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空间飞行器DS-UWB通信多用户检测与频谱共存技术研究

2020-12-15阅读(151)

空间飞行器DS-UWB通信多用户检测与频谱共存技术研究

论文摘要

随着卫星、小型无人机等空间飞行器技术的快速发展,空间飞行器的编队飞行技术越来越受到人们的重视。在这方面,DS-UWB（Direct Sequence Ultra Wideband,直接序列超宽带）通信系统拥有信息传输速率高、易于实现多址通信等一系列优点,适合于搭建编队空间飞行器的通信链路。编队空间飞行器DS-UWB通信属多址系统,与传统UWB通信有两方面不同。一方面,一般通信距离在300m10km范围内,大大超出地面室内UWB的通信距离,因此发射功率必定突破FCC（Federal Communication Committee,联邦通信委员会）对室内UWB通信的限制。另一方面, DS-UWB通信要与现行USB（Unified S-band,统一S波段）窄带测控系统信号共存,且由于UWB占用带宽较宽,会覆盖USB传输频段,两种通信体制势必相互干扰,研究二者的频谱共存势在必行。针对DS-UWB多用户检测技术,本文建立了一种基于匹配滤波和误码识别的联合多用户检测方法,将多用户检测问题归纳为匹配滤波检测判决之后的误码识别与筛选的过程,通过构造基于最优多用户法则的映射函数,将匹配滤波的判决码元映射到特征空间,并通过K均值聚类的方法对码元进行识别,筛选出误码,并通过符号判决法则来纠正误判,从而有效降低误码率。在实验仿真过程中分别对误码率、计算复杂度、抗多址干扰能力以及误码识别率四个主要性能指标进行仿真。实验结果表明,联合多用户检测算法的误码性能逼近最优多用户检测器,其计算复杂度随用户数而线性增长,具有良好的实时处理能力;此外,该联合算法随着用户数量的增加,能够保持良好的检测性能,非常适合于多用户、大容量通信条件下的检测。针对于频谱共存技术,本文分析了USB窄带信号对于DS-UWB系统的干扰模型,提出了干扰阈值的概念,并且在实验仿真中得出了联合多用户检测对于USB窄带干扰有较好的抑制效果这一结论。此外,本文重点研究了存在编队飞行器DS-UWB通信干扰的情况下USB接收机性能问题。我们分析了在不同的DS-UWB脉冲重复频率与USB基带码速率比值的情况下对于USB接收机接收误码率的影响。实验结果表明,当比值小于1时,主要的干扰形式为脉冲干扰;而当比值远远大于1时,所形成的为高斯白噪声干扰。为了降低和消除脉冲干扰,增加判决采样速率是一个好的方法,因为该方法可以减小DS-UWB信号能量进入USB窄带接收机的机会,实现USB测控信号的可靠传输。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究的背景和意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 空间编队飞行技术研究现状
  • 1.2.2 超宽带技术研究现状
  • 1.3 本文主要研究内容及结构安排
  • 第2章 空间飞行器DS-UWB 系统模型
  • 2.1 引言
  • 2.2 超宽带的定义与特点
  • 2.2.1 超宽带的定义
  • 2.2.2 超宽带的特点
  • 2.3 空间飞行器DS-UWB 系统结构
  • 2.4 DS-UWB 信号的产生
  • 2.4.1 超宽带脉冲波形
  • 2.4.2 伪随机编码
  • 2.5 空间飞行器DS-UWB 系统信道模型
  • 2.6 DS-UWB 信号的接收
  • 2.6.1 单用户情况
  • 2.6.2 多用户情况
  • 2.7 本章小结
  • 第3章 空间DS-UWB 系统的多用户检测技术
  • 3.1 引言
  • 3.2 多用户检测技术的提出及分类
  • 3.2.1 多用户检测问题的提出
  • 3.2.2 多用户检测技术的分类
  • 3.3 最优多用户检测方法
  • 3.4 线性多用户检测方法
  • 3.4.1 解相关多用户检测方法
  • 3.4.2 MMSE 多用户检测方法
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 基于匹配滤波和误码识别的联合多用户检测
  • 4.1 算法概述
  • 4.1.1 基本思想
  • 4.1.2 算法描述
  • 4.2 码元映射器的设计
  • 4.3 码元分类器的设计
  • 4.3.1 门限检测的误码率分析
  • 4.3.2 K-均值聚类的误码率分析
  • 4.4 符号检测器的设计
  • 4.5 仿真结果及分析
  • 4.5.1 误码率
  • 4.5.2 大用户容量时的计算复杂度
  • 4.5.3 抗多址干扰能力
  • 4.5.4 误码识别率和虚警概率
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 DS-UWB 系统与USB 测控系统的共存性研究
  • 5.1 研究目的和意义
  • 5.2 USB 测控系统模型
  • 5.3 USB 测控信号对于DS-UWB 系统的干扰分析
  • 5.3.1 强窄带信号对DS-UWB 系统的干扰模型
  • 5.3.2 强窄带信号干扰下DS-UWB 系统的多用户检测
  • 5.3.3 仿真结果与分析
  • 5.4 多用户DS-UWB 信号对于USB 测控系统的干扰分析
  • 5.4.1 多用户DS-UWB 信号的功率谱分析
  • 5.4.2 多用户DS-UWB 信号参数对于USB 信号干扰的影响
  • 5.4.3 仿真结果与分析
  • 5.5 DS-UWB 与USB 两套系统的共存性分析
  • 5.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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    • [3].DS-UWB系统中基于线性预测的盲多用户检测[J]. 西安电子科技大学学报 2010(04)
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    • [5].DS-UWB系统中一种抑制窄带干扰的多天线接收机[J]. 微波学报 2009(04)
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