中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

1. Research on methods and mechanisms to improve piezoresistive pressure sensor performance with polypyrrole and composites for smart wearables

[学位论文] Dilini Srinika Wijerathne Gunasekara 天津工业大学 2021年博士导师: 刘皓共123页

摘要 : 智能可穿戴压阻压力式传感器可用于监测人体活动，其监测量程为超低压至中压，是对监测精度要求很高的设备，应用于保健、康复、运动等多个领域。不少研究人员都致力于开发成本效益高、环保、灵敏度高、性能稳定及制备方法简单的压力传感器。导... 展开智能可穿戴压阻压力式传感器可用于监测人体活动，其监测量程为超低压至中压，是对监测精度要求很高的设备，应用于保健、康复、运动等多个领域。不少研究人员都致力于开发成本效益高、环保、灵敏度高、性能稳定及制备方法简单的压力传感器。导电聚合物——聚吡咯（PPy）可以作为开发无毒、环保的压阻压力式传感器的材料。但是聚吡咯具有溶解度低和导电率低的缺陷，可在原位聚合法制备过程中对其进行改性。尽管这一过程为提升PPy的性能提供了许多可能性，但提高PPy基传感器灵敏度和稳定性仍是一项艰巨任务。基底材料与导电材料的结合对传感器的稳定性起着重要作用。大孔海绵（MS）和气凝胶（AG）由于其多孔结构及弹性高的优点，可作为制备压力传感器的基底材料。聚多巴胺（PDA）可将基底材料改性，与导电材料更好地结合。多壁碳纳米管（MWNTs）可改善PPy涂层什么的性能。本研究主要探讨采用原位聚合法制备高灵敏度和稳定性的PPy基的压阻式压力传感器的制备工艺参数，用于监测人体活动。 PDA与PPy分子间相互作用比PDA层间显示更强的结合力。薄且均匀的PDA涂层可提高压力PPy与基底材料的结合能力。PDA涂层可对基底材料进行改性（m-PDA）,使用对甲苯磺酸（p-TSA）改变PDA溶液的pH值，p-TSA作为PPy的掺杂剂。PDA(0.05Mp-TSA)/PPy/MS压力传感器在1kPa至10kPa压力范围下循环1000次的条件下，灵敏度、滞后性、非线性度、重复性往复误差分别为10.69kPa-1,13.51％，3.30％，2.70％和2.25％。 MWNTs/PPy压阻式压力传感器由于高分子间相互作用，可提升导电涂层均匀度、牢固性。MWNTs/PPy/AG压力传感器性能更为优异，在0.45kPa至4.0kPa范围下灵敏度为34.64kPa-1。滞后性、非线性度、重复性往复误差分别为4.08%,12.9%,4.5%,and9.3%。PDA表面改性与MWNTs涂层不兼容。十二烷基苯磺酸钠0（SDBS）作为MWNTs的表面活性剂，用于去除除MWNTs/PPy复合材料中的PDA涂层。研究证明了本方法可有效提升PPy基传感器的灵敏度和稳定性，用于监测处于地压力范围的人体活动。MWNTs/PPy/AG压阻式压力传感器比m-PDA/PPy/MS具有更高的灵敏度和较低的稳定性。AG由于质量轻，具有更高的柔性以及可抓取更多的导电填充材料用于制备智能可穿戴传感器。两种方法均可制备出具有经济价值的压阻式压力传感器，PDA/MWNTs/AG的性能更适合开发灵敏度和稳定性高的压力传感器，有更广阔的应用前景。收起

