無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中分?jǐn)?shù)傅里葉變換及相頻處理技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)理論和實(shí)現(xiàn)能力的不斷進(jìn)步，移動(dòng)通信系統(tǒng)即將進(jìn)入4G時(shí)代?；仡欀暗臒o(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)演進(jìn)都是基于信號(hào)處理方法的升級(jí)。信號(hào)處理方法的進(jìn)步推動(dòng)了無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的發(fā)展，而研究不同數(shù)學(xué)變換對(duì)信號(hào)的處理方法是一個(gè)很重要的研究方向。
　　傳統(tǒng)的通信信號(hào)處理方法考慮了信號(hào)在時(shí)域和頻域的表達(dá)方式，利用傅里葉變換可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)從時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換。隨著信息傳輸速率的提高及移動(dòng)速度的增加，時(shí)頻雙選擇信道逐漸成為無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的主要應(yīng)用

2、環(huán)境，此時(shí)需要使用時(shí)頻分析工具獲得更好的系統(tǒng)性能。分?jǐn)?shù)傅里葉變換(Fractional Fourier Transform，F(xiàn)rFT)是一種性能優(yōu)良的時(shí)頻分析工具，作為傅里葉變換在時(shí)頻二維平面上的推廣，利用分?jǐn)?shù)傅里葉變換可將信號(hào)變換到時(shí)頻平面的任何角度。由于分?jǐn)?shù)傅里葉變換的基函數(shù)是線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)(chirp)，chirp信號(hào)在相應(yīng)分?jǐn)?shù)域上能夠?qū)崿F(xiàn)能量聚集產(chǎn)生峰值，使用chirp訓(xùn)練信號(hào)并通過(guò)在分?jǐn)?shù)域進(jìn)行峰值檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中的同步、信

3、道參數(shù)估計(jì)等功能。同時(shí)在頻域上，以往的處理方法只關(guān)注于信號(hào)的幅頻譜，忽略相頻譜，本文以chirp信號(hào)為研究對(duì)象，說(shuō)明信號(hào)的相頻譜具有表征信號(hào)的重要信息，通過(guò)對(duì)信號(hào)相頻譜的處理能夠獲得更好的系統(tǒng)抗窄帶干擾性能。
　　本文基于分?jǐn)?shù)傅里葉變換和相頻譜處理方法，針對(duì)chirp信號(hào)在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了深入研究：
　　第一，基于chirp信號(hào)和分?jǐn)?shù)傅里葉變換的OFDM時(shí)頻聯(lián)合同步方法。針對(duì)現(xiàn)有同步方法定時(shí)同步精度不

4、高以及載波頻偏估計(jì)范圍較小等不足，提出使用chirp訓(xùn)練信號(hào)并在接收端進(jìn)行分?jǐn)?shù)傅里葉變換同時(shí)完成時(shí)間同步和頻率同步功能。使用調(diào)頻率互為相反數(shù)的兩個(gè)chirp信號(hào)和作為訓(xùn)練信號(hào)，在接收端對(duì)存在同步時(shí)偏和頻偏的訓(xùn)練信號(hào)進(jìn)行最優(yōu)階分?jǐn)?shù)傅里葉變換，搜索兩chirp信號(hào)在分?jǐn)?shù)域上的峰值位置并對(duì)搜索結(jié)果進(jìn)行精確修正，然后根據(jù)峰值位置坐標(biāo)計(jì)算得到時(shí)間偏移和頻率偏移，文中同時(shí)分析了chirp信號(hào)參數(shù)選擇對(duì)同步偏差估計(jì)的影響以及該方法的頻偏估計(jì)范圍。該方

5、法具有運(yùn)算復(fù)雜度低、頻偏估計(jì)范圍大且估計(jì)精度較高的特點(diǎn)。
　　第二，基于chirp信號(hào)和分?jǐn)?shù)傅里葉變換的信道參數(shù)估計(jì)方法。針對(duì)現(xiàn)有信道參數(shù)估計(jì)方法需要信道模型或統(tǒng)計(jì)信息的問(wèn)題，提出使用chirp訓(xùn)練信號(hào)并在接收端進(jìn)行分?jǐn)?shù)傅里葉變換完成多徑信道參數(shù)估計(jì)，無(wú)需信道的先驗(yàn)信息。使用調(diào)頻率互為相反數(shù)的兩個(gè)chirp信號(hào)和作為探測(cè)信號(hào)，經(jīng)推導(dǎo)得到多徑信道下的接收信號(hào)表達(dá)式，說(shuō)明接收到的多徑chirp信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)受信道影響均發(fā)生變化，在利用

6、已有chirp信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法的基礎(chǔ)上，對(duì)信道參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。該方法能夠應(yīng)用在各多徑具有不同多普勒頻移的情況，與現(xiàn)有方法相比計(jì)算量減少一半，且該方法在時(shí)延、多普勒頻移等參數(shù)估計(jì)方面的誤差更小。隨后，將此種方法應(yīng)用于直擴(kuò)系統(tǒng)片內(nèi)多徑的時(shí)延估計(jì)。使用單分量chirp信號(hào)作為訓(xùn)練信號(hào)，根據(jù)多徑時(shí)延差與分?jǐn)?shù)域chirp信號(hào)峰值的位置差之間的線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)分?jǐn)?shù)域峰值位置進(jìn)而計(jì)算出各多徑分量的相對(duì)時(shí)延。時(shí)延估計(jì)精度為chirp信號(hào)帶寬的倒數(shù)，當(dāng)c

7、hirp帶寬大于擴(kuò)頻帶寬時(shí)可用于直擴(kuò)接收機(jī)片內(nèi)多徑的時(shí)延估計(jì)，與滑動(dòng)相關(guān)方法相比在同樣帶寬的情況下計(jì)算復(fù)雜度可減少近似3個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)為提高片內(nèi)多徑信號(hào)的能量利用率，文中同時(shí)給出片內(nèi)多徑的合并方法。仿真結(jié)果表明，文中方法能有效地估計(jì)片內(nèi)多徑時(shí)延，在采用等增益方式對(duì)片內(nèi)多徑進(jìn)行合并后直擴(kuò)接收機(jī)誤碼率性能獲得提高。
　　第三，基于相頻譜處理的BPSK調(diào)制chirp信號(hào)接收方法。針對(duì)頻域限幅抗窄帶干擾方法限幅門(mén)限取值受干擾信號(hào)功率的影響

8、使其性能不穩(wěn)定的問(wèn)題，利用chirp信號(hào)信息主要包含在相頻譜中的特點(diǎn)，提出直接對(duì)BPSK調(diào)制的chirp信號(hào)相頻譜進(jìn)行接收判決的方法。首先建立了高斯白噪聲對(duì)信號(hào)相頻譜的擾動(dòng)模型，并在僅知信號(hào)相頻譜的情況下，利用推導(dǎo)出的信號(hào)相頻譜受噪聲擾動(dòng)的概率密度公式，基于最大似然準(zhǔn)則建立了BPSK調(diào)制chirp信號(hào)的二元接收機(jī)模型，并對(duì)接收機(jī)的性能進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明相頻接收機(jī)具有很好的抗窄帶干擾能力。同時(shí)，由于基帶直擴(kuò)信號(hào)的幅頻譜處處相等，信息