直扩系统抗多径性能分析及补偿方法研究

论文摘要

目前军用和民用通信中广泛采用扩频系统通信体制,其中直接序列扩频技术,在许多全球性通信系统中均得到深入的应用。扩频体制被广泛采用的主要原因之一是其对干扰的抑制能力,尤其是对于移动通信中较棘手的多径干扰。本课题研究的通用图像指令无线传输系统中也采用这种体制对抗多径干扰,但通过在实际信道的传输实验发现,进行远距离通信时指令链路依然存在灵敏度下降、误码率增大等问题。因此,本课题将以此为出发点,系统地研究直扩系统抵抗多径的具体性能和影响因素,分析指令链路中出现上述问题的原因,并有针对性地提出适合于系统实际情况的提高指令链路抵抗多径干扰的性能的补偿方法。首先,本文在分析了多径信道的基本特性基础上,研究了地-空通信和海面通信信道的具体特点,将信道建模为不同通信距离下具有不同衰落因子K的非时间选择性平坦Rician信道,搭建了两径信道模型,提出了一种FPGA可实现的仿真思想并基于MATLAB/Simulink搭建了DSSS-DQPSK系统仿真实验平台。其次,本文系统地分析了直扩系统在多径信道下的性能和影响因素。对于理想同步情况,从理论上分析了典型Rician信道下系统抑制码片内、外多径干扰的能力,及码速率和码型的影响;之后进一步研究了衰落因子K对于系统性能的影响,并给出仿真结果。研究表明,存在码片内多径或衰落因子K较小时,系统抑制多径的性能将大大下降。对于非理想同步情况,研究了多径对于捕获、跟踪环路的影响,分析了门限选取对于系统平均捕获时间的重要性,以及跟踪环路的相关宽度对于跟踪鉴相曲线误差的影响。最后,本文基于上述仿真平台,从系统参数、捕获环路算法、跟踪环路算法三个方面提出了补偿方法。采用提高对码片采样速率的方法以及自适应双门限多驻留、双向滑动捕获算法将明显降低系统失锁发生的概率;采用提高码速率方法和窄相关技术,将使系统的误码性能得到改善。并对其他可能带来好处的补偿方法进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 直扩系统抵抗多径性能的研究现状及分析
• 1.2.2 多径衰落补偿方法的研究现状及分析
• 1.3 本文主要研究内容及结构
• 第2章 多径信道的特性和建模
• 2.1 多径信道基本特性
• 2.1.1 多径信道的建模
• 2.1.2 多径信道的参数
• 2.1.3 多径信道的分类
• 2.2 实际信道的特性
• 2.3 多径信道的仿真建模
• 2.4 本章小结
• 第3章 直扩系统抵抗多径能力分析
• 3.1 理想直扩系统抗多径干扰的基本理论
• 3.2 理想直扩系统抗多径能力的影响因素
• 3.2.1 不同信道特性下直扩系统抵抗多径性能分析
• 3.2.2 扩频码部分自相关性对直扩系统抗多径性能的影响
• 3.2.3 扩频码速率对直扩系统抗多径性能的影响
• 3.2.4 扩频码型对直扩系统抗多径性能的影响
• 3.3 多径信道对直扩系统捕获环路的影响
• 3.4 多径信道对直扩系统跟踪环路的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 FPGA可实现的仿真系统
• 4.1 仿真系统发射机模型
• 4.1.1 数据源与串并模块
• 4.1.2 双路差分编码模块
• 4.1.3 扩频码产生模块与载波产生模块
• 4.2 仿真系统信道模型
• 4.3 仿真系统接收机模型
• 4.3.1 载波清除模块
• 4.3.2 本地PN码产生与调整模块
• 4.3.3 扩频码同步模块
• 4.3.4 差分解调模块
• 4.3.5 并串转换模块与误码计算模块
• 4.4 仿真系统参数的设置
• 4.5 本章小结
• 第5章 多径信道下接收机补偿算法与系统仿真
• 5.1 直扩仿真系统的参数及性能仿真
• 5.1.1 直扩仿真系统与多径信道的参数
• 5.1.2 多径信道下系统性能仿真
• 5.2 系统参数的优化
• 5.2.1 提高传输码速率
• 5.2.2 提高对码片的采样速率
• 5.3 捕获环路算法的优化
• 5.3.1 捕获检测验证算法的优化
• 5.3.2 捕获搜索算法的优化
• 5.4 跟踪环路算法的优化
• 5.4.1 窄相关技术
• 5.4.2 ELS技术
• 5.4.3 MEDLL技术
• 5.5 其他对多径的补偿
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