关键词 : 压力式传感器气凝胶原位聚合大孔海绵多壁碳纳米管聚吡咯聚多巴胺

2. 基于循环平稳理论的频谱感知算法研究及实现

[学位论文] 杨博电子科技大学 2012年硕士导师: 刘皓共113页

摘要 : 频谱感知就是指通过一些高效的信号检测识别算法来获得各无线通信频段的占用情况。它的应用已经延伸到了许多相关领域，其中最为突出的就是在认知无线电(CR)通信系统中的应用。该系统利用感知出来的空闲频段来传输系统数据，一旦检测到该频段被授权用... 展开频谱感知就是指通过一些高效的信号检测识别算法来获得各无线通信频段的占用情况。它的应用已经延伸到了许多相关领域，其中最为突出的就是在认知无线电(CR)通信系统中的应用。该系统利用感知出来的空闲频段来传输系统数据，一旦检测到该频段被授权用户重新占用，CR系统便立即退出，再在其他空闲频段上进行数据传输，通过这种频谱共享的方式大大提高了频谱的利用率。可见频谱感知技术是该系统正常工作的根本所在。本文分析讨论的基于循环平稳理论的频谱感知算法，有效地克服了其他算法的缺点，不仅能有效地检测出信号的有无，还能在一定程度上识别信号的某些调制参数以及完成信号的区分，硬件实现也不复杂。在对信号的循环平稳理论进行深入分析的基础上，提出了基于循环自相关CAF函数易于实现的频谱感知算法，然后据此实现对 BPSK信号的循环平稳检测及参数识别。在构建具体算法原理的基础上，对BPSK信号的检测识别进行了Matlab性能仿真以及FPGA实现验证。通过在线仿真测试时的大量数据统计从实践中证实了基于循环平稳性对信号检测以及参数识别的可行性。更进一步的，本文实现了对射频接收的OFDM信号和模拟电视信号的循环平稳检测。首先分析这两种信号在干扰信号和噪声中的循环平稳检测算法原理，然后对其进行一系列的Matlab性能仿真分析，最后根据仿真链路进行了具体的FPGA链路设计和Modelsim功能仿真，并在自主研发的认知无线电硬件平台上将其实现，在一定程度上实现了信号的区分。由此探讨了基于循环平稳性的频谱感知算法在CR通信系统中的应用和优势，从而为今后CR系统中除去静默期机制，提高数据率提供了理论与实践依据。另外，本文进行的一些硬件接口和算法模块的FPGA设计，比如FPGA芯片与ADC芯片的ADC接口模块，还有基带FPGA与射频板控制命令交互的SPI接口模块，以及非对称步进速率自动增益控制AGC算法模块等等，使得基于循环平稳性的频谱感知算法在认知无线电硬件平台上得以完整实现。收起

关键词 : 循环平稳频谱感知认知无线电自动增益控制

3. 高速通信系统的物理层技术研究与实现——信道估计技术

[学位论文] 严瑛电子科技大学 2020年硕士导师: 刘皓共110页

摘要 : MIMO-OFDM系统将MIMO技术和OFDM技术结合起来，具有高稳健性、高数据传输率、高频谱利用率等特点，实现了传统通信领域的重大突破。然而由于无线通信传输环境复杂，接收信号的相位和幅度会出现严重的衰落，必须通过信道估计技术才能恢复出发送数据。因... 展开 MIMO-OFDM系统将MIMO技术和OFDM技术结合起来，具有高稳健性、高数据传输率、高频谱利用率等特点，实现了传统通信领域的重大突破。然而由于无线通信传输环境复杂，接收信号的相位和幅度会出现严重的衰落，必须通过信道估计技术才能恢复出发送数据。因此兼顾准确度和计算复杂度考虑，研究出适合硬件实现的MIMO-OFDM信道估计方案是十分有意义的。本文的主要工作如下：（1）研究了MIMO-OFDM信道估计技术的两个关键点，基于导频的信道估计技术和合适的训练序列的选择。在信道估计技术方面，详细研究了常用的信道估计算法：LS、MMSE、LMMSE和SVD-LMMSE，及插值算法：线性内插、二次内插、三次样条内插的基本原理和硬件实现复杂度，在不同的信道下对信道估计算法、导频方式、和插值方式进行了仿真，验证了在实现复杂度和性能这两个因素下本系统选择块状导频和LS信道估计算法的合理性。在训练序列的选择方面，根据标准802.11ac的物理层帧结构和发射机结构对先导码部分和数据部分设计了不同的信道估计算法并进行仿真，对于先导码部分的估计将两个L-LTF训练序列取平均换来了1dB的性能提升；对于数据部分的处理，采用VHT-LTF训练序列进行LS信道估计后，再对每个OFDM符号插入一定的导频子载波用于相偏校正，仿真证明了该算法在不同MCS、不同帧长和不同信道及不同信道频偏下都能取得很好的性能。再将802.11ac中训练序列的设计方案和信道估计算法应用到本设计的MIMO-OFDM系统中，提出了基于训练序列的LS信道估计算法，和对数据部分插入导频符号进行信道跟踪校正相偏的算法，仿真证明了该算法不会随着相偏的增加而性能变差。（2）在40MHz带宽、40MHz采样率、125MHz时钟频率下在FPGA上实现了载荷速率1Gbps的8发8收的MIMO-OFDM系统，重点对组帧模块和信道估计检测模块的FPGA实现方案进行了分析和RTL仿真验证，通过和MATLAB对比分析了信道估计检测模块在FPGA上实现的误差，判断了在高速传输的要求下模块的功能正确性和吞吐量达标与否。在上板测试时，采用了硬软件联合测试的方法，通过LWIP协议栈实现了MATLAB和FPGA之间的数据交互，量化了系统在MIMO信道中的性能表现，验证了其性能要求和目标一致。收起

