超窄带通信系统抗衰落性能提升

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物联网可以通过基础网络实现万物互联,但是一些设备由于功耗、信号覆盖等问题无法接入物联网。低功耗广域物联网的产生解决了这些设备的接入问题。超窄带调制作为低功耗广域物联网物理层的关键技术,由于占用的带宽非常窄并具有很高的频带利用率,使其抗干扰性能较强,对低功耗广域物联网的高可靠性和高覆盖率具有重要意义。本文主要以超窄带调制中的扩展的二元相移键控(Extended Binary Phase Shift Keying,EBPSK)及多元位置相移键控(M-ary Position Phase Shift Keying,MPPSK)为研究对象,在不同衰落信道中研究系统性能并且针对不同衰落信道提出能够提高系统抗衰落性能的方案。主要研究成果如下:针对衰落信道中深度衰落引起EBPSK系统出现倒置的冲击包络造成连续误码的问题,本文提出一种改进的插值估计判决门限算法。通过在发送码元中插入训练序列,接收信号采样后用线性插值估计每个发送码元分别为码元“0”或码元“1”的值。若检测到码元“1”的值小于码元“0”的值则更新估计的码元“1”和接收码元的值分别为两倍码元“0”的估计值与两值之差,从而消除了冲击包络发生倒置的影响。最后进行门限判决便可得到解调信号。仿真结果表明,改进的插值估计判决门限算法与已有的抗衰落算法相比可以进一步降低EBPSK系统的误码率。针对多径时变信道中EBPSK系统时延估计不准确和误码率较高的问题,本文提出多径时变信道EBPSK系统时延估计方案和多径时变信道改进的插值估计判决门限算法。首先利用时延估计方案根据包络峰值估计各径时延。然后利用多径时变信道改进的插值估计判决门限算法估计各径中每个码元的实时判决门限。最后用每个码元对应的各径判决门限之和对每个码元对应的各径接收信号之和进行判决即可解调信号。仿真结果表明,该算法在时变多径信道中降低了系统的误码率。针对多径信号易产生码间干扰的问题,本文提出一种针对MPPSK系统的多径分离方案。通过设置MPPSK调制的参数满足多径分离表达式,子径信号的相位跳变部分会落入主径信号的非相位跳变部分,因此信号通过冲击滤波器后产生的包络冲击不会相互混叠。然后接收机利用每一径的时延对各径信号采样后即可联合判决信号。仿真结果表明,该方案在不牺牲码元发送速率的情况下避免了码间干扰,接收机实现多径分离后利用多径联合判决解调信号从而提高了系统解调性能。上述工作为EBPSK系统和MPPSK系统在实际衰落信道中应用提供了一定参考,同时为EBPSK系统和MPPSK系统在更复杂场景的研究提供了一定基础。
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