振动通信中混叠信号的分离方法研究.docx

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1、振动通信中混叠信号的分离方法研究近距离无线通信技术(NearFieldCommunication,NFC)是一种新兴的技术,它允许电子设备之间通过非接触式点对点方式进行数据传输。NFC技术具有低功耗,低成本,高速率,小型化等特点,因此被广泛应用于电子通信,工农业等诸多领域。目前已实现的基于NFC技术的应用包括身份验证,电子支付和数据交换等。这些应用方便了人们的日常生活,成为移动通信领域的新型业务。然而,现有的近距离无线通信技术存在巨大的安全隐患。研究者们发现,即便NFC技术的通信距离非常近,窃听者仍可以在近距离内成功解码NFC传输,导致用户隐私的泄露。针对这一问题,研究者们提出一种新

2、型的近距离无线通信技术——振动通信技术。顾名思义,振动通信技术指两个设备在相互接触的条件下以物体振动特征作为媒介进行数据传输。由于振动通信技术以收发设备间的物理接触作为通信条件,因此相比于传统的NFC技术,振动通信技术具有更高的安全性。然而,现有的振动通信技术均存在比特率过低的问题,在数据速率高速发展的今天显然不再适用。为解决这一问题,本文提出是否可以并行传输多路振动信号,使得振动传输效率成倍提高?而实现这一想法的难点在于如何分离并分别解码出混叠的多路振动信号。本文研究设计了一种适用于移动设备的混叠振动信号分离方法ViSep(VibrationSeparationSystem)。Vi

3、Sep的发送端使用目前在手机中广泛使用的振动电机作为发射机,其接收端使用加速度计作为接收机。ViSep主要包括三个模块:噪声滤除模块、衰减补偿模块以及分离算法模块。其中,分离算法模块为ViSep的核心模块。在噪声滤除模块,ViSep分别对环境中的噪声干扰和系统本身振动电机的硬件缺陷造成的干扰进行滤除。其中,环境噪声的干扰我们采用Butterworth滤波技术进行滤除,而硬件缺陷带来的干扰我们采用抗噪声序列进行滤除。在衰减补偿模块,ViSep针对振动信号在传输路径中的衰减问题进行补偿,以避免将错误的接收信号输入到分离算法模块,导致分离出错误的源信号。在分离算法模块,由于两个同时传输的振

4、动信号会发生非线性耦合而造成频率混叠,因此分离算法首先需要分解检测到的混叠信号以构造新的信号,以解决接收信号数小于发射信号数的问题,以便从接收的一个混叠信号中分离恢复出原始的两路信号。在构建完成新的信号之后,ViSep通过对新信号的自相关函数进行特征值分解找到其解耦信号和矩阵,完成解耦。最后,ViSep进行高阶累积量的联合对角化完成源信号的估计。我们在不同的场景中对ViSep的性能进行了实验验证,实验结果表明ViSep能够最小化非线性干扰的影响,并且在不同影响因子的影响下,ViSep均能够表现出98.6%的平均精度。实验结果验证了ViSep的有效性和准确性,且证明ViSep可以以较低

5、的比特错误率实现对源信号的准确估计。