关键词 : MIMO-OFDM系统物理层信道估计

4. 频谱共享通信系统接收与感知技术研究及实现

[学位论文] 方超电子科技大学 2012年硕士导师: 刘皓共106页

摘要 : 静态无线频谱规划体制是造成频谱利用率日益低下的主要原因，频谱共享通信系统是该问题的解决方案之一。数据传输技术和频谱感知技术是频谱共享通信系统的两项关键技术。由于正交频分复用技术具有频谱利用率高等优点，被认为是该系统最佳的数据传输技... 展开

关键词 : 基带接收机密度函数信号检测频谱共享

5. 无人机高速通信链路物理层的设计与实现

[学位论文] 胡卓贤电子科技大学 2017年硕士导师: 刘皓共103页

摘要 : 无人机广泛应用在军事、地质、农业等专用领域。在遥感测绘应用场景下，无人机更是凭借着轻便的机身、灵活的探测轨迹和相对低廉的成本成为了主流的选择方案。在基于遥感测绘应用的无人机系统中，通信系统承担着高速率、宽频段的数据传输任务。由于测... 展开

关键词 : 无人机通信链路通信信道物理层设计航空通信

6. 超高传输速率无线通信链路关键技术研究:IQ不平衡补偿技术

[学位论文] 苏振东电子科技大学 2022年硕士导师: 刘皓共100页

摘要 : 无线通信技术发展的标志之一就是通信速率的阶跃式增长。本文研究的是超高传输速率无线通信链路中的关键技术之一：IQ不平衡补偿技术。IQ不平衡是由于数据在作正交调制或信号作正交解调时，I、Q两路的本振信号幅值不相等和相位不正交，导致数据出现一... 展开无线通信技术发展的标志之一就是通信速率的阶跃式增长。本文研究的是超高传输速率无线通信链路中的关键技术之一：IQ不平衡补偿技术。IQ不平衡是由于数据在作正交调制或信号作正交解调时，I、Q两路的本振信号幅值不相等和相位不正交，导致数据出现一个共轭干扰，影响通信链路的性能。解决IQ不平衡问题的方法是在数字域作对其不平衡参数进行估计然后作补偿。而超高传输速率需要超大的通信带宽，在大带宽下，IQ不平衡出现了新的特征：频率相关性。对于频率相关的IQ不平衡，需要新的方法来作估计与补偿。与此同时，由于对IQ不平衡作补偿是实时性的，超高传输速率也就意味着IQ补偿模块需要超高的吞吐率。本文针对这些问题展开研究，主要工作如下：分析频率相关IQ不平衡模型，研究不平衡参数的估计方法，推导分离发送端与接收端IQ不平衡参数的条件，并设计估计方案；然后研究补偿的条件，以减少滤波器的使用为目标，推导并简化补偿电路，直至IQ补偿模块只包含一个卷积；再联合估计方法与补偿电路，提出通过迭代的方法提高估计精度，并对迭代估计的精度和补偿性能作仿真。研究并行有限冲击响应（Finite Impulse Response，FIR）滤波器的实现方法，推导滤波器并行的公式并得到L路并行滤波器结构可由L×L线性卷积的展开式得到，以此构建矩阵模型，并分析硬件实现的关注点和优化方法；然后介绍了三种不同的线性卷积展开方法，并对它们的资源消耗和硬件可实现性进行分析；最后指出可以通过分层级联的方法，由并行路数较小的滤波器结构合成大并行度的滤波器。研究简化的Q路补偿结构的实现难点，分析120路并行滤波器的设计方法，以三种线性卷积展开方法设计2、3、4、5、8路并行滤波器结构，再配合级联法针对不同抽头数的滤波器给出设计方案。然后取7为补偿系数的长度，给出IQ补偿模块在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）上的具体实现。最后对实现的IQ补偿模块，以及在C++上实现的IQ参数估计与补偿系数更新模块和并行子滤波器抽头计算模块，联合VIVADO HLS与MATLAB做仿真，分析估计性能和补偿效果。收起

