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多天线信号的高阶QAM解调技术研究

庄宁  
【摘要】:高阶QAM可以有效地提高频谱利用率,在数字微波通信系统、有线电视网络、卫星通信等领域取得了广泛应用。但高阶QAM对噪声干扰及信道畸变非常敏感,需要高性能的解调算法。如何提高低信噪比及恶劣信道下高阶QAM的解调性能,成为高阶QAM研究的难点问题。而多天线信号合成技术可以有效地抑制噪声干扰,提高接收信号信噪比,利用多个天线接收来自同一信源的QAM信号,进行联合解调及最佳合成,可以有效地提升高阶QAM的解调性能。因此对于多天线信号的高阶QAM解调技术研究,具有重要的现实意义及应用价值。本文主要对多天线信号的高阶QAM解调关键技术进行研究,并设计多天线信号的联合解调方案。具体内容如下: 1、研究了高阶QAM的定时同步技术。首先,对前馈式平方定时同步算法与反馈式Gardner算法进行了理论分析与仿真比较,结果表明,高斯信道下两种算法均能较好地实现高阶QAM的定时同步,但衰落信道下前者定时性能优于后者;同时,分析了线性、立方和抛物线三种内插滤波器的性能,其中立方内插滤波器性能最佳。因此本文在高阶QAM解调中利用平方定时同步算法进行符号定时,并采用立方内插滤波器进行定时误差纠正。 2、研究了多天线信号的相位估计算法。首先,针对固定相位偏移下多天线信号的相位估计问题,基于最大似然EM算法,提出了两种相位估计与符号检测算法。第一种算法与现有的PL、HA算法相比,能显著提高相位估计精度。第二种算法实现了多天线信号的联合符号检测,误码率较单路符号检测显著降低。其次,针对微小频偏下多天线信号的载波相位恢复问题,基于判决反馈载波恢复环结构,提出了一种联合载波相位恢复算法,有效地提高了低信噪比下锁相环的稳定性,大大降低失锁概率。 3、研究了多天线信号的联合盲均衡算法。首先,针对单路信号存在初始频偏时的均衡问题,在对基于误差选择的双模式盲均衡算法分析与仿真的基础上,将其与判决反馈载波恢复环结合,给出了一种均衡与载波相位恢复的联合调整结构,仿真证明了该结构的有效性。其次,针对多天线信号的均衡问题,基于分数间隔判决反馈均衡器结构,给出了一种多天线信号的联合盲均衡算法。仿真结果表明,与单路相比,该算法显著改善了低信噪比下严重深衰落信道的均衡性能,进一步降低了稳态误差。 4、在对解调关键技术研究的基础上,分别在高斯信道和衰落信道下设计了多天线信号的高阶QAM解调方案,并对方案的可行性进行了仿真分析与验证。同时,在Matlab环境下构建了解调软件平台,实现了多天线信号的完整解调功能,并分别搭建了高斯信道和衰落信道下的实验环境,对解调软件进行测试。测试结果表明,多天线信号的高阶QAM解调软件有效地实现了两路信号的联合解调,性能较单路解调显著改善。


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