多载波消息驱动跳频通信技术研究

摘要

信息联合作战是现代化战争的实质，它对军事通信系统的抗干扰能力、数据传输速率等信息传输的可靠性、有效性提出了更高要求。本文在此背景下，主要着眼于强抗干扰能力、高速率、高频谱效率的新兴跳频（FH）技术研究，为军事通信的安全有效提供有力保障。
　　消息驱动跳频（MDFH）技术利用传输的部分信源信息来选择载波频率，代替PN序列的功能，在不增加带宽和功率消耗的前提下，提升了系统频谱利用率和数据传输能力，属于目前跳频通信领域的一个研究热点。增强型消息驱动跳频（E-MDFH）技术把单载波的MDFH系统扩展成多载波的MDFH系统，使原来每一跳仅占用一个频率信道传输数据变成每一跳占用多个频率信道传输数据，进一步提升了系统的频率利用率。本论文在基于多载波消息驱动跳频通信机制的研究上，主要研究内容如下：
　　①研究了传统 FH、MDFH、E-MDFH技术的基本原理。分别举例分析了跳频多址（FHMA）系统收发过程和多用户碰撞情况、MDFH系统及E-MDFH系统收发过程。发现了在E-MDFH系统中，因载波索引间差分关系的存在，当一个载波检测出错时，一方面易导致该载波比特和相邻载波比特的恢复都出现错误而引起成载波比特流出错的问题；另一方面使得系统对不存在的信号进行解调，导致常规符号的检测也出现更多错误。分析了E-MDFH系统误码率性能和频谱利用率。仿真结果表明在相同的信道环境和误码率性能要求下，E-MDFH系统的频谱利用率、数据传输高于传统FH系统。
　　②针对E-MDFH系统中存在的串比特流错误问题，对E-MDFH系统进行了改进，在原系统基础上添加交织编码模块，用以解决其成串比特出错问题，降低系统误码率。仿真结果表明，交织编码结合使用，能很好地解决E-MDFH系统中存在的该问题，其系统误码率性能得到有效改善。
　　③在添加交织编码技术的E-MDFH系统基础上，借鉴正交频分复用（OFDM）技术思想，提出了适应于突发通信的多载波消息驱动正交跳频（MC-MDOFH）系统模型。具体分析了 MC-MDOFH系统的信号频谱、发射机和接收机框图，阐述了系统的信号帧格式设计，包括前导序列和数据符号结构。最后仿真分析了该系统的频率利用率和误码率性能；并运用前导序列对系统进行频偏校正，实际仿真了突发MC-MDOFH系统的误码率性能。仿真结果表明，MC-MDOFH系统的频谱利用率和E-MDFH系统一致；误码率性能较E-MDFH系统更好；所设计的前导序列能有效实现系统的同步，提升系统性能。
　　④进一步研究了多载波消息驱动空闲子载波跳变（MC-MDIS）通信技术，详细阐述了MC-MDIS系统的信号频谱、收发模型和工作原理。列举应用实例，具体分析了该系统存在的比特向量错位问题，并详细研究了解决该问题的比特向量重置（BVR）算法。通过理论推导和实际仿真，深入分析了 MC-MDIS系统的误码率性能、对比分析了系统的频谱利用率，得到了使系统性能最优的系统参数。仿真结果表明，当系统分组数较小或者信噪比较低时，BVR算法对系统BER性能的改善较显著；当系统采用的调制方式进制数取值较小时，其系统频谱利用率相较于OFDM系统优势很明显。

目录

1 绪 论

1.1研究背景

1.2 研究现状

1.3 研究工作及内容安排

2 消息驱动跳频技术基本原理

2.1 引言

2.2 FH技术基本原理

2.3 MDFH技术基本原理

2.4 E-MDFH技术基本原理

2.5 本章小结

3 突发多载波消息驱动正交跳频系统设计及性能分析

3.1 引言

3.2突发多载波消息驱动正交跳频系统模型

3.3信号帧格式设计

3.4性能分析

3.5本章小结

4 多载波消息驱动空闲子载波跳变通信技术研究

4.1 引言

4.2多载波消息驱动空闲子载波跳变通信系统模型

4.3 比特乱序问题

4.4 比特向量重置算法

4.5性能分析

4.6 仿真结果

4.7 本章小结

5 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录

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