高效调制的多载波传输研究

发布时间：2017-04-11 13:08

  本文关键词：高效调制的多载波传输研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：频谱资源短缺一直是无线通信业关注的焦点问题,而且无线数据通信速率随着用户对高质量信息服务的需求而逐渐提高,进一步加剧了该频谱资源危机。为了应对该问题,大量的研究工作集中于提高通信系统的频谱利用率和能量利用率。因此,作为无线通信系统的基础研究内容,高效调制技术以及其多载波实现方式提供了一种高频谱和能量利用率的有效解决方案。基于高效调制通信技术,本文主要讨论其多载波通信系统的实现和优化,包括混合多载波信号的分离以及高级解调方法,从而保证在提高系统频谱利用率的同时还具备优良的通信性能。本文首先给出并分析了高效调制信号的统一表达式,根据调制参数的不同,分别阐述了高效调制信号的不同调制表示形式。为了有效解调高效调制信号,介绍了基于冲击滤波器的解调方法。然后通过分析高效调制信号的功率谱形状特征,充分挖掘其非中心对称特性来指导发送成形滤波器的设计。基于独占加共享的非矩形频谱划分模式,搭建多载波高效调制传输系统,并根据解调方法的不同,本文重点讨论了以下几种通信系统的实现方案：1)基于数字冲击滤波器组的多载波高效调制通信系统借鉴于正弦干扰抑制思想,重新设计了单载波高效调制系统中的数字冲击滤波器,并且通过在旁路载频处设置陷波零点,使得原数字冲击滤波器同时具有冲击和陷波特性,从而有效抑制旁路信号干扰,提高多路高效调制信号的解调性能。本文进一步基于该冲击-陷波滤波器组搭建了多载波高效调制系统,实现了无保护间隔条件下的3路EBPSK调制信号的带内混合发送,并通过该滤波器组实现混合信号的有效分离和解调。2)基于窄带滤波器的多载波高效调制通信系统通过对冲击滤波器进行理想条件下的电路建模,分析给出了高效调制信号可以实现冲击解调的原因,即当输入信号的工作频率位于滤波器频率响应曲线过渡带的最大斜率位置时,输入信号的相位变化会带来输出信号幅度的剧烈变化,且该幅度变化会随着过渡带斜率的增加而越发明显,我们将其称为滤波器的“斜率鉴相”特性。然后在高效调制传输系统的接收端采用大然满足“斜率鉴相”条件的FIR窄带滤波器,利用该窄带滤波器陡峭的左右过渡带进行两路高效调制信号的冲击解调。仿真显示,该FIR窄带滤波器的左右过渡带均可以有效实现信号的幅度冲击效果,因此我们搭建了基于窄带滤波器的多载波高效调制系统,并与传统基于IIR数字冲击滤波器组的高效调制通信系统进行了性能对比,结果表明,FIR窄带滤波器可以实现两路高效调制信号的分离解调,且比IIR数字冲击滤波器的性能更加稳定可靠。3)基于随机跳时MPPSK (TH-MPPSK)的高效调制通信系统通过随机序列控制MPPSK调制信号的相位跳变位置,提出了一种新的高效调制方法,即跳时MPPSK (TH-MPPSK)调制,并据此搭建了多载波多元高效调制传输系统。而且,通过充分考虑调制信号的随机相位跳变位置的相关特性,提出了3种有效的解调方法,包括多载波联合检测(MJD)算法,逐码元检测(OBD)及其改进的逐码元检测算法(IOBD)。仿真结果表明,在低信噪比情况下,可以采用复杂度高但性能最优的多载波联合检测(MJD)算法,而在高信噪比情况下,可以采用复杂度较低的逐码元检测(OBD)及其改进的逐码元检测算法(IOBD)。而且,子载波数的增加不会带来系统性能的剧烈下降,因此,多载波TH-MPPSK调制信号可以实现非正交密集多载波传输。最后分析了高效调制通信系统在平坦瑞利衰落信道中的性能,并指出简单的信道均衡技术不能有效改善信道衰落对该系统的影响。由于多天线技术(MIMO)可以通过空间分集技术来抵抗多径衰落的影响,从而有效改善系统性能,因此我们在高效调制通信系统中引入了多天线技术来抑制多径、同信道和码间的干扰,并且进一步提高频谱利用率,提升系统容量。结合MIMO技术,信道均衡以及本文所提出的3种高效调制信号的解调算法,我们对基于多天线技术的高效调制通信系统进行了仿真分析,结果表明通过采用TH-MPPSK调制方式以及MJD解调算法可以有效抵抗信道衰落特性,在无编码以及其它抗衰落技术的条件下,依然可以实现信息的有效传输。
【关键词】：高效调制 冲击滤波器(SIF) 斜率鉴相 多载波调制 跳时MPPSK调制(TH-MPPSK) 联合检测 衰落信道 多天线(MIMO)
