基于球填充的高维调制技术研究

发布时间：2017-09-09 04:23

  本文关键词：基于球填充的高维调制技术研究

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【摘要】：随着近年来通信技术的迅猛发展,城市信息化水平不断提高,在线游戏(云游戏)、高清视频、云存储等许多大容量数据业务日趋增多;同时,放眼世界互联网技术的发展现状,互联网用户数量连年急剧增长,这些都对于互联网传输性能提出了更高的要求。所以,如何在保证系统传输容量的同时提高系统传输的可靠性成为了需要解决的重要问题。为了解决这一问题,人们开始将研究目标转移到发送端调制格式的设计方面。研究表明,采用高阶调制格式能够提高系统的传输容量,但会降低系统的渐进功率效率,从而减小传输距离。为了保证发射信号传输容量提高的同时依然具有较远的传输距离,高维调制格式应运而生。它的基本思想是利用信号的x、y偏振态、信号的I(In phase)、Q(Quadrature)分量、不同的时隙、载波、以及模式等作为承载信号的自由度。高维调制技术是由多个自由度共同承载信号的,它能够在不减小调制格式谱效率的情况下传输更远的距离,因而比以往的调制格式更具优势。但高维调制技术是一种新兴的调制技术,依然有很多问题亟待解决,这其中包括:高维空间星座点的选择问题,高维符号的映射问题以及高维解调问题。良好的空间星座图分布能够增大星座点间的最小欧氏距离,从而增大调制格式的渐进功率效率;所以,星座点的选择问题是高维调制首先需要解决的重要问题。高维映射理论的研究目前尚处于起步阶段,有效的高维映射方法依然较少,性能更好的高维映射方法还在探索之中。因而高维调制技术要想得到大发展,高维映射技术也是需要解决的重要问题之一。另一方面,时下传统的解调技术虽然已经发展成熟,但适合高维调制的解调技术仍然有待开发,尤其是高维调制不同于以往调制技术的复杂解调方法,都给高维解调增加了难题。本文对高维调制的上述三面问题进行了研究,具体内容安排如下:首先,对高维调制技术的研究目的进行了论述,介绍了近年来高维调制技术的研究成果和高维调制技术的主流研究方向,对国内外近年来高维调制技术的发展脉络进行了梳理。然后,对高维调制的基本概念和公式做了详细说明,尤其是对衡量调制格式传输容量和传输距离的谱效率和渐进功率效率做了详细介绍,深入分析了二者对高维调制性能的影响。对常见的高维调制格式进行了介绍,包括偏振选择正交相移键控(Polarization-Switched Quadrature Phase Shift Keying,PS-QPSK)、分组正交幅度调制(Set-Partitioned Quadrature Amplitude Modulation,SP-QAM)和偏振态正交幅度调制(Polarization-Quadrature Amplitude Modulation,POL-QAM)等。介绍了高维调制格式实现方法的种类,重点介绍了基于球填充理论的高维调制信号的实现方法,分别从球填充理论的产生、球填充晶格点的选取原则、以及常用晶格矩阵等方面进行了较为全面的叙述。给出了高维调制系统的基本模型和实现高维调制的流程,并对高维调制的关键技术做了一定的说明。其次,针对高维调制格式中空间星座点的选择问题,提出了基于阈值的星座点选择算法。从星座点选择的重要性开始介绍,详细说明了球填充高维调制技术进行星座点选择的必要性。同时,给出了基于阈值的星座点选择理论实现原理和步骤;将经过星座点选择的高维空间晶格点作为高维调制星座点,产生了高维信号,经过我们所搭建的系统平台进行仿真分析,并将本论文提出的基于阈值的星座点选择算法和常用的两种高维星座点选择理论做了性能上的仿真对比,得到我们所提出的基于阈值的星座点选择算法在传输性能上所具有的优势。再次,对高维映射的基本理论做了详细的说明,介绍了几种传统的调制格式映射方法,分析了采用新型映射方法解决高维映射的必要性。根据高维映射特点,发现了将二次分配问题(Quadratic Assignment Problem,QAP)中的蚁群算法应用到高维映射能够很好的满足高维映射时代价函数中路径最短的需求,实现高维映射性能的提升。介绍了蚁群算法的基本原理,以及实现的算法流程,仿真了利用Gray映射的高维调制和利用蚁群算法映射的高维调制的误码率曲线。最后,将最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)准则应用于高维解调。分析了传统的解调方法应用于高维调制的不足,将符合高维解调的实际的MMSE算法应用于高维解调,给出了MMSE算法应用于高维解调的算法流程。接着,将高维调制信号在系统中传输,在接收端得到解调之后的高维信号,计算经过MMSE解调之后输出的高维调制信号误码率曲线,以及得到高维调制信号的眼图。
【关键词】：高维调制 球填充 星座点选择 高维映射 高维解调
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究目的及意义12-14
• 1.2 国内外研究现状及研究成果14-16
• 1.3 论文主要内容及结构16-18
• 第2章 高维调制技术的基本理论18-34
• 2.1 高维调制技术基本概念18-25
• 2.1.1 比特到符号的映射18-19
• 2.1.2 谱效率和渐进功率效率19-20
• 2.1.3 典型的高维调制格式20-25
• 2.2 高维调制信号产生方法25-30
• 2.2.1 二进制分组编码技术25-26
• 2.2.2 球填充高维调制技术26-30
• 2.3 高维调制系统模型30-31
• 2.4 高维调制的关键技术31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 高维调制星座点选择技术研究34-42
• 3.1 高维调制星座点选择的意义34
• 3.2 常用的高维星座点选择方法34-35
• 3.3 基于阈值的星座点选择算法35-41
• 3.3.1 基于阈值的星座点选择算法原理35-37
• 3.3.2 基于阈值的星座点选择算法流程37-38
• 3.3.3 基于阈值的星座点选择算法仿真结果38-41
• 3.4 本章小节41-42
• 第4章 高维调制映射技术研究42-52
• 4.1 高维调制映射的意义42
• 4.2 传统的映射方法42-43
• 4.3 基于蚁群算法的高维映射43-51
• 4.3.1 高维映射特点43-45
• 4.3.2 蚁群算法的原理45-47
• 4.3.3 蚁群算法实现高维映射基本模型47-48
• 4.3.4 蚁群算法高维映射仿真结果48-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 高维调制信号的解调技术研究52-58
• 5.1 高维调制信号解调的意义52
• 5.2 MMSE准则的算法原理52-54
• 5.3 MMSE解调仿真效果54-56
• 5.4 本章小结56-58
• 第6章 总结和展望58-62
• 6.1 总结58-59
• 6.2 展望59-62
• 参考文献62-69
• 作者简介及在攻读硕士期间取得的科研成果69-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：818270