UT-Austin干扰建模与缓解工具箱

卡皮尔古拉蒂,马塞尔·纳萨尔,乔普拉,恩纳梅卡·本·奥卡福,马库斯·德扬、 Navid Aghasadeghi、 Arvind Sujeeth和布莱恩·L·埃文斯
嵌入式信号处理实验室
电气与计算机工程系
德克萨斯大学奥斯汀分校

2015年10月8日

德州大学奥斯汀分校干扰建模与缓解研究

翻译:
德国的,由Katia Osipova提供。
波兰语
罗马尼亚语,由亚速特.

介绍

这个免费工具箱提供了MATLAB函数和演示,用于声学系统、电力线中某些种类的噪声和干扰的统计建模和缓解,无线 通信和无线传感器网络[1-10]。 噪声和干扰可能来自同一工作频段或相邻频段的其他来源。

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
工程师和科学家正在天文学、通信系统和模拟/射频电路设计中使用工具箱。

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:

如果只考虑胞外干扰,Femtocells将符合高斯混合模型;如果同时考虑胞内干扰和胞外干扰,则采用对称α稳定分布。

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

我们的时间序列建模和参数分析工具可用于生成以下脉冲分布:

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:

工具箱实现了几个脉冲降噪过滤器:

在通信系统中,工具箱还可用于设计干扰感知收发器的基带离散时间信号处理算法,方法是使用建立在干扰建模和缓解算法之上的易于使用的图形用户界面工具。

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

安装

“干扰建模和缓解”工具箱不包含 独立安装程序。 要安装它,请将rfitoolbox目录复制到MATLAB文件夹中的工具箱目录 例如,假设MATLAB安装在C:\Program Files\MATLAB中,则可能的目标目录可以是 C:\Program Files\MATLAB\toolbox。 将rfitoolbox目录移动到目标目录后, 应执行以下命令以将干扰 建模和缓解工具箱添加到您的MATLAB路径中:

addpath(genpath('C:\Program Files\MATLAB\R2007a\toolbox\rfitoolbox\');

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

理论和背景信息在在线报告和演示中给出,可在以下链接中找到:另外,请参见[8]。

错误报告和反馈

对于错误和反馈,请发送电子邮件至马塞尔·纳萨尔.

旧版工具箱可供下载

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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