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基于软件无线电的EBPSK调制抗干扰研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 选题的背景与意义

1.2 抗干扰通信

1.2.1 高效调制与抗干扰

1.2.2 扩展频谱通信

1.2.3 软件定义无线电的应用

1.3 论文任务与结构安排

第二章 EBPSK调制通信系统

2.1 EBPSK调制

2.2 EBPSK接收机

2.2.1 冲击滤波器

2.2.2 门限检测器

2.2.3 传输系统结构

2.3 EBPSK基带功率谱分析

2.3.1 简化的EBPSK基带功率谱

2.3.2 基带信号的解调性能

2.4 AWGN信道的抗噪声性能

2.4.1 基于冲击滤波器的误码率分析

2.4.2 跳变分量的误码率求解

2.4.3 正弦分量与判决门限

2.4.4 理论误码率的仿真验证

2.4.5 调制占空比对误码率的影响

2.4.6 EBPSK调制最佳接收机

2.5 本章小结

第三章 DS-SS/EBPSK调制通信系统模型

3.1 扩频原理与伪随机码

3.1.1 扩频原理

3.1.2 伪随机码与m序列

3.2 DS-SS/EBPSK调制

3.2.1 调制模型

3.2.2 DS-SS/EBPSK调制功率谱

3.3 伪码同步

3.3.1 伪码捕获

3.3.2 伪码跟踪

3.4 解调与解扩

3.5 本章小结

第四章 DS-SS/EBPSK调制抗干扰性能分析

4.1 AWGN信道误码率分析

4.1.1 发送成形滤波

4.1.2 扩频系统解调性能

4.2 AWGN信道抗干扰性能

4.2.1 宽带脉冲干扰

4.2.2 窄带干扰

4.2.3 BPSK调制干扰

4.3 衰落信道抗干扰性能

4.3.1 单径衰落信道

4.3.2 多径衰落信道

4.4 本章小结

第五章 DS-SS/EBPSK通信系统的SDR实现

5.1 NI SDR平台结构

5.1.1 数据转换模块

5.1.2 FPGA芯片与定时

5.1.3 模拟变频模块

5.2 基于LabVIEW语言的FPGA开发

5.3 DS-SS/EBPSK通信系统实现

5.3.1 中频收发信机的背景噪声

5.3.2 DS-SS/EBPSK调制系统

5.3.3 DS-SS/EBPSK解调系统

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 主要创新

6.3 研究展望

致谢

参考文献

在校期间研究成果

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摘要

随着现代无线通信技术的迅猛发展,特别是移动互联网出现和快速市场化,人们对信息传输速率提出了更高的要求,也使空中的无线频谱资率越来越拥挤。为了提高频谱利用率,新的调制解调技术不断涌现。以扩展二元相移键控(Extend Binary Phase Shift Keying,EBPSK)调制为代表的高效调制技术,表面上只是二元调制,却通过不对称调制和小角度调相紧缩传输信号频谱,呈现工程带宽上的“超窄带”,从而极大地提高了频谱利用率。
  抗干扰性能从来都是衡量无线通信系统的重要指标之一,对于复杂电磁环境下的军事通信至关重要。本文采用EBPSK调制与直接序列扩频两类技术,结合基于冲击滤波器的接收机,构建基于EBPSK调制的直接序列扩频系统(Direct Sequence Spread System based EBPSK modulation,DS-SS/EBPSK),探讨系统实现的关键技术,以及在高斯白噪声信道和衰落信道下的抗噪声性能和抗干扰性能,并在NI软件定义无线电平台(Software Defined Radio,SDR)上实现系统的收发实验。本文:
  1、详细介绍了EBPSK调制器和基于冲击滤波接收的高效解调技术,进而给出了EBPSK通信系统的传输结构;对简化的EBPSK调制提取基带信号,推导理论功率谱,更为直观了解EBPSK调制与传统BPSK调制的功率分配差别;以贝叶斯准则作为接收准则,推导出了EBPSK最佳接收的抗噪声性能,表明传统的相关接收机和匹配滤波器对于EBPSK调制仍是误码性能上的最佳接收机;将冲击滤波器视为窄带滤波器,利用分解调制波形的方法推导出AWGN信道下基于冲击滤波器接收机的抗噪声性能解析表达式,仿真表明理论推导的合理性,为冲击滤波器的进一步优化提供了可能的方向。
  2、给出了DS-SS/EBPSK系统的实现原理,调制功率谱和扩频解扩、伪码同步等关键技术,表明扩频使系统呈现了工程带宽意义上的扩展,香农公式中的以带宽换取信噪比方法对EBPSK调制仍然适用,进而为EBPSK调制与扩频调制技术结合的全新领域提供了一个依据和参考。
  3、分析了DS-SS/EBPSK通信系统在AWGN信道中的对抗宽带脉冲干扰、窄带干扰及BPSK调制干扰,表明扩频系统对窄带干扰具有良好的抑制性能;分析了在衰落信道中的扩频系统性能,表明EBPSK的不对称调制天然具有估计多径衰落参数的能力,通过调整码元周期可以躲避多径效应的影响。
  4、介绍了NI SDR平台,并根据提出的系统框架,利用两台NI SDR构建了DS-SS/EBPSK通信实时收发系统。

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