基于OFDM的变换域通信系统的调制解调技术研究

论文摘要

变换域通信（Transform Domain Communication,TDC）是在扩频通信和变换域处理的基础上发展起来的一项新的无线通信技术,其通过动态检测信道信息,实时的改变信号的发射波形,具有很强的干扰抑制能力。同时它可以作为认知无线电的一个分支,灵活的使用空闲频谱,进一步提高频谱资源的利用率。本文在频谱收发自适应的基础上引入多调制切换和可变信息速率传输的思想,提出了基于正交频分复用（OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的变换域通信系统（TDCS）的调制解调方案,能够更好的满足未来通信多样化的需求。该方案在发射机端,通过更改调相参数,可以简易地实现多进制相移键控（MPSK）、循环移位键控（CylicShift Keying）等多种不同调制方式的切换。本文重点设计了双正交的循环移位键控（BCSK,Biorthogonal Cylic Shift Keying）的快速解调方案,并推导了BCSK在AWGN信道中的误码率公式。在AWGN信道下的仿真表明,仿真结果和理论公式吻合得很好。然后我们研究了部分频谱可用时,BCSK较之原有的CSK调制,在可用子载波个数较小（Ns＜256）时,具有明显的性能优势,即更好的误比特性能和更高的频带利用率,当Ns较大时,两者的性能逐渐趋于一致。为了适应各种不同的通信环境的需求,本文提出了TDCS可变速率传输方案,进而评估了当BER=10-4时,不同调制方式的频带利用率和功率效率之间的关系,指出了其适宜应用的场景。更进一步,我们研究了不同的多径信道模型下的BCSK和CSK调制的系统性能,仿真结果表明,该系统能够有效的对抗频率选择性衰落,与传统的TDCS相比,在接收端可避免使用复杂的Rake接收机。而BCSK在信道条件较好的情况下仍然保持其性能优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 认知无线电技术简介
• 1.3 TDCS的发展历史及研究现状
• 1.4 主要的研究内容和贡献
• 1.5 论文的结构安排
• 2 数字通信理论基础
• 2.1 数字通信系统概述
• 2.2 数字调制解调基础
• 2.3 信道模型
• 2.3.1 高斯白噪声信道
• 2.3.2 无线信道
• 3 基于OFDM的TDCS的调制解调方案
• 3.1 TDC的基本原理及系统模型
• 3.1.1 TDC的基本原理
• 3.1.2 TDCS的传统模型
• 3.1.3 传统TDCS的数据检测技术
• 3.1.4 捕获与跟踪
• 3.2 基于OFDM的TDCS的调制解调方案
• 3.2.1 承载TDCS的平台——正交频分复用（OFDM）
• 3.2.2 TDCS的调制解调技术
• 3.2.3 多调制信号在发射机端的统一的数学模型
• 3.2.4 收发机模型
• 3.3 基于OFDM的TDCS的可变速率传输方案
• 4 TDCS多调制技术与系统仿真
• 4.1 AWGN信道下TDCS的多种调制的理论误码率性能分析
• 4.2 AWGN信道下的系统仿真与讨论
• 4.2.1 各种二进制调制的TDCS的BER性能
• 4.2.2 MPSK调制的TDCS的BER性能
• 4.2.3 CSK调制与BCSK调制的BER性能
• 4.2.4 部分频谱可用时各种调制的TDCS的BER性能
• 4.3 TDCS可变速率传输方案的系统仿真
• 4.4 TDCS几种调制方法的比较
• 5 多径信道下的系统仿真
• 5.1 多径信道建模
• 5.2 频率选择性衰落信道下的多种调制方式的信号处理
• 5.2.1 保护间隔
• 5.2.2 多种调制方式在接收机端的信号处理流程
• 5.3 多径信道下的系统仿真
• 6 结束语
• 致谢
• 参考文献