MIMO多维联合通信抗干扰的关键技术研究

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无线通信技术的发展带来的一个重大进步是无线信道被大量的用户复用。同时,随着信号处理技术的进步,通信干扰技术也越来越先进。不仅是干扰台发射功率越来越大,干扰的方式也越来越多样化和多变。因此,无线通信系统不仅要面对用户复用带来的系统间的干扰,同时要解决由于干扰技术进步所带来的对抗干扰的难题。传统的用户隔离和抗干扰技术依赖于训练码和导频码,在实际应用中,先进的干扰技术往往能够破坏系统的同步,这使得对同步要求很高的现代无线通信系统在干扰的环境下无法完成可靠通信。为了应对日益复杂的干扰环境,需要设计一种适用于多种强干扰环境下的多用户无线通信系统,这种系统一方面能滤除系统外部的人为干扰,一方面能够完成用户信号的隔离。此外,它还能在各种强度的干扰下精确工作,同时它还需要能在接收机未获得精确同步的情况下完成干扰滤除和用户隔离。本文主要研究了基于相关函数的信号处理的扩频通信系统,分析了扩频通信系统主要面临的干扰的特性,并结合干扰信号和用户信号的自相关特性,通过对接收信号的相关函数进行分析和处理,得到滤除干扰并且隔离用户信号的滤波器。第二章介绍了已有的基于自相关信号处理的基本原理以及利用这些原理实现滤除干扰的无线通信系统。自相关信号处理的方法关键技术是人为构造自相关函数序列线性独立的多用户信号,和利用接收信号的协方差矩阵提取滤除干扰的滤波器。滤除干扰的滤波器通过对接收信号的协方差矩阵的分解得到。但是干扰信号的自相关函数通信方无法控制,只能假设干扰信号的自相关函数序列与用户信号线性独立,这个假设在多数情况下是成立的。第三章研究了基于自相关信号处理的直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum , DSSS)系统,首先介绍了直接序列扩频系统的原理和对该系统影响严重的单音干扰。直接序列扩频系统信号的自相关特性与白噪声类似,而单音干扰的自相关函数与它的初始相位无关,并且出现周期性的峰值。本文基于自相关匹配,利用用户信号与单音干扰信号的统计特性,提出了在高斯信道和多径信道下的抗干扰方案。通过仿真验证了这种方案能有效的滤除干扰,并且抗干扰的性能对干扰和噪声的强度不敏感。第四章研究了基于自相关信号处理的跳频(Frequency Hopping, FH)系统。首先介绍了跳频系统的原理和多音、转发式干扰对跳频系统的影响,然后推导了这些形式的信号的自相关特性。通过推导结果可知,相移键控(Phase Shift Keying, PSK)调制的跳频信号的自相关特性类似直接序列扩频信号,频移键控(Frequency Shift Keying, FSK)调制的跳频信号在频率挑选后具有周期性的峰值(即循环平稳)。利用它们的特性,提出了PSK调制下跳频系统滤除多音干扰的方案。同时提出了FSK调制下跳频系统滤除转发式干扰的方案,该方案克服了已有的自相关信号处理方案在干扰为白信号时不适用的缺点。通过仿真验证了这些方案的能有效的滤除干扰,并且并且抗干扰的性能对干扰和噪声的强度不敏感。第五章总结了全文,指出了本文的贡献和不足,以及后续的研究方向。
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