频谱约束OFDM认知信号设计方法研究

摘要

OFDM 信号具有传输速率较高，抗干扰能力优良，易于实现等特点被广泛应用于通信系统当中。由于它的频谱利用率较高，因此在认知无线电系统中也得到普遍研究。同时，该信号也具备一定的雷达探测能力，基于OFDM的共享信号不论是在雷达或是通信的性能上均可以取得比较优良的效果。然而，在电磁波频谱日益拥挤的情况下，电磁波的频谱不能够被充分利用，不同的电磁设备之间的干扰越来越强。为了解决这个问题，更好地适应现代电子战的实际场景，可以利用频谱约束的条件对问题进行建模，根据外部电磁环境的特性动态的选择空闲频谱，避免干扰和频谱资源共享的问题。因此，本文研究基于频谱约束的OFDM认知信号的设计方法，旨在避免干扰的同时实现雷达与通信的共享，主要的工作有： 1. 针对OFDM信号的基本原理以及一体化系统的框架，进行了基本的研究。在此基础上分析该信号的通信、探测的原理，并且通过对多个算法的仿真分析进一步验证了上述算法对峰均包络功率比(Peak-to-Mean Envelope Power Ratio, PMEPR)抑制问题的有效性。 2. 针对不同用户之间的频谱兼容及干扰问题，研究了基于OFDM频谱置零调制的共享波形设计方法。通过频谱约束实现通信调制，通过问题模型的设计实现峰值旁瓣电平比(Peak Side-lobe Level Ratio, PSLR)的优化并进一步设计了PSLR-PMEPR 联合优化的问题模型。在通信解调中提出了基于子带能量最小的解调方法，能够有效地实现通信以及雷达探测的目的。 3. 为了解决 OFDM 较高的峰值包络并保证其有效的传输速率，研究了基于OFDM 部分载波调制的共享波形设计。通过分析优化问题，研究了基于部分载波调制的PMEPR优化波形设计方法，在此基础上设计失配滤波器使得信号在接收端具有较低的峰值旁瓣电平。该算法在有效解决OFDM信号包络的平滑问题的同时进一步抑制了较高的距离旁瓣。

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