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频移信道下的通信调制解调研究

吴伟俊  
【摘要】:在无线数据传输环境中,当发送者或接收者在运动中通信时,接收者接收信号的频率会发生变化,这称为多普勒(Doppler)效应。高铁、卫星通信、水声通信等这些典型的多普勒频移信道在人类生活、科研等方面都扮演着重要角色,因此研究在多普勒频移信道中如何提高通信的质量具有重要的现实意义。 随着使用频率的增大和通信双方相对径向运动速率的增加,多普勒频移将对通信系统的性能产生极坏的影响。传统的抗多普勒方法是在对接收信号进行解调前,先进行多普勒频移估计和补偿。当多普勒频移较小时,这种方法虽然可行但增加了接收端的复杂度;当多普勒频移超出接收端自适应均衡器和相位跟踪系统的工作容限范围时,这种方法不再适用。因此本文从降低接收端的复杂度和抵抗大的多普勒频移这两方面出发,基于高精度的频率参数估计算法,提出了两种能在大多普勒频移、低信噪比情况下还能正常通信的调制解调方法,这两种方法分别是: 1、基于跳频多子载波的异步通信方法。它是根据发送的码元信息去调制载波幅度和载波频率,接收方通过高精度的幅度估计和频率估计算法估计出通信载波的幅度和频率,最后根据映射关系就可以解调出发送的码元信息。本方法利用相邻码元周期的载波幅度、载波频率相对跳变来传递信息,因此可以消除多普勒频移的影响。同时也可以根据此跳变来实现长时延环境或者发送连续相同码元时通信双方的自同步。最后的仿真结果表明本算法的确可以消除多普勒频移的影响,并且提供自同步功能。 2、基于非正交多子载波的通信方法。OFDM的频谱利用率高,但它对正交性要求比较严格。本方法针对此提出改进,调制端也是先进行串并转换,根据这些低速数据分别去调制子载波,然后子载波在时域上叠加一起再发送出去,在接收端利用多频正弦参数估计算法精确地估计出各个子载波的频率和幅度,那么就可以实现频移信道下的非正交多子载波的解调。与OFDM相比本方法不要求子载波之间保持正交,因此它对于多普勒频移的抵抗能力大大提高。最后的仿真结果表明本算法可在低信噪比、大多普勒频移下正常工作。


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