基于软件无线电的高谱效通信系统的研究与实现

基于软件无线电的高谱效通信系统的讨论与实现随着移动通信技术的迅猛进展,人们对于移动通信业务速率的需求也快速提升着,移动通信对于突破现有频谱和带宽限制的渴望迅速增长。面对更加巨大的移动数据业务量和有限带宽的挑战,追求更高的传信率、更高的频谱效率成为无线通信系统设计的趋势。为了提高无线通信系统的频谱利用率,重叠复用理论应运而生,重叠复用原理是利用传输数据相邻符号间的移位叠加,通过人为使得符号间进行有规律重叠的方式来提高频谱效率,把重叠复用原理运用到频域上称为重叠频分复用(Overlapped Frequency Division Multiplexing,OvFDM),运用于时域上即为重叠时分复用(Overlapped Time Division Multiplexing,OvTDM)。本文基于 Lab VIEW 和 USRP 的软件无线电平台,根据重叠时分复用技术,实现了一个具有高频谱效率的无线通信系统。该实验系统最高频谱效率为 10 bit/s/Hz。第二章详细介绍了重叠复用原理,尤其是详尽地介绍了在本系统中所使用的重叠时分复用技术,介绍了重叠时分复用的系统模型,及其编码结构,以及证明了符号间的移位重叠是可以带来频谱效率的提升。除此之外还结合重叠时分复用系统的发送端介绍了本系统所使用的软件无线电平台,分为软件部分 Lab VIEW 的介绍以及硬件部分 USRP 的介绍。第三章以接收机各组成部分为主线,介绍了实现各个模块的相关算法,以及实现方式,包括符号同步、帧同步、载波同步和信道估量模块。因为重叠时分复用系统需要较高的估量精度,以达到较好的译码效果、较小的误比特率,所以在载波同步模块需要实现一个更加精准的同步,本文着重讨论并实现了载波同步模块,比较了 Moose 算法、FITZ 算法和 L&R 算法三种算法的性能。通过仿真得出在信噪比较低的时候通过增加训练序列长度获得较高的估量精度。第四章重点介绍了重叠时分复用系统的译码模块,这部分实现了维特比译码算法和费诺算法,对两种算法从性能和运算复杂度等方面进行了比较。得出在信噪比较高时可以使用费诺算法降低运算复杂度而获得较低的误比特率,在信噪比较低时使用维特比算法获得较低的误比特率。第五章是本文的总结,重叠时分复用技术对提高系统频谱效率有着一定的增益,在较为恰当的算法组合下能够较好的实现重叠时分复用系统,但是离实际应用还有较大距离,同时基于目前的讨论状况也提出了一些对未来讨论方向的一个思考。