关键词 : 无线通信链路 IQ不平衡补偿超高传输速率并行有限冲击响应滤波器

7. 射频拉远数字信号处理板设计与研究

[学位论文] 何元波电子科技大学 2015年硕士导师: 刘皓共100页

摘要 : 无线移动通信从2G到3G的演进过程中，部署传统宏基站面临诸多问题。从网络规划方面来说，宏基站需要选择新的站点以及基站设备安装空间，这是比较困难的。从技术上来说传统宏基站中基带到天面的馈线增多，施工布线难度增大，同时馈线上的损耗会造成采... 展开无线移动通信从2G到3G的演进过程中，部署传统宏基站面临诸多问题。从网络规划方面来说，宏基站需要选择新的站点以及基站设备安装空间，这是比较困难的。从技术上来说传统宏基站中基带到天面的馈线增多，施工布线难度增大，同时馈线上的损耗会造成采用智能天线的TD-SCDMA系统的性能下降。从业务上来说3G的大部分业务为数据业务，而数据业务大部分集中于室内，传统宏基站难以灵活地实现室内热点地区的良好覆盖。从通信技术的演进来说，如今4G已经商用，5G开始研发，通信技术更新换代加快，需要基站能够实现平滑演进，更好的保护运营商投资。为此，分布式基站作为3G的产物应运而生，同时也成为未来基站的主流。分布式基站的中心理念是把传统宏基站中的基带和射频分离，二者通过光纤相连，形成基带处理单元（BBU）和射频拉远单元（RRU）。RRU主要包括光纤模块、数字中频模块、ADC及DAC模块、射频收发模块。本文主要设计和研究RRU中的数字信号处理板，按照RRU的一般功能和组成结构，根据项目实际需求设计 RRU数字信号处理板的整体方案，并最终实现RRU功能。本文的重点内容之一是RRU数字信号处理板中的ADC和DAC子系统。本文设计的ADC和DAC子系统，在和FPGA进行数据传输时采用新型的JESD204B接口。JESD204B是为了适应ADC、DAC越来越高的采样速率和分辨率对传输带宽的需求而制定的专门用于转换器和逻辑器件之间的接口，未来 RRU所使用的ADC、DAC中将会广泛采用。本文详细研究了此接口的协议规范，分析了其关键点，并在设计的RRU数字信号处理板上实现。本文的重点内容之二是RRU数字信号处理板和BBU之间的光纤接口。本设计中RRU数字信号处理板和BBU之间采用Aurora协议进行数据的传输。本文首先分析和研究Aurora协议，然后根据项目需要实现了基于Aurora协议的光纤接口,最后结合ADC、DAC子系统完成了整个RRU数字信号处理板的功能测试。收起

