【摘要】：快跳頻(Fast Frequency Hopping,FFH)是一種主流抗干擾通信技術(shù)。在FFH系統(tǒng)中,每跳駐留時(shí)間很短,多跳寬間隔的不同頻率傳輸一個(gè)符號(hào),因?yàn)镕FH系統(tǒng)具有優(yōu)異的抗干擾、抗衰落能力,被廣泛應(yīng)用于抗干擾通信系統(tǒng)中。然而,由于FFH信號(hào)的上述特點(diǎn),FFH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)非常困難,長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是難以實(shí)現(xiàn)的。因此,傳統(tǒng)FFH系統(tǒng)通常采用實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、但頻譜效率較低的非相干MFSK調(diào)制解調(diào)方式。但是,傳統(tǒng)非相干FFH/MFSK系統(tǒng)存在非相干合并損失,而且拓展性有限。面對(duì)現(xiàn)代抗干擾通信對(duì)強(qiáng)抗干擾能力和高數(shù)據(jù)傳輸速率與日俱增的突出需求,迫切需要拓展FFH技術(shù),在保留原有抗干擾能力的基礎(chǔ)上,希望獲得更好的誤碼率(Bit Error Ratio,BER)性能、更高的頻譜效率和更強(qiáng)的可拓展能力。針對(duì)上述問題,本文提出了基于頻率子集的相干FFH系統(tǒng)方案(Subset-based Coherent FFH,S-CFFH),給出了S-CFFH系統(tǒng)的信號(hào)模型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化,理論分析了單天線S-CFFH系統(tǒng)和多天線空間調(diào)制S-CFFH系統(tǒng)在典型干擾環(huán)境中的BER性能,提出和研究了多種抗干擾合并算法,得到了相應(yīng)的BER閉合表達(dá)式,并通過仿真分析驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性。本文的主要研究工作和貢獻(xiàn)如下:1)提出了一種基于頻率子集的相干FFH系統(tǒng)方案(S-CFFH),并給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和信號(hào)模型。S-CFFH可解決CFFH系統(tǒng)的信道估計(jì)難題,頻譜效率高,具有豐富的可拓展性,同時(shí)保留了FFH信號(hào)的強(qiáng)抗干擾能力。2)理論分析了無干擾環(huán)境下單天線S-CFFH系統(tǒng)的BER性能和系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。分析時(shí)假設(shè)高度頻率選擇性瑞利衰落信道,考慮了理想和非理想信道估計(jì)兩種情況,首先理論分析了SCFFH/BPSK系統(tǒng)最大比合并接收機(jī)和等增益合并接收機(jī)的BER性能,得到了相關(guān)的閉式結(jié)果;同時(shí)分析了S-CFFH系統(tǒng)在高度頻率選擇性瑞利衰落信道中的高斯信道估計(jì)誤差模型,推導(dǎo)了信道估計(jì)值與真實(shí)值之間的投影分解關(guān)系,可以有效降低性能分析的復(fù)雜度。然后研究了采用最大比合并的S-CFFH/BPSK和S-CFFH/QPSK在非理想信道估計(jì)下的系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化問題,推導(dǎo)了最佳導(dǎo)頻開銷的閉式結(jié)果,并通過數(shù)值求解微分方程,得到最佳分集階數(shù)與信噪比之間的關(guān)系曲線。最后通過仿真分析,驗(yàn)證了理論分析的正確性。仿真和理論結(jié)果表明,在BER=1×10-3時(shí),與非相干FFH/BFSK和FFH/4FSK相比,S-CFFH/QPSK系統(tǒng)約有2～4.5 d B的性能增益,同時(shí)約有3倍的頻譜效率。3)理論分析了部分帶噪聲干擾(Partial Band Noise Jamming,PBNJ)和多音干擾(Multitone Jamming,MTJ)下單天線S-CFFH系統(tǒng)抗干擾合并算法和BER性能,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。首先推導(dǎo)了在理想信道估計(jì)條件下,S-CFFH系統(tǒng)最大似然(Maximum likelihood,ML)接收機(jī)在PBNJ或MTJ環(huán)境中的BER,并得到了閉式結(jié)果。然后在非理想信道估計(jì)條件下,推導(dǎo)了在PBNJ環(huán)境中,S-CFFH/BPSK系統(tǒng)采用最優(yōu)與次優(yōu)ML合并、最優(yōu)與次優(yōu)加權(quán)等增益合并、最大比合并和等增益合并六種抗干擾合并方式的BER,并得到大量閉式結(jié)果,而且研究了S-CFFH/16QAM最優(yōu)和次優(yōu)ML接收機(jī)及其理論BER。接著分析了在MTJ環(huán)境中,S-CFFH系統(tǒng)ML合并接收機(jī)的性能。通過仿真分析,驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性,仿真和理論結(jié)果表明,在抗干擾合并方式中,干擾抑制能力依次為最優(yōu)ML次優(yōu)ML最優(yōu)加權(quán)等增益合并次優(yōu)加權(quán)等增益合并;與傳統(tǒng)非相干FFH系統(tǒng)相比,S-CFFH在BER和頻譜效率兩方面都展現(xiàn)出顯著的性能優(yōu)勢(shì)。4)提出了基于空間調(diào)制(Spatial Modulation,SM)和正交空間調(diào)制(Quadrature Spatial Modulation,QSM)的兩種多天線S-CFFH系統(tǒng)方案,給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和信號(hào)模型。基于空間調(diào)制的多天線S-CFFH系統(tǒng)結(jié)合了S-CFFH和空間調(diào)制的優(yōu)點(diǎn),性能優(yōu)于單天線S-CFFH系統(tǒng)。5)理論分析了S-CFFH/SM和S-CFFH/QSM系統(tǒng)在PBNJ下的系統(tǒng)性能,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。研究了這兩種多天線S-CFFH系統(tǒng)在理想和非理想信道估計(jì)下,最優(yōu)和次優(yōu)ML接收機(jī)的BER性能,得到了成對(duì)符號(hào)差錯(cuò)概率和漸進(jìn)緊密的BER上界的閉合表達(dá)式。仿真分析驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性,結(jié)果表明,與S-CFFH系統(tǒng)相比,在相同頻譜效率下,S-CFFH/SM和S-CFFH/QSM系統(tǒng)的BER性能明顯更優(yōu),其中SCFFH/QSM系統(tǒng)性能略優(yōu)于S-CFFH/SM;與非相干FFH/MFSK系統(tǒng)相比,S-CFFH/SM和S-CFFH/QSM系統(tǒng)在獲得更優(yōu)異的BER性能同時(shí),還獲得遠(yuǎn)高于FFH/MFSK系統(tǒng)的頻譜效率。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN914.41

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本文編號(hào)：2276973