基于变换域通信的信令传输技术研究

摘要

变换域通信系统（Transform Domain Communication System,TDCS）是一种基于认知无线电的无线传输技术，它能通过谱分析自适应地使用所在频谱范围内的未被使用的频谱，而且在有干扰的情况下同样适用，在频谱资源有限的情况下极大的提高了频谱资源的利用率。 本文在变换域通信系统的基础上结合正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）系统的优点设计了OFDM-TDCS信令传输系统，对整个系统进行了详细的设计，对变换域通信系统的同步技术、信道估计算法、干扰抑制算法和信令协议进行了研究，而且在无干扰和干扰情况下进行了系统性能的仿真分析，并使用通用软件无线电外设（Universal Software Radio Peripheral-2944,USRP-2944）平台进行了实现和性能的测试。本文的研究主要分为以下几部分： 首先，对OFDM-TDCS的原理进行了说明，设计了系统帧格式和信令链路参数配置，给出了收发模型，并对基函数进行了设计；基于训练序列的同步方法设计了同步帧，并给出了时间同步方案和频偏估计方案。 其次，研究了OFDM-TDCS的干扰抑制算法和信道估计降噪算法，而且针对慢衰落信道下LS信道估计算法性能差的情况，在基于变换域低通滤波的降噪、时间平均降噪和时间加窗降噪的基础上，加入基于连续均值去除的降噪处理，并对该算法的不同迭代次数和门限情况进行了仿真分析，结果表明，选取合适的迭代次数和门限能有效地提升系统性能；同时在干扰环境中对系统的误码性能进行了仿真分析，结果表明，系统具有较强的抗干扰能力。 接着，制定了OFDM-TDCS在认知无线电场景中的信令传输协议，首先研究了单用户随机接入算法，并从通信链路的建立、断链维护和周期性维护方面给出了设计方案；然后针对多用户的复杂通信环境采用载波侦听多路访问算法避免碰撞，最后针对回退机制中的冲突提出了相应的解决方法。 最后，使用软件无线电平台实现了OFDM-TDCS。对系统的发射机和接收机链路进行了详细的设计和说明，并且对OFDM-TDCS的抗干扰性能进行了测试，结果表明，该系统有很好的抗干扰能力，受硬件平台影响，实测性能比仿真性能约差2dB。

目录

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缩略词表

第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2主要技术研究现状

1.2.1非连续正交频分复用技术

1.2.2变换域通信系统

1.3论文主要研究内容及结构安排

1.4本章小结

第二章基于OFDM的变换域通信系统方案设计

2.1 OFDM-TDCS系统原理和参数设计

2.1.2帧格式设计

2.1.3系统参数

2.1.4自适应链路信令模块参数配置

2.2 OFDM-TDCS收发模型

2.2.2接收模型

2.3 OFDM-TDCS的基函数产生算法

2.3.2 ZC序列生成算法

2.4本章小结

第三章 OFDM-TDCS同步设计

3.1 OFDM同步算法概述

3.2基于训练序列的时间同步方案

3.2.2虚警门限的设置

3.2.3单序列时间同步性能仿真分析

3.2.4多序列时间同步性能仿真分析

3.3基于训练序列的频偏估计方案

3.3.2整数倍频偏估计

3.4系统同步帧参数分析

3.5本章小结

第四章 OFDM-TDCS的干扰抑制算法与降噪算法研究

4.1频域干扰检测算法

4.1.2基于Welch算法的谱估计

4.2变换域通信系统的干扰抑制算法原理

4.2.1基于传统固定门限的干扰抑制

4.2.3基于加权幅度谱成型的干扰抑制

4.3 OFDM-TDCS在慢衰落信道下的信道估计降噪算法

4.3.3.基于变换域低通滤波的降噪

4.3.4时域降噪算法

4.4 OFDM-TDCS性能仿真

4.4.1无干扰环境

4.4.2干扰环境

4.5本章小结

第五章 OFDM-TDCS的信令传输协议设计

5.1 OFDM-TDCS的接入机制

5.1.2认知无线电环境的分析

5.2单用户随机接入流程

5.2.1通信链路的建立

5.2.2通信链路的断链维护

5.2.3周期性的链路维护

5.3基于CSMA的多用户接入流程

5.3.2虚拟载波监听

5.3.3回退机制

5.4本章小结

第六章基于USRP-RIO的OFDM-TDCS系统实现和性能测试

6.1 USRP-RIO平台概述

6.2测试系统的搭建

6.2.2软件控制方案

6.3 OFDM-TDCS实现方案设计

6.3.2接收机关键模块

6.4 OFDM-TDCS抗干扰性能测试分析

6.4.1无干扰环境

6.4.2干扰环境

6.5本章小结

第七章全文总结及展望

7.1本文主要贡献

7.2研究展望

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间的研究成果