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基于STBC-OFDM技术的海上移动通信新框架体系的研究

作　者: 宫宇
导　师: 庞福文
学　校: 大连海事大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 空时分组码 OFDM技术 非高斯噪声 Ad Hoc网络
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着我国经济和海远事业的发展,海上船只数量随之不断增多,船舶通信设备在日常航行和遇险报警中起着极大的作用,因此详细了解海上通信的关键技术可以针对海上不同的突发情况做出准确的判断并采取相应的措施。另外,由于可能存在船舶间协调不好而出现的信道拥塞、呼叫不畅通的状态,本文提出了将移动Ad Hoc网络概念应用于海上移动通信的方案。未来无线通信系统的主要目标是提供高质量、高速率的服务,而使用多输入多输出(MIMO)系统恰恰是实现这种高速率业务的主要技术。正交频分复用(OFDM)技术是一种高效的多载波调制技术,它能有效地对抗多径衰落,使受干扰的信号可靠地接收。基于OFDM技术的空时编码是可以使信息容量接近理论容量的一种实用编码。然而,当前对空时编码的研究均是假设处于高斯白噪声环境中进行的。实际在海上通信过程中存在的多是非高斯噪声,因此,选择非高斯噪声环境进行分析应该是更为合理的。移动Ad Hoc网络是一种独特的无中心、无固定基站的自组织网络。将其概念应用于VHF频段,使其兼备Ad Hoc灵活组网和VHF通信传输稳定、成本低的优点,这种方案将可以改进海上通信系统性能。本文对基于STBC-OFDM技术的海上通信体系进行了研究,研究结果如下：1、介绍了空时编码模型、调制技术、信道模型、空时分组码模型以及基于矩量母函数(MGF)导出的空时分组码在M-PSK和M-QAM调制系统中的平均误符号率(SER)的闭式解表达式。文中通过蒙特卡洛仿真以及基于矩量母函数的闭式解两种方法对空时分组码的各种编码方式在不同调制方式和信道下的误符号率性能方面进行了较为深入的详尽的比较研究,给出了大量性能仿真结果,并且对基于矩量母函数的闭式解表达式的正确性进行了验证。2、讨论了基于OFDM技术的WLAN的性能,首先阐述了WLAN的基本标准,给出了基于IEEE 802.11a下的OFDM的基本参数,然后具体介绍了OFDM技术的基本原理及其FFT实现,最后对基于OFDM技术的WLAN系统的性能进行了仿真和分析,通过使用不同的调制解调方式,不同的衰落环境进行了仿真分析,给出了性能比较结果。3、给出了STBC-OFDM系统在非高斯噪声环境下的性能,并给出了在不同衰落环境下的性能曲线。4、分析了目前海上通信发展情况,简单介绍了GMDSS和AIS系统,并对Ad Hoc网络中的AODV、DSR、ABR等路由协议和MACA、BAPU等MAC协议进行分析。在此基础上提出了一种在VHF频段组建Ad Hoc网络的方案。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
第1章 引言  13-17
  1.1 海上通信现状  13-14
  1.2 本文的主要研究内容以及章节安排  14-17
    1.2.1 主要研究内容  14-15
    1.2.2 本文的章节安排  15-17
第2章 海上无线传输技术  17-29
  2.1 分集技术  17-18
    2.1.1 时间分集  18
    2.1.2 频率分集  18
    2.1.3 空间分集  18
  2.2 发射分集技术  18-20
  2.3 衰落信道的特性  20-21
  2.4 衰落信道统计模型  21-25
    2.4.1 瑞利(Rayleigh)衰落模型  21-22
    2.4.2 莱斯(Rician)衰落模型  22-24
    2.4.3 Nakagami-m衰落模型  24-25
  2.5 MIMO信道模型  25-27
  2.6 本章小结  27-29
第3章 海上VHF信道非高斯噪声建模  29-39
  3.1 非高斯噪声的产生和实现  29-37
    3.1.1 对称α-稳定分布模型  29-32
    3.1.2 Middleton模型  32-35
    3.1.3 混合高斯模型  35-37
    3.1.4 广义分布模型  37
  3.2 本章小结  37-39
第4章 空时编码  39-69
  4.1 空时编码的基本模型  40-41
  4.2 MIMO信道  41-43
  4.3 空时分组码的原理  43-44
  4.4 Alamouti及其扩展的空时分组码方案  44-47
  4.5 空时分组编码器  47-49
  4.6 空时分组码的译码  49-51
  4.7 不同调制方式下的误符号率  51-55
    4.7.1 M-PSK调制方式下误符号率  52-54
    4.7.2 M-QAM调制方式下误符号率  54-55
  4.8 仿真结果及分析  55-67
    4.8.1 不同空时分组编码方案下系统的性能  55-57
    4.8.2 不同数字调制方式下系统的性能  57-60
    4.8.3 不同传输速率条件下系统的性能  60-62
    4.8.4 多副接收天线系统的性能分析  62-63
    4.8.5 相关信道空时分组码性能分析  63-65
    4.8.6 仿真性能与解析性能的比较  65-67
  4.9 本章小结  67-69
第5章 OFDM传输技术  69-93
  5.1 OFDM的基本原理  69-72
  5.2 OFDM的DFT实现  72-73
  5.3 OFDM的性能分析  73-75
    5.3.1 OFDM传输系统的频带利用率  73-74
    5.3.2 OFDM传输的抗码间干扰的特性  74-75
    5.3.3 OFDM的抗衰落特性  75
  5.4 OFDM系统的仿真建模  75-80
    5.4.1 发射机模型  75-77
    5.4.2 信道模型  77
    5.4.3 接收机模型  77-80
    5.4.4 仿真参数  80
  5.5 仿真结果与分析  80-91
    5.5.1 未插入导频的OFDM系统的仿真结果与分析  81-86
    5.5.2 插入导频的OFDM系统的仿真结果与分析  86-90
    5.5.3 仿真结果总结  90-91
  5.6 本章小结  91-93
第6章 STBC-OFDM系统及其在脉冲噪声下的性能  93-113
  6.1 STBC-OFDM系统模型  93-97
  6.2 PST-OFDM系统模型  97-102
    6.2.1 发送模型  98-99
    6.2.2 信道模型  99-100
    6.2.3 噪声模型  100-101
    6.2.4 接收模型  101-102
  6.3 仿真结果及分析  102-111
  6.4 本章小结  111-113
第7章 AD Hoc网络  113-135
  7.1 移动自组织网络的基本原理和几种典型协议  113-119
    7.1.1 移动自组织网络的定义  113-114
    7.1.2 典型路由协议  114-117
    7.1.3 典型MAC协议  117-119
  7.2 系统方案设计  119-124
    7.2.1 自组网网络协议  119-124
  7.3 软硬件设计  124-134
    7.3.1 硬件设计  124-128
    7.3.2 软件设计  128-134
  7.4 本章小结  134-135
结论  135-137
参考文献  137-145
攻读学位期间公开发表论文  145-147
致谢  147

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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