基于分?jǐn)?shù)傅里葉變換的Chirp信號無線傳輸技術(shù)研究.pdf

1、非平穩(wěn)信號是現(xiàn)實生活中普遍存在的一種信號形式，但在相當(dāng)長一段時間內(nèi)，人們對信號的分析僅局限于平穩(wěn)情況。隨著對各種信號處理要求的提高、研究的深入，非平穩(wěn)信號的處理逐漸成為現(xiàn)代信號處理研究的熱點之一。于是研究人員提出了一系列新的時頻分析理論和方法，分?jǐn)?shù)傅里葉變換就是其中一種。它是在時頻平面內(nèi)，坐標(biāo)軸繞原點逆時針旋轉(zhuǎn)任意角度后到達(dá)的分?jǐn)?shù)傅里葉變換域上信號的表示方法，是一種廣義的傅里葉變換。Chirp信號(線性調(diào)頻信號)是一種典型的非平穩(wěn)信號，

2、同時，它也是分?jǐn)?shù)傅里葉變換的基函數(shù)，這使得分?jǐn)?shù)傅里葉變換在處理Chirp信號方面占有很大優(yōu)勢。
　　目前，基于Chirp信號的通信體制受到了一定的關(guān)注，主要是將其作為一種寬帶信號應(yīng)用于雷達(dá)、聲納和地震勘探等工程技術(shù)領(lǐng)域。但在日常通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究才剛剛起步，因此本文以分?jǐn)?shù)傅里葉變換對 Chirp信號的處理為主要技術(shù)路線，在現(xiàn)有通信系統(tǒng)資源框架內(nèi)，以不增加系統(tǒng)頻譜資源為前提，對 Chirp信號在同步捕獲、資源復(fù)用技術(shù)等通信方面的應(yīng)

3、用潛力展開深入研究，旨在能夠更好地提升系統(tǒng)性能、更充分的利用系統(tǒng)資源。主要工作和貢獻(xiàn)有以下幾個方面：
　　第一，對分?jǐn)?shù)傅里葉變換處理 Chirp信號的研究。首先研究了分?jǐn)?shù)傅里葉變換的定義方式和性質(zhì)，指出其在信號處理，尤其是 Chirp信號處理方面的潛力。然后為使其能夠在信號處理中得到實際應(yīng)用，研究了分?jǐn)?shù)傅里葉變換的離散算法。最后對 Chirp信號的分?jǐn)?shù)傅里葉變換進(jìn)行了理論推導(dǎo)，研究了實際截斷信號的處理結(jié)果，為后面章節(jié)Chirp信號

4、處理奠定了基礎(chǔ)。
　　第二，對分?jǐn)?shù)傅里葉變換處理 Chirp同步信號的研究。首先研究了分別以余弦信號和Chirp信號為載波的相關(guān)滑動窗同步捕獲方法的性能，指出由于Chirp信號良好的自相關(guān)特性，其可以在低信噪比時具有很好的捕獲精度。為了在不增大同步信號的采樣率、能量、帶寬的前提下進(jìn)一步提高同步捕獲性能，根據(jù)Chirp信號在分?jǐn)?shù)傅里葉域的能量聚集特性，提出一種將Chirp信號變換到分?jǐn)?shù)傅里葉變換域的同步捕獲方法，在帶寬不變條件下用一

5、個 Chirp信號代替由余弦信號調(diào)制的多比特巴克碼序列作為同步信號。并且，對這幾種同步方法的捕獲概率進(jìn)行了理論推導(dǎo)和比較。研究結(jié)果表明隨著同步碼片數(shù)的增加，Chirp信號分?jǐn)?shù)域峰值判決法具有更好的捕獲性能，在有多徑干擾、相位誤差的環(huán)境中同樣可以得到很好的效果。并且 Chirp信號在分?jǐn)?shù)域易于與余弦載波信息信號相分離，因而對傳輸信息的干擾小。該方法只需一次計算節(jié)省了捕獲時間和計算量。
　　第三，對Chirp信號資源復(fù)用方面的研究。為

6、了將Chirp信號作為載波應(yīng)用于通信系統(tǒng)，首先研究了 Chirp信號分?jǐn)?shù)域峰值判決法的性能，該方法以 Chirp信號為載波，調(diào)頻率攜帶信息，是一種具有很好的抗干擾能力的傳輸系統(tǒng)。而后為了提高系統(tǒng)在白噪聲信道下的性能，在 BPSK調(diào)制 Chirp信號的傳輸系統(tǒng)中引入分?jǐn)?shù)域濾波，獲得與傳統(tǒng)余弦載波相同的效果。最后，以保持現(xiàn)有通信系統(tǒng)資源和性能不變?yōu)榍疤?，提出了一種基于頻譜檢測的Chirp、余弦信號混合調(diào)制解調(diào)方法。該方法基于Chirp信號和

7、余弦信號在不同分?jǐn)?shù)傅里葉變換域的聚集特性，在現(xiàn)有的余弦載波通信體制的頻譜空隙內(nèi)疊加 Chirp信號，實現(xiàn)了對頻譜資源的復(fù)用，引入頻域濾波器和分?jǐn)?shù)域濾波器，以消除信號間相互干擾。并通過計算機(jī)仿真和硬件實測對所提方法進(jìn)行了驗證。
　　第四，對 Chirp信號在擴(kuò)頻通信中應(yīng)用的研究。為了克服碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中存在著多用戶干擾這一問題，提出了一種擴(kuò)頻序列調(diào)制余弦信號和Chirp信號混合載波的擴(kuò)頻方式。研究表明隨著系統(tǒng)擴(kuò)頻碼長度和用

8、戶數(shù)的增加，該方法可以獲得更低的誤碼率，并且當(dāng)系統(tǒng)同步狀況惡化時，對系統(tǒng)性能的改善更為明顯。該方法在自組網(wǎng)、CDMA上行鏈路這類無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格同步的系統(tǒng)中有很好的應(yīng)用前景。最后，為了提高系統(tǒng)抗干擾性能，提出一種基于分?jǐn)?shù)傅里葉變換的不等功率譜密度Chirp信號多址方式，用不同調(diào)頻率的Chirp信號來區(qū)分用戶，并在接收端引入分?jǐn)?shù)傅里葉變換域濾波。研究結(jié)果表明存在單頻干擾時，與直擴(kuò)系統(tǒng)相比該方法可以獲得更低的誤碼率，該方法適合在存在干擾的環(huán)