主GUI演示可用于运行该版本中包含的所有其他演示。 完成上述安装过程后，可通过在MATLAB 命令提示符上键入“RFI StartDemos”来启动主演示。

理论和背景资料

• 报告（2007年5月）
• 演示（2009年10月）

错误报告和反馈

旧版工具箱可供下载

• RFI建模和缓解工具箱1.52010年8月16日。
  版本1.5增加了随机变量/过程的生成和高斯混合模型（GMM）的参数估计。 以下是1.5版的精选改进：
  • 添加RFI makepdfgm.m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_estparamsgmwithem.m，以将给定的时间序列样本向量拟合到高斯混合模型中。
  • 多元高斯混合模型脉冲噪声数据的附加生成
  • 在统计建模演示中添加了高斯混合模型。
  • 在 单输入单输出（SISO）演示中增加了对高斯混合模型的部分支持。
  • 合并了文件传输演示和SISO演示。因此，SISO演示现在包含了指定文件作为模拟数据源的功能。
  • 添加了在相应字段上移动 鼠标时显示的字段的提示和帮助。
  版本1.5要求：
  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通信工具箱（用于pammod、pamdemod、qammod、qamdemod、 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。
  版本1.4.1测试版只是添加了一个新的概述演示，称为“单输入单输出（SISO）系统中的RFI建模和缓解”。否则，1.4.1测试版与下面的1.4版相同。

• RFI建模和缓解工具箱1.42010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）。
  • 更新函数RFI_MakeDataAlphaStable以支持生成倾斜α稳定随机变量。
  • 修正了函数RFI_CalcKLDiver在计算KL散度时的健壮性的一个小错误。
  4.4.1版本要求：
  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通信工具箱（用于pammod、pamdemod、qammod、qamdemod、 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1.32009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、qamdemod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、随机和ksdensity 函数）
  以下是1.3版的改进摘要：
  • 增加了一个演示（RFI demostatisticModeling），它为RFI的统计建模提供了一个 仿真环境。
  • 添加了一个演示（RFI_StartDemos），它是主演示，所有其他演示都可以从中启动。
  • 增加了一个二元米德尔顿a类随机变量（RFI u MakePDFBiVarClassA）的概率密度函数。
  • 添加了一个函数（RFI u kde2d），用于执行二维核密度估计。关于 此功能再分配的版权信息已作为注释添加到函数中。
  • 添加了一个函数来计算两个一维或二维概率密度函数之间的Kullback-Leibler（KL）散度（RFI_CalcKLDiver）。
  • 为这个工具箱中的所有现有演示添加了一个简短的帮助和描述文件。
  • 修正了一个排版错误在演示RFI_demowobytwomimo。
  • 删除了版本1.2和1.2.1中的sample.avi文件（einstein.avi）。

• RFI缓解工具箱1.2.1测试版2009年4月3日。
  修复了生成米德尔顿a级噪音的函数中的一个错误，即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
  • 通讯工具箱 （用于沉睡,帕德莫德,坎默德,卡德莫德，和rcosine公司功能）
  • 信号处理工具箱 （用于互相关系数功能）
  • 统计工具箱 （用于瞬间,随机和随机抽样功能）
  以下是1.2版的改进摘要：
  • 生成二元Middleton类噪声的附加函数。
  • 改进了米德尔顿A级噪声发生器，提高了计算性能。
  • 增加了在高斯和二元米德尔顿A类噪声存在下实现2x2 MIMO接收机的功能。
  • 在RFI （RFI demowobytwomimo）的情况下增加了2x2 MIMO系统的演示
  • 增加了小信号近似和量化pdf实现Middleton A类噪声下的Bayesian检测
  • 增加了在加性对称α稳定噪声或加性米德尔顿a类噪声存在时单载波传输和接收文件的演示

• RFI缓解工具箱1.1测试版2007年11月21日。
  版本1.1测试版要求：
  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通讯工具箱 （用于沉睡和rcosine公司功能）
  • 信号处理工具箱 （用于互相关系数功能）
  • 统计工具箱 （用于瞬间功能）
  以下是1.1测试版的改进摘要：
  • 增加了无数过滤[5]支持
  • 增加了阿尔法稳定噪声下的通信性能演示
  • 固定色散参数计算与[2]一致
  • 米德尔顿A级噪声发生器的改进速度
  • 增加了Middleton A类PDF估计器的递归实现，以提高速度 ，并增加重叠指数参数的可用范围A

• RFI缓解工具箱1.02007年9月22日。
  版本1.0要求：
  • Matlab 7.0或更高版本
  • 通讯工具箱 （用于沉睡和rcosine公司功能）
  • 信号处理工具箱 （用于互相关系数功能）
  • 统计工具箱 （用于瞬间功能）

工具书类

1. A、 Spaulding和D.Middleton，“脉冲干扰环境中的最佳接收第一部分：相干检测”，IEEE通讯事务，第25卷，第9期，第910-923页，1977年。
2. G、 A.Tsihrintzis和C.L.Nikias，“α稳定脉冲干扰 参数的快速估计”，IEEE信号处理汇刊，第44卷，第6期，1492-1503页，1996年6月。
3. D、 Middleton，“确定A类和B类电磁干扰 一阶正则模型性质的程序”，IEEE电磁兼容汇刊， 第21卷，第190-208页，1979年8月。
4. S、 M.Zabin和H.V.Poor， “通过EM[期望最大化]算法有效估计A类噪声参数”，IEEE信息论汇刊， 第37卷，第1期，第60-72页，1991年1月。
5. J、 R.Gonzalez和G.R.Arce. “实际脉冲噪声环境中无数个问题的最优性”IEEE信号处理汇刊，第49卷，第2期，第438-441页，2001年2月。
6. K、 古拉蒂，A.肖普拉，R.W.希思，Jr.，B.L.埃文斯，K.R.廷斯利， 和X.E.林，“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、 纳萨尔，K.古拉蒂，A.K.苏吉思，N.阿加萨德吉，B.L.埃文斯和 K.R.廷斯利，“减轻笔记本电脑嵌入式无线收发器的近场干扰”,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，“减轻笔记本电脑嵌入式无线收发器的近场干扰”,信号处理系统杂志2009年3月，特邀论文。
9. K、 古拉蒂、A.肖普拉、B.L.埃文斯和K.R.廷斯利，“同频干扰的统计建模”,程序。IEEE国际全球通信会议。2009年11月30日至12月4日，夏威夷檀香山。
10. K、 古拉蒂，B.L.埃文斯，J.G.安德鲁斯和K.R.廷斯利，“ Poisson和Poisson-Poisson集群干扰场中同信道干扰的统计”,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，“具有时间相关干扰的无线自组织网络中的本地延迟和吞吐量延迟可靠性 权衡”，IEEE信号处理汇刊，待提交。

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