无线通信中差分发射接收技术研究

论文摘要

差分通信技术以其实现简单受到越来越多的关注，但与相干通信相比也带来了性能损失。本文以提高差分通信系统性能为目标，对无线通信系统中的差分调制和检测技术进行了系统而深入的研究。本文详细分析了差分通信中影响性能的各种因素，并从差分调制、信号星座图和差分接收这三个方面进行研究来提高差分通信质量。 本文详细的研究了差分调制信号的多符号差分检测。我们基于完整的差分接收信号模型推导了最大似然多符号差分检测准则，并给出在各种信道条件下的检测代价函数和所需先验信道信息，从而更加准确的反应了实际通信系统中差分检测的性能。 提出了一种改进的判决反馈多符号差分检测算法，改善了当接收符号数较少时的差分检测性能。文中还对差分检测中的频偏估计问题进行了深入的研究，提出了一种单差分和双差分联合频偏估计算法，可以和差分接收机很好的结合以对接收信号进行频偏补偿。 为了提高差分调制信号在衰落信道中的性能，我们对差分分集接收进行了研究，提出了一种判决反馈的多符号差分分集接收算法。该算法利用多符号检测的好处以及多接收天线的分集增益和阵列增益提高了差分调制信号在快衰落信道中的接收性能。 本文提出了一种新的差分调制方式，我们称之为相干幅度差分相移键控(CADPSK)。CADPSK对幅度进行相干调制而对相位进行差分调制，和差分幅度相移键控(DAPSK)相比，CADPSK具有更低的检测误码率，同时降低了幅度信息的检测复杂度。在文中我们详细研究了CADPSK的检测性能，并基于理论分析结果对CADPSK星座图进行了优化。 通过本文的研究，我们在发射端和接收端提高了差分通信的质量，使之在实现复杂度和系统性能之间获得了更加令人满意的折中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 无线通信技术面临的挑战
• 1.2 相干MIMO-OFDM技术
• 1.2.1 相干MIMO-OFDM的实现
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 差分通信技术
• 1.3.1 差分通信技术优点
• 1.3.2 差分通信技术的发展
• 1.3.3 差分通信展望
• 1.4 本文内容结构
• 1.5 本文主要贡献
• 1.6 参考文献
• 第2章 传统差分调制和检测
• 2.1 引言
• 2.2 差分通信系统模型
• 2.3 DPSK
• 2.4 DAPSK
• 2.4.1 16DAPSK
• 2.4.2 64DAPSK
• 2.5 单符号差分检测
• 2.5.1 非相干差分检测MAP准则
• 2.5.1.1 M-DPSK
• 2.5.1.2 16DAPSK
• 2.5.2 简化的非相干差分检测
• 2.5.3 准相干差分检测
• 2.6 最佳星座图
• 2.7 差分检测性能仿真
• 2.8 进一步讨论
• 2.8.1 接收端性能
• 2.8.1.1 非相干检测
• 2.8.1.2 准相干检测
• 2.8.2 发射端性能
• 2.8.3 如何提高差分通信性能
• 2.9 本章小节
• 2.10 参考文献
• 第3章 多符号差分检测
• 3.1 引言
• 3.2 最大似然多符号差分检测
• 3.2.1 时变衰落信道
• 3.2.2 Ricean慢衰落信道
• 3.2.2.1 0
• 3.2.2.2 0
• 3.2.2.3 k=0,Rayl（?）igh慢衰落信道
• 3.2.2.4 k=∞,AWGN信道
• 3.2.3 MAP检测准则总结
• 3.2.4 最大似然MSDD的实现
• 3.3 判决反馈MSDD
• 3.3.1 基于滤波的DF-MSDD
• 3.3.2 基于预测的DF-MSDD
• 3.4 MSDD性能仿真和讨论
• 3.5 本章小节
• 3.6 参考文献
• 第4章 差分频偏估计
• 4.1 引言
• 4.1.1 非零频偏差分检测
• 4.1.2 频偏估计
• 4.2 差分频偏估计
• 4.2.1 理论背景
• 4.2.1.1 基于差分调制接收的频偏估计信号模型
• 4.2.1.2 差分频偏估计中的问题
• 4.2.2 单差分和双差分联合频偏估计
• 4.2.3 性能分析
• 4.2.3.1 错误解模糊概率
• 4.2.3.2 SNR门限效应分析
• 4.2.3.3 频偏估计器
• 4.3 差分频偏估计性能仿真
• e（?）l₂'>4.3.1 P_e（?）l2
• 4.3.2 前置滤波时的频偏估计性能
• 4.3.3 估计性能比较仿真
• 4.4 本章小节
• 4.5 参考文献
• 第5章 广义差分调制
• 5.1 引言
• 5.2 相干幅度差分相移键控
• 5.2.1 16CADPSK信号
• 5.2.2 64CADPSK信号
• 5.3 16CADPSK差分检测
• 5.3.1 判决反馈多符号差分检测
• 5.3.2 差分检测性能分析
• 5.3.2.1 检测误符号率
• 5.3.2.2 16CADPSK星座图优化
• 5.3.3 16CADPSK检测性能仿真
• 5.4 64CADPSK差分检测
• 5.4.1 判决反馈多符号差分检测
• 5.4.2 64CADPSK星座图优化
• 5.4.3 检测性能仿真和讨论
• 5.5 本章小节
• 5.6 本章附录
• 11'>5.6.1 16CADPSK中的P₁₁
• 00'>5.6.2 16CADPSK中的P₀₀
• 5.7 参考文献
• 第6章 多天线差分分集接收
• 6.1 引言
• 6.1.1 多天线差分分集接收信号模型
• 6.2 单符号差分分集接收
• 6.2.1 M-DPSK
• 6.2.2 M-DAPSK
• 6.3 一种新的判决反馈多符号差分分集接收算法
• 6.3.1 多符号差分分集接收
• 6.3.1.1 衰落信道空间独立
• 6.3.1.2 衰落信道空间全相关
• 6.3.2 （5,11）CADPSK分集接收准则
• 6.3.2.1 衰落信道空间独立
• 6.3.2.2 衰落信道空间全相关
• 6.4 分集接收性能仿真
• 6.4.1 仿真参数设置
• 6.4.2 不同代价函数
• 6.4.3 判决反馈特性仿真
• 6.4.4 分集增益和阵列增益
• 6.5 本章小节
• 6.6 参考文献
• 第7章 全文总结
• 7.1 本文研究内容总结
• 7.2 进一步研究的建议
• 致谢
• 攻读博士学位期间的项目经历
• 攻读博士学位期间的科研成果