论文摘要
高速数据速率的短波宽带跳频技术是当今短波通信技术发展的趋势,如短波差分跳频技术和多载波短波跳频技术。短波差分跳频技术是一种先进的跳频技术,无需采用伪随机码来控制跳频频率的产生,而通过发送信息与G函数共同确定产生跳频频率序列。由于相邻跳之间的频率具有一定的相关性,因此,其系统具有一定的误跳纠正能力。本文所研究的短波差分跳频技术以高达5000跳／秒的跳速,在短波通信,尤其是短波军事通信中具有广阔的应用前景。为此,在国家自然科学基金项目“基于软件无线电的高速抗干扰短波跳频通信的研究”(No.60372056)的资助下,开展短波差分跳频技术的研究,研究了短波差分跳频系统的两种主要译码方式为逐符号译码与序列译码。同时,在国家自然科学基金项目“基于软件无线电短波跳频通信系统中OFDM技术的研究”(批准号：60672043)、“相干接收多载波短波差分跳频抗干扰通信技术的研究”(批准号：61072041)资助下,开展短波多载波跳频技术的研究,特别是正交频分复用(OFDM)技术,具有频率利用率高、通信速率高、抗符号间干扰(ISI)的优点,它已成为提高短波数据传输速率的关键技术,同时考虑到短波OFDM系统的频带较宽,很容易受到传统短波电台的干扰,以及在军事通信应用中的各种人为干扰,研究了短波跳频OFDM系统的接收解调方法与系统性能,以及抵抗各种人为干扰的能力。首先,概述了短波信道特性与短波通信技术的发展,特别是短波差分跳频通信系统的组成与关键技术,重点介绍了几种G函数的构造,与误跳纠错原理,并介绍了差分跳频信号的检测方法。根据差分跳频的特点,将差分跳频的频率转移过程看作是一个马尔可夫过程,频率集构成马尔可夫链,任意两个状态之间的转移概率仅由信源决定而与当前时刻无关,对于离散无记忆信源而言,差分跳频过程可看作为齐次Markov链,介绍了三类G函数的结构,如简单线性G函数构造、基于卷积编码技术的G函数构造和基于Turbo编码技术的G函数构造,并针对差分跳频信号的特点,以及短波信道的多径时延与多普勒频移的影响,开展差分跳频信号的检测研究,如快速傅立叶变换、短时傅立叶变换、多重信号分类算法和旋转不变技术估计信号参数算法等,寻找适合短波差分跳频通信系统的频率检测方法,为接下来的短波差分跳频系统解调方法的研究打下基础。其次,考虑无编码短波差分跳频系统,开展短波差分跳频系统的解调译码方法的研究,最基本的两种译码方式为逐符号译码与序列译码,并在此基础上,开展基于短时傅立叶变换的短波差分跳频信号的迭代译码解调研究。逐符号译码仅考虑相邻两跳的频率转移关系,而序列译码则根据所有各跳的接收信号,在G函数网格图中搜索最有可能的频率转移路径,由于序列译码更充分地利用了发送频率之间的相关性,因此,其性能较逐符号译码为优。迭代算法可极大地提高系统性能,将逐符号MAP译码算法引入差分跳频信号检测中,结合Tubro编码结构的G函数,应用STFT算法进行频率检测,采用STFT与MAP译码算法相结合的方法开展差分跳频信号频率序列的检测,在短波信道条件下,分别开展了多径干扰、群时延、多普勒效应时的检测性能研究,其研究结果表明：基于Turbo码的G函数比卷积码G函数具有更好的性能。同时,为了进一步地提高短波通信的数据速率,将OFDM技术应用于短波跳频通信系统中,并开展短波跳频OFDM系统的接收解调译码方法的研究,如基于迭代译码解调算法的研究,以及基于子载波快跳系统的比特交织解调译码算法的研究,通过分析梳状导频的子信道估计与插值方法,并通过数值仿真研究,提出了适合短波信道传输的DFT的信道估计与插值方法；对于OFDM存在的峰均功率比PAPR问题,通过分析,采用一种非线性曲线扩张的PAPR降低方法。当采用差分检测(非相干检测)时,则可以不需要进行信道估计,只通过比较相邻两个信号的相位和幅度便能够准确地恢复出基带信号,从而大大地降低了其系统实现的成本和复杂度,同时,发射端采用OFDM频域差分调制,接收端采用非相干序列检测NSD与迭代译码相结合的联合迭代解调译码方法,不仅可有效地提高系统的比特误码率性能,而且无需进行精确的信道估计。在极端情况下,特别是部分频带干扰或多音干扰时,结合比特交织编码调制(BICM)与预编码子载波快跳技术可显著地提高FH/OFDM系统在衰落信道条件下的比特误码率性能。最后,本文了研究短波FH/OFDM系统抗干扰的性能,并分别考虑高斯信道条件和衰落条件下,部分频带干扰、多音干扰对FH/OFDM系统性能的影响,并分析了信道估计、干扰状态信息对系统误码率性能的改善,引入了一种恒包络扩频FH/OFDM系统,并分析了其抗部分频带干扰和抗多音干扰的能力。
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标签：短波差分跳频论文; 函数论文; 多载波技术论文; 部分频带干扰论文; 比特交织编码调制论文;