无线通信系统调制扩频技术的仿真研究

论文摘要

超宽带（UWB,Ultra Wide Band）无线通信技术因其具有隐蔽性强、处理增益高、优良的多径分辨能力、数据传输速率高、空间容量大、穿透能力强等特点,已成为了一项倍受瞩目的高速短距离无线通信技术,在雷达系统、精确定位和跟踪系统、无线以太网接口、智能无线网络、室外端到端网络和传感器、定位与识别网络等军事及民用领域有着广阔的应用前景。跳时技术是超宽带无线电实现多址通信的一项关键技术,在该系统中起着至关重要的作用。为保证超宽带无线电的可靠通信并减小系统中用户之间的多址干扰,系统要求跳时序列具有优良的跳时相关性能。本文在介绍几种UWB系统中常用的跳时序列及其相关性的基础上,结合零相关区基本原理,分析了近来成为研究热点的具有零/低碰撞区特性的跳时序列及其相关性,归纳了此类跳时序列的构造思想。在符合IEEE 802.15.3a工作组推荐的超宽带多径信道模型平台上,采用性能各异的跳时序列进行多用户多址接入,以最大比合并（MRC）方式RAKE接收机分集处理多径信号,分析了跳时序列性能对UWB系统误码率的影响,论证了研究相关特性优良的跳时序列对提升UWB系统多址通信质量的重要作用。调制识别同样作为在军事及民用领域被广泛应用的技术之一,成为了近年来发展迅速的一门无线通信技术。调制识别的目的在于,在缺乏先验知识的条件下,由给定信号的特征判定其调制方式,为接收端进一步解调提供依据。本文在透彻理解并仿真实现了TD-SCDMA系统物理层调制、扩频等过程的基础上,深入研究了采用模糊理论中均值聚类算法识别TD-SCDMA系统调制方式的方法,分析了TD-SCDMA信号分析软件待识别信号的特征,灵活运用各种聚类算法,取得了良好的识别效果。本文较完整地介绍了TD-SCDMA系统物理层的基本概念和调制、扩频流程,给出了该过程在TD-SCDMA系统信号发生软件中的设计方案。在介绍了TD-SCDMA信号分析软件数据解调的流程设计后,仿真分析了TD-SCDMA系统在AWGN信道条件下的误码率。针对TD-SCDMA系统采用的QPSK、8PSK和160AM三种调制方式,在分析软件完成信号预处理过程后,使用幅值聚类、减法聚类和模糊C均值聚类算法对数据符号进行划分,最后根据聚类有效性判定信号调制方式。仿真结果表明论文中采用的调制识别算法满足了TD-SCDMA信号分析软件的调制识别需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 超宽带无线通信技术简介
• 1.1.1 超宽带无线通信的概念和特点
• 1.1.2 超宽带无线通信的应用
• 1.1.3 超宽带无线通信的发展现状
• 1.1.4 超宽带系统中的跳时技术
• 1.2 TD-SCDMA系统调制识别技术简介
• 1.2.1 调制识别技术的研究背景
• 1.2.2 调制识别技术的分类及发展现状
• 1.2.3 模糊理论在调制识别技术中的应用
• 1.3 本文研究工作思路及论文内容组织
• 第2章 UWB系统中的调制扩频技术
• 2.1 UWB系统的调制技术
• 2.1.1 TH-PPM调制
• 2.1.2 TH-PAM调制
• 2.1.3 DS-UWB调制
• 2.2 几种用作UWB系统扩频的跳时序列
• 2.2.1 跳时序列的相关函数
• 2.2.2 同余跳时序列
• 2.2.3 具有零/低碰撞区特性的跳时序列及其性能分析
• 2.3 多径信道下的多用户UWB系统模型
• 2.3.1 TH-UWB系统多用户发射机
• 2.3.2 超宽带系统多径信道仿真
• 2.3.3 超宽带系统RAKE接收机
• 2.4 跳时序列对UWB系统性能的影响
• 2.4.1 多用户IR-UWB系统的SGA假设
• 2.4.2 多径信道下多用户TH-UWB系统误码率推导
• 2.4.3 跳时序列对TH-UWB系统性能影响的仿真结果与分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 TD-SCDMA系统物理层调制、扩频技术
• 3.1 系统物理层基本概念
• 3.1.1 帧结构和导频时隙结构
• 3.1.2 物理层信令
• 3.1.3 训练序列
• 3.1.4 传输信道和物理信道的分类及映射关系
• 3.2 调制、扩频及加扰技术
• 3.2.1 比特调制
• 3.2.2 数据扩频
• 3.2.3 加扰
• 3.3 TD-SCDMA信号发生软件物理层设计
• 3.3.1 传输信道及物理信道的类定义及实现
• 3.3.2 上下行导频信道的实现
• 3.3.3 调制、扩频、加扰的实现及成帧
• 3.4 TD-SCDMA信号分析软件中的数据解调
• 3.4.1 信号分析软件中的数据解调过程
• 3.4.2 TD-SCDMA系统信号生成及分析仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 TD-SCDMA系统的调制识别
• 4.1 FCM实现星座图聚类
• 4.1.1 模糊集合基础
• 4.1.2 C均值聚类
• 4.1.3 模糊C均值聚类
• 4.1.4 聚类有效性指标
• 4.2 TD-SCDMA信号分析软件中的调制识别
• 4.2.1 幅值聚类
• 4.2.2 FCM聚类
• 4.2.3 有效性判定调制方式
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目