基于非正交思想的數(shù)字通信調(diào)制方法的研究.pdf

1、調(diào)制方法是數(shù)字通信系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，對(duì)通信系統(tǒng)的性能具有關(guān)鍵性的影響。當(dāng)前通信事業(yè)得到了飛速發(fā)展，但是調(diào)制方法的研究進(jìn)展卻相形見(jiàn)絀。本論文的研究工作針對(duì)傳統(tǒng)調(diào)制方法所遵循的正交約束而展開(kāi)，以放松正交約束為中心線，對(duì)數(shù)字通信的調(diào)制方法進(jìn)行了探討和發(fā)展。以下是本論文工作的主要內(nèi)容以及貢獻(xiàn)。 本文將傳統(tǒng)調(diào)制方法的數(shù)學(xué)模型置于統(tǒng)一的信號(hào)空間中。在此基礎(chǔ)上分析了正交約束的積極作用和消極作用。給出了包含正交調(diào)制和非正交調(diào)制的調(diào)制框架。針對(duì)

2、正交約束消極作用的表現(xiàn)，提出放松正交約束以發(fā)展新調(diào)制方法的研究思想，稱為非正交思想。 正交頻分復(fù)用系統(tǒng)(OFDM)的脈沖成形受到正交約束的嚴(yán)格限制，導(dǎo)致其對(duì)頻率色散敏感。本文提出將正交約束放松至一種更寬松的約束條件，從而得到一種新的OFDM方法，稱為GOFDM。在GOFDM中，復(fù)符號(hào)的實(shí)部和虛部允許采用不同的脈沖成形，這就減輕了正交約束對(duì)脈沖設(shè)計(jì)的限制，使GOFDM獲得了更大的設(shè)計(jì)靈活性。該特性增強(qiáng)了GOFDM對(duì)抗頻率色散的魯棒

3、性，同時(shí)也未降低其抗噪聲性能以及抗時(shí)間色散魯棒性，這是現(xiàn)有相關(guān)研究所不具備的。理論分析了GOFDM抗頻率色散性能和脈沖成形設(shè)計(jì)的關(guān)系，研究了GOFDM中頻率色散所帶來(lái)的串?dāng)_在星座圖上的分布。對(duì)采用一維和二維星座圖的GOFDM，分別給出了抗頻率色散的優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明，上述設(shè)計(jì)較傳統(tǒng)OFDM具有更佳的抗頻率色散性能。 Nyquist第一準(zhǔn)則所包含的正交約束對(duì)設(shè)計(jì)具有高頻譜效率的脈沖成形帶來(lái)了困難。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出將非正交脈

4、沖所構(gòu)成的非正交基進(jìn)行正交化，并應(yīng)用于調(diào)制系統(tǒng)，從而得到了一種時(shí)頻域聯(lián)合內(nèi)插濾波的結(jié)構(gòu)，稱為ORTH。對(duì)ORTH在多載波調(diào)制的應(yīng)用進(jìn)行了研究，分析了ORTH在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、頻帶利用率和均衡器設(shè)計(jì)等方面的性能，探討了其在帶寬受限系統(tǒng)中設(shè)計(jì)和應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)的OFDM相比，ORTH在逼近Nyquist速率方面具有更高的實(shí)現(xiàn)效率。對(duì)ORTH在基帶調(diào)制的應(yīng)用進(jìn)行了研究，給出了一種新的具有可控參數(shù)的Nyquist設(shè)計(jì)方法。與傳統(tǒng)的升余弦脈沖相

5、比，其在正交性和頻譜效率方面更為優(yōu)越。 正交約束使得傳統(tǒng)調(diào)制方法的符號(hào)速率不可能超過(guò)Nyquist速率。本文在總結(jié)現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。提出占用帶寬和必要帶寬的概念，指出突破Nyquist速率的研究必須基于必要帶寬才有意義。證明了采用逆映射解調(diào)的系統(tǒng)不可能在必要帶寬意義下突破Nyquist速率。為了突破這一限制，必須放棄正交約束并采用最大似然(ML)解調(diào)。引入ML解調(diào)下的必要帶寬概念，將所考察系統(tǒng)的傳輸效率與傳

6、統(tǒng)正交系統(tǒng)進(jìn)行比較。提出完全去除正交約束的非正交調(diào)制技術(shù)，簡(jiǎn)稱NMT。首先，推導(dǎo)了NMT的誤符號(hào)率理論公式，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面分析了NMT在占用帶寬意義下的頻帶利用率性能，證明了其優(yōu)于傳統(tǒng)調(diào)制方法。其次，以占用帶寬意義下的系統(tǒng)性能為基礎(chǔ)，證明了在必要帶寬意義下NMT可以突破Nyquist速率。為降低ML解調(diào)的復(fù)雜度，提出解線性方程和ML相結(jié)合的解調(diào)思路，并給出兩種具體的方法。 最后，對(duì)NMT在xDSL線路環(huán)境進(jìn)行應(yīng)用仿真和頻譜兼