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海上移动通信系统基带设计与仿真

作　者: 刘聪
导　师: 杜文才; 白勇
学　校: 海南大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 海上通信 电波传播 SC-FDMA
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本论文研究通过特高频UHF无线电实现海上渔船间通信的基带传输技术。海上电磁波传播环境的复杂性和渔船之间通信的特殊性是设计海上无线传输系统时需要考虑的重要因素。随着快速傅里叶变换的提出和数字处理器的发展,单载波频分多址技术(Single Carrier Frequency Division Multiple Access,SC-FDMA)由于其高频谱利用率、低峰均比(Peak to Average Power Ratio, PAPR)、良好的抗多径衰落性能、带宽分配灵活以及频域均衡等优点,可以应用于海上无线传输的设计。本文从海上无线信道模型的建立、SC-FDMA系统误码率性能和SC-FDMA系统PAPR性能三个方面进行研究：首先由于电磁波在海上的传播特性取决于电磁波频率、海面的粗糙度和入射擦海角等三个因素,本文从粗糙度判决法、瑞利准则法、修正因子函数法以及反射系数等四个方面重点分析了海上电磁波的反射特性,得出了在海情七、六、五、四、三级情况下,入射擦海角分别为0°-1.3°、0°-2.5°、0°-4.2°、0°-6.5°、0°-12°时镜面反射信号占据绝对优势,漫反射可以忽略不计的结论。根据接收信号包含的多径分量是否离散可分离,分别对第一菲涅尔区内和第一菲涅尔区以外有效散射区以内的电磁波建立了海上离散多径衰落信道模型和海上弥散多径衰落信道模型。然后,本文分析了SC-FDMA系统的基本原理、系统结构、子载波的映射方案以及不同子载波映射方案下SC-FDMA基带信号的表达形式,从系统的信令开销、抗衰落性能、通信覆盖范围、抗频偏性能、频谱利用率、系统的调度开销和传输时延中进行权衡设计SC-FDMA系统参数。重点分析和仿真了在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道、海上弥散衰落信道和海上离散衰落信道下不同子载波映射方案的误码率性能以及不同子载波映射起始位置对误码率性能的影响,仿真结果表明误码率性能最好的是交织式方案,其次是集中式,最差的是分布式方案。其次,考虑到PAPR是衡量移动通信系统发射功率效率、通信覆盖范围和接收灵敏度的重要因素,本文通过对基带信号的产生结构以及互补累计分布函数的分析,得出了SC-FDMA系统比正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)系统具有更低的PAPR的结论。重点分析和仿真了三种子载波映射方案的SC-FDMA系统的PAPR,得出了降PAPR性能最好的是交织式映射方案,其次是集中式,最差的是分布式映射方案,同时不同的脉冲成型的方式、不同数目子载波和不同滚将系数的脉冲成型滤波器影响着SC-FDMA系统的PAPR性能的结论。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 研究的目的与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 海上通信系统发展现状  10-11
    1.2.2 SC-FDMA技术的研究现状  11-12
  1.3 研究主要内容与论文结构  12-14
第二章 海上移动无线信道建模与仿真  14-41
  2.1 移动无线信道模型综述  14-16
  2.2 海上电磁波反射特性研究与仿真  16-21
    2.2.1 粗糙度判决法  16-17
    2.2.2 瑞利准则法  17-18
    2.2.3 修正因子函数法  18-19
    2.2.4 反射系数比较法  19-21
  2.3 海上电磁波传播路径损耗模型研究  21-29
    2.3.1 海上电磁波反射损耗  22-27
    2.3.2 海上电磁波绕射损耗  27-29
    2.3.3 海上电磁波传播损耗模型  29
  2.4 海上移动无线信道模型的建立与仿真  29-39
    2.4.1 广义平稳不相关散射(WSSUS)  29-30
    2.4.2 海上弥散多径衰落信道模型  30-34
    2.4.3 海上离散多径衰落信道模型  34-38
    2.4.4 Nakagami-Rice分布  38-39
  2.5 本章总结  39-41
第三章 SC-FDMA技术方案  41-52
  3.1 SC-FDMA基本原理  41-43
  3.2 SC-FDMA信号生成方案  43-49
    3.2.1 SC-FDMA系统结构  43-45
    3.2.2 子载波映射方案  45-49
  3.3 SC-FDMA系统参数  49-51
    3.3.1 SC-FDMA帧结构参数设计原则  49-50
    3.3.2 SC-FDMA帧结构  50-51
  3.4 本章总结  51-52
第四章 SC-FDMA系统不同子载波映射方案分析与仿真  52-66
  4.1 SC-FDMA基带信号时域表达式  52-57
    4.1.1 集中式映射方案的时域信号表达式  52-54
    4.1.2 分布式映射方案的时域信号表达式  54-56
    4.1.3 交织式映射方案的时域信号表达式  56-57
  4.2 不同映射方案下SC-FDMA系统误码率性能仿真  57-64
    4.2.1 仿真参数的设置  57-59
    4.2.2 三种子载波映射方案下SC-FDMA系统误码率性能比较  59-62
    4.2.3 不同的子载波映射起始位置对SC-FDMA系统性能的影响  62-64
  4.3 本章总结  64-66
第五章 SC-FDMA系统PAPR分析与仿真  66-85
  5.1 立方量度和PAPR定义  66-67
  5.2 OFDMA和SC-FDMA系统的PAPR理论分析  67-69
  5.3 不同子载波映射方案下CCDF理论分析  69-78
    5.3.1 交织式映射方案下CCDF理论分析  69-72
    5.3.2 集中式映射方案的CCDF理论分析  72-78
  5.4 不同映射方案SC-FDMA系统的PAPR仿真分析  78-84
    5.4.1 仿真参数的设置  78-79
    5.4.2 OFDMA和SC-FDMA的PAPR仿真比较  79-80
    5.4.3 不同映射方案下SC-FDMA系统PAPR仿真研究  80-82
    5.4.4 子载波数目的设置对SC-FDMA系统PAPR的影响  82-83
    5.4.5 滤波器滚将系数对系统PAPR的影响仿真分析  83-84
  5.5 本章总结  84-85
第六章 总结和展望  85-87
  6.1 全文总结  85-86
  6.2 研究展望  86-87
参考文献  87-90
硕士期间发表的论文  90-91
致谢  91

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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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