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 英文缩略语及英中对照表15-18
• 符号及变量定义18-19
• 第一章 绪论19-31
• 1.1 引言19-20
• 1.2 研究现状20-25
• 1.3 研究意义25-26
• 1.4 本文主要工作和组织结构26-31
• 1.4.1 研究目标26-27
• 1.4.2 研究内容27-28
• 1.4.3 组织结构28-31
• 第二章 基于高效调制的通信系统分析31-47
• 2.1 高效调制信号32-34
• 2.2 高效调制系统的接收机结构34-37
• 2.2.1 数字冲击滤波器34
• 2.2.2 系统接收机结构34-37
• 2.3 高效调制信号的特性分析37-40
• 2.3.1 功率谱分析38-40
• 2.4 发送滤波器的设计40-45
• 2.4.1 滤波器中心频率选择40-41
• 2.4.2 发送滤波器窗函数的设计41-43
• 2.4.3 发送滤波器中心偏调后的解调性能43-45
• 2.5 本章小结45-47
• 第三章 基于冲击-陷波滤波器组的多载波高效调制信号解调47-67
• 3.1 新频谱划分模式下的多载波实现47-50
• 3.1.1 子载波间参数约束关系及系统框图49-50
• 3.2 数字冲击滤波器的扩展50-62
• 3.2.1 滤波器冲击部分的参数计算51-56
• 3.2.2 陷波部分参数的计算56-62
• 3.3 设计实例及实验仿真62-64
• 3.3.1 冲击-陷波滤波器设计62
• 3.3.2 系统性能仿真62-64
• 3.4 本章总结64-67
• 第四章 基于窄带滤波器的多载波高效调制信号解调67-83
• 4.1 冲击滤波器的电路建模68-72
• 4.2 FIR窄带滤波器的“斜率鉴相”特性72-74
• 4.3 基于窄带滤波器的双载波高效调制通信系统74-79
• 4.3.1 系统参数设置75-77
• 4.3.2 系统性能仿真77-79
• 4.4 FIR窄带滤波器与IIR冲击滤波器性能对比79-81
• 4.4.1 系统误码性能对比79-80
• 4.4.2 FIR窄带滤波器的优越性80-81
• 4.5 本章总结81-83
• 第五章 跳时MPPSK信号的多载波传输系统研究83-105
• 5.1 MPPSK调制84-85
• 5.2 线谱来源及消除85-88
• 5.3 跳时MPPSK调制88-89
• 5.4 多载波TH-MPPSK调制信号的解调89-97
• 5.4.1 数字信号的最佳接收90-91
• 5.4.2 多载波TH-MPPSK信号的解调算法91-94
• 5.4.3 逐码元解调算法(OBD)94
• 5.4.4 改进的逐码元解调算法(IOBD)94-95
• 5.4.5 多载波联合解调算法(MJD)95-97
• 5.5 算法仿真分析97-103
• 5.5.1 3种解调算法的性能仿真97-101
• 5.5.2 TH-MPPSK调制参数对MJD性能的影响101-103
• 5.6 本章总结103-105
• 第六章 多载波多元高效调制在MIMO系统中的应用105-121
• 6.1 引言105-106
• 6.2 Rayleigh衰落下的多载波多元高效调制通信系统106-111
• 6.2.1 系统模型106-108
• 6.2.2 信道均衡108-109
• 6.2.3 3种算法的误码率性能仿真及分析109-111
• 6.3 基于多载波多元高效调制的MIMO通信系统111-117
• 6.3.1 单发射天线多接收天线信号模型112-113
• 6.3.2 多发射天线单接收天线信号模型113-114
• 6.3.3 多发射天线多接收天线信号模型114-117
• 6.4 系统性能仿真及分析117-119
• 6.5 本章总结119-121
• 第七章 总结与展望121-125
• 7.1 全文总结121-123
• 7.2 主要创新123
• 7.3 研究展望123-125
• 致谢125-127
• 参考文献127-137
• 作者简介(包括论文和成果清单）137

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本文编号：299157