短波信道传播特性和测量方法研究

论文摘要

对于依靠电离层反射的短波信道而言,电离层的分层结构、电离层多模式传播和多跳传播、电离层不均匀性和不规则运动,以及电离层的吸收、反射损耗共同决定了短波信道的传播特性,使得短波信道的多径时延、衰落、多普勒频移和多普勒扩展在产生机理和表现方式上区别于蜂窝信道。目前对短波信道的研究还不完备,为提高短波通信质量,需对短波信道进行深入研究。信道测量是研究信道传播特性的有效途径。通过信道测量得到在各种传播环境下的实测数据,对大量数据统计分析,可以找出反映传播特性的统计参数。本文首先研究短波信道时延扩展和多普勒扩展参数的测量。通过分析和仿真,对比基于扩频滑动相关技术和基于OFDM频域信道估计技术的信道测量方法,以及不同噪声门限对参数测量的影响。仿真结果证明,扩频滑动相关技术利用了PN序列良好的自相关性,从而获得较准确的测量结果。而基于OFDM频域信道估计的信道测量对符号间干扰和载波间干扰敏感。由于两种方法受信道噪声的影响严重,必须采用相应的噪声抑制措施,因此,本文进一步分析和比较了不同噪声门限对参数测量的影响。分析和仿真结果证明,以时延功率谱的平均功率为参考门限抑制噪声的处理方法性能较优。本文研究了短波MIMO信道的相关性测量。依靠天波传输的短波信道在天线间间距有限、角度扩展不够、散射不充分时的信道衰落相关性,是能否将MIMO技术应用于短波通信的关键。本文在单天线参数测量的基础上,研究利用PN序列优选对做扩频滑动相关和基于MIMO-OFDM频域信道估计进行信道相关性测量的方法。分析和仿真结果证明,在最大多径时延小于循环前缀的前提下,信道估计测量能获得和扩频滑动相关测量准确度相当的信道相关性矩阵。本文最后提出了一种短波信道测量的实现方案。采用扩频滑动相关技术对短波信道典型参数进行测量,研究时延扩展、多普勒扩展等时频色散参数;在2×2天线阵的配置下利用频域信道估计测量短波MIMO信道的相关性。分别给出了测量方案的算法选型,详细分析了测量指标、系统组成、模块功能、实现方法、数据处理流程,以及基于试验样机的资源评估和可实现性分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 短波通信的特点
• 1.1.2 短波信道传播特性和测量方法研究的发展历程
• 1.2 本文主要工作
• 1.3 论文结构及内容安排
• 第二章 短波信道的电离层传播特性研究
• 2.1 电离层基本分层特性
• 2.2 电离层多模式传播
• 2.2.1 多层模式
• 2.2.2 O 模式和X 模式
• 2.3 短波信道传播特性
• 2.3.1 短波信道的多径时延
• 2.3.2 电离层衰落
• 2.3.3 短波信道的多普勒效应
• 2.4 小结
• 第三章 短波信道传播特性测量方法研究
• 3.1 短波信道传播特性测量方法研究
• 3.1.1 基于扩频滑动相关的信道测量方法
• 3.1.2 基于OFDM 频域信道估计的信道测量方法
• 3.1.3 短波信道中典型参数的测量
• 3.2 仿真结果和分析
• 3.2.1 时间色散参数测量的仿真结果和分析
• 3.2.2 频率色散参数测量的仿真结果和分析
• 3.3 小结
• 第四章 短波MIMO 信道相关性测量方法研究
• 4.1 MIMO 系统相关信道模型
• 4.1.1 MIMO 系统模型
• 4.1.2 MIMO 系统相关矩阵模型
• 4.2 MIMO 信道相关性测量方法研究
• 4.2.1 基于扩频滑动相关技术的MIMO 信道相关性测量
• 4.2.2 基于OFDM 频域信道估计的MIMO 信道相关性测量
• 4.3 仿真结果和分析
• 4.3.1 基于扩频滑动相关的MIMO 信道相关性测量仿真
• 4.3.2 基于OFDM 频域信道估计的MIMO 信道相关性测量仿真
• 4.4 小结
• 第五章 短波信道测量方案
• 5.1 试验样机硬件结构
• 5.2 短波信道典型参数测量方案
• 5.2.1 发端方案
• 5.2.2 收端方案
• 5.2.3 参数测量方案可实现性分析
• 5.3 短波MIMO 信道相关性测量方案
• 5.3.1 发端方案
• 5.3.2 收端方案
• 5.3.3 相关性测量方案可实现性分析
• 5.4 小结
• 第六章 全文总结及未来研究方向
• 6.1 结论及本文主要贡献
• 6.2 未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果