关键词 : 射频拉远单元无线移动通信数字信号处理板功能测试

8. 基于循环平稳特征的频谱感知技术研究

[学位论文] 韩德民电子科技大学 2012年硕士导师: 刘皓共100页

摘要 : 近年来，无线通信技术得到了前所未有的快速发展，无线用户的数量也呈现指数式的增长，无线频谱资源俨然已经成为一种严重紧缺的资源，这成为制约无线通信发展的重要瓶颈。但是，像TV等频段资源却得不到合理利用，造成严重的资源浪费现象。为了有效解... 展开近年来，无线通信技术得到了前所未有的快速发展，无线用户的数量也呈现指数式的增长，无线频谱资源俨然已经成为一种严重紧缺的资源，这成为制约无线通信发展的重要瓶颈。但是，像TV等频段资源却得不到合理利用，造成严重的资源浪费现象。为了有效解决这一问题，人们提出了认知无线电的技术，该技术通过认识频谱的空间环境，检测出未被利用或利用率不高的频谱空穴，进而使认知用户使用此段频谱进行通信。因此，频谱感知技术是认知无线电的关键技术之一，是认知无线电发展的首要前提。循环平稳特征检测作为认知无线电常用的频谱感知技术之一，其不仅能够在噪声情况下检测出授权用户，而且能够在其他干扰信号存在下检测出授权用户，这使得认知无线电频谱感知的结果更加精确、可靠，更为充分地利用闲置频带，提高频谱利用率。因此，基于循环平稳特征的频谱感知技术是本文研究的重点。本文首先研究了通信信号的二阶循环平稳特性的基本概念，对谱相关函数常用的估计方法——频率平滑法(FSM)、FFT累加法(FAM)和分段谱相关函数法(SSCA)进行了深入的学习，并对该三种估计方法进行了实验仿真和复杂度分析。在基于循环平稳特征的频谱感知研究中，本文分别从时域的循环自相关函数和频域的循环谱密度函数进行了讨论，对他们进行了理论分析和实验仿真，并将仿真结果与其他检测方法进行了比较。根据通信信号的循环平稳特性和能量检测的优越性，本文提出了基于周期特征的能量检测算法，该算法相对传统能量检测算法在性能上有很大的提高。为了探讨循环平稳特性在应用中的实现性能，本文对频率平滑法的谱相关估计方法进行了DSP硬件仿真，并通过灵敏度测试分析了循环特征检测算法在硬件实现中的性能。本文最后研究了通信信号的高阶循环平稳特性，分析了循环矩和循环累计的估计方法，利用渐进最优理论构造了基于四阶循环累积量的频谱感知模型，并进行了相关分析和性能仿真。收起

关键词 : 认知无线电循环平稳频谱感知高阶循环累积量谱密度函数

9. OFDM通信系统基带发射机设计

[学位论文] 李一鹤电子科技大学 2011年硕士导师: 刘皓共100页

摘要 : 在无线通信技术飞速发展的今天，正交频分复用(OFDM)作为一种新型的物理层传输技术，以其传输速率快、频谱利用率高等优点在宽带无线接入领域得到广泛关注和应用。而随着无线通信技术的发展，无线用户不断增长，无线频谱资源成为非常稀缺的资源。为充... 展开在无线通信技术飞速发展的今天，正交频分复用(OFDM)作为一种新型的物理层传输技术，以其传输速率快、频谱利用率高等优点在宽带无线接入领域得到广泛关注和应用。而随着无线通信技术的发展，无线用户不断增长，无线频谱资源成为非常稀缺的资源。为充分利用频谱资源，认知无线电(CR)技术被提出，通过实时感知授权用户的存在与否以决定是否可以使用授权频段进行无线通信。国家863项目动态频谱资源共享宽带无线通信系统验证网络开发，在694-806MHz频段进行动态频谱资源共享的功能演示，从而验证频谱感知无线电技术的可行性。项目中网络节点是基于软件无线电平台的，无线传输链路的物理层功能在软件化基带处理器上，采用OFDM技术实现。其中基带发射机设计与现场可编程门阵列(FPGA)实现是本文研究的主要内容。本文按照项目对物理层功能的要求，设计了OFDM通信系统基带发射机方案，包括系统定时、数据发送链路和基带控制射频接口三个部分。其中系统定时为整个基带系统提供时间同步基准。数据发送链路完成OFDM信号调制，数模转换。基带控制射频接口实现基带对射频状态改变的控制。在自行开发的软件无线电硬件平台上完成OFDM通信系统基带发射机设计方案FPGA实现。对发射机设计方案中系统定时、数据发送链路和基带控制射频接口三个部分，分别划分为详细的功能模块来实现对系统准确的定时，正确的处理发送数据和控制射频动作。对每个模块进行了时序仿真和在线测试，经验证全部符合发射机方案设计。同时，在软件化动态频谱共享处理机上，对基带性能进行测试，保证基带可以准确的传输上层下发的控制命令，正确且稳定的处理数据。分析了认知OFDM系统中认知用户对授权用户的带外干扰产生原因，并采用时域加窗的方法，实现对系统实际信号的带外干扰抑制。使抑制后系统信号的带外泄露功率，在授权信号-电视信号的接收机，即电视机的接收灵敏度以下，不会对电视信号的正常传输造成影响。收起

关键词 : 软件无线电正交频分复用基带发射机模块设计

10. 半空域覆盖波束成形阵列优化分析与设计

[学位论文] 徐诗雪电子科技大学 2019年硕士导师: 刘皓共99页

摘要 : 天线是一种接收和发射电磁波的装置，它在现代无线电通信系统中起着极其重要的作用。天线的种类有多种，常见的有偶极子天线、环形天线、喇叭天线、螺旋天线、微带天线等。在大部分应用场景中，单天线模式就能很好地完成通信任务，但随着通信技术指标... 展开天线是一种接收和发射电磁波的装置，它在现代无线电通信系统中起着极其重要的作用。天线的种类有多种，常见的有偶极子天线、环形天线、喇叭天线、螺旋天线、微带天线等。在大部分应用场景中，单天线模式就能很好地完成通信任务，但随着通信技术指标要求的不断提高，人们往往需要天线在一些特定的场合下具有高增益、强方向性、窄波束以及低旁瓣等辐射特性，而此时单天线的工作模式难以达到既定需求，于是阵列天线的概念便应运而生。阵列天线由多个天线单元按照一定的空间排列方式组合在一起，天线单元均是独立的辐射源。阵列天线根据其分布形式可分成多种，如直线阵、平面阵、共形阵。通过调整阵列天线的空间分布形式、阵列单元总数目、各单元的电流激励幅度及激励相位来确定阵列天线的辐射特性称之为阵列天线的分析问题；反之，则称之为阵列天线的综合问题。作为众多相控阵天线形式的其中一种，本文研究的半空域覆盖波束成形阵列天线涵盖了现代雷达、卫星通信以及导航等热点问题，尤其在军事通信地空平台中有着广泛的应用，同时半空域覆盖波束成形阵列天线被普遍应用到如无人机、自动驾驶汽车、高铁等快速运行的载体上。半空域覆盖波束成形阵列要求其辐射特性满足在水平面（即θ=90°）的最大增益至少能够达到15dBi以上，在过顶面（即θ=90°）的最大增益至少能够达到4dBi以上的指标需求，同时需要满足半功率波瓣宽度小于15°，对最大旁瓣电平的抑制能够达到15dB以上的条件，并且实现水平角0°到360°以及俯仰角-90°到90°的波束成形覆盖。为了满足设计指标需求，本文将从阵列天线的综合优化方法以及半空域覆盖波束成形阵列设计两个方面入手进行深入分析研究。达到阵列既定辐射特性的关键技术在于解决阵列天线综合中的单元电流激励幅度分布优化问题。传统的阵列天线综合方法，如道尔夫-切比雪夫、泰勒综合法等虽然在直线阵上能得到较好的优化结果，但是对于阵列规模更大、分布更加复杂圆环阵或者共形阵而言，传统的阵列天线综合方法在此类优化问题上会有很大的局限性，往往无法得到准确的结果。粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization,PSO）作为一种基于生物群体智能的新型随机搜索算法在面对高维、非线性、多峰值的优化问题时能够得到较为精确的结果，因此被广泛应用到了阵列天线的综合优化中。但是粒子群算法自身具有容易出现早熟、收敛不稳定以及易陷入局部最优值等问题，为了解决这些缺点，本文在标准粒子群算法的基础上针对算法自身的迭代过程和粒子的更新方式提出了一种改进型的粒子群算法，并经过函数测试，证明了其相比标准粒子群算法拥有了更好的收敛特性。与此同时，为了实现阵列在半空域空间范围内的波束覆盖，本文首先设计了一种满足单元指标要求的宽带圆极化定向微带天线，并在此基础上构建了基于分层分区工作原理的多平面空间立体结构阵列，再由改进型粒子群算法优化的馈电激励后，通过HFSS分析软件进行实物仿真证明了该设计符合项目指标的要求。收起

关键词 : 阵列天线波束成形半空域覆盖粒子群算法