基于WFRFT的扩展混合载波信号设计与性能分析
发布时间：2022-10-21 20:55
纵观移动通信的演进过程,现代移动通信大约每十年就会经历一次较大的变革,而每一代的技术变革又几乎都是由物理层的新技术引领的。而作为物理层的重要一环,通信载波体制也一直随着通信技术的进步由传统的单载波（Single Carrier,SC）体制和多载波（Multi carrier,MC）体制逐渐向着架构统一相互兼容的方向演进。近年来,研究人员通过将加权分数傅里叶变换（Weighted Fractional Fourier Transform,WFRFT）理论引入通信系统之中,提出了一种新型的经典混合载波（Hybrid Carrier,HC）体制。该体制不仅符合载波体制的演进规律,可以实现对传统单载波体制和多载波体制的完全兼容,更因其信号能量在时频平面上的分布更加均匀,可以在时频双选信道下获得优于传统单载波和多载波体制的误码性能。但随着研究的深入,现有的经典混合载波系统存在的一些局限性也逐渐显露出来。首先,与传统单载波和多载波系统相比混合载波信号能量在时频平面上分布确实较为均匀,但由于受到WFRFT数学理论的限制,这种均匀只是相对的,而并不能做到完全均匀。其次,经典混合载波系统只在双选信道下获...
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.2 现有的通信载波体制
1.2.1 多载波体制
1.2.2 单载波体制
1.2.3 混合载波体制
1.3 载波体制研究中常用的信道模型
1.3.1 频率选择性衰落信道模型
1.3.2 时间选择性衰落信道模型
1.3.3 时频双选信道模型
1.4 本文的主要研究内容
第2章 经典混合载波系统基础理论
2.1 引言
2.2 单参数4-WFRFT的定义、性质及系数推导过程
2.2.1 单参数4-WFRFT的定义
2.2.2 单参数4-WFRFT的主要性质
2.2.3 单参数4-WFRFT的系数计算方法
2.3 M-WFRFT和多参数4-WFRFT的定义及其与单参数4-WFRFT的关系
2.3.1 M-WFRFT的定义及其与单参数4-WFRFT之间的关系
2.3.2 多参数4-WFRFT的定义及其与单参数4-WFRFT之间的关系
2.4 基于4-WFRFT的混载波系统实现方法及信号能量分布
2.4.1 4-WFRFT的离散算法
2.4.2 基于4-WFRFT的混合载波调制方法
2.4.3 混合载波信号在时频平面上的能量分布
2.5 本章小结
第3章 WFRFT的理论扩展及基于扩展混合载波系统的仿真研究
3.1 引言
3.2 EWFRFT的提出
3.2.1 应用于通信系统的加权变换所需满足的基本约束条件
3.2.2 基于通信系统基本约束条件的EWFRFT
3.2.3 EWFRFT的数学性质
3.3 EWFRFT与现有WFRFT之间的关系
3.3.1 EWFRFT与单参数4-WFRFT之间的关系
3.3.2 EWFRFT与单参数M-WFRFT之间的关系
3.3.3 EWFRFT与多参数4-WFRFT之间的关系
3.4 扩展混合载波信号特性
3.4.1 扩展混合载波信号频谱特性
3.4.2 扩展混合载波信号的设计灵活性
3.5 本章小结
第4章 基于扩展混合载波系统的时/频域两分量组合信号设计
4.1 引言
4.2 基于扩展混合载波系统的两分量信号结构
4.2.1 两分量信号实现的可行性
4.2.2 两分量信号性能增益原理
4.3 针对单载波和多载波的两分量信号设计
4.3.1 扩展混合载波时域两分量信号设计
4.3.2 扩展混合载波频域两分量信号设计
4.3.3 信号衰落相关性的补偿设计
4.4 复杂度分析及仿真
4.4.1 时/频域扩展混合载波系统实现复杂度分析
4.4.2 数值仿真
4.5 本章小结
第5章 基于代数与几何方法的扩展混合载波信号设计及仿真
5.1 引言
5.2 已知信道状态信息时的信号与信道匹配准则
5.2.1 EWFRFT对畸变总功率的影响
5.2.2 基于畸变功率方差最小化的匹配准则
5.3 基于信号与信道匹配准则的信号时频分量功率分配方案
5.3.1 信号时频能量分配方案直接算法
5.3.2 信号时频能量分配方案简化算法
5.3.3 时频能量分配方案算法复杂度分析
5.4 符合时频能量分配方案的扩展混合载波信号设计
5.4.1 基于代数方法的信号设计
5.4.2 基于几何方法的信号设计
5.5 性能分析及仿真
5.6 本章小结
结论
参考文献
附录A 两分量信号畸变功率均值推导过程
附录B 两分量信号畸变功率方差推导过程
攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]WFRFT modulation recognition based on HOC and optimal order searching algorithm[J]. LIANG Yuan,DA Xinyu,WU Jialiang,XU Ruiyang,ZHANG Zhe,LIU Hujun. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2018(03)
[2]5G关键技术研究[J]. 周竞科. 信息通信. 2018(03)
[3]隐蔽通信中MP-WFRFT系统星座预编码设计[J]. 梁源,达新宇,徐瑞阳,倪磊. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(02)
[4]基于物理层信息加密的卫星隐蔽通信研究[J]. 倪磊,达新宇,王舒,梁源. 工程科学与技术. 2018(01)
[5]卫星混合载波混沌相位扰码安全传输方案[J]. 张喆,达新宇,刘慧军,梁源,徐瑞阳,翟东. 西安交通大学学报. 2017(12)
[6]基于加权类分数傅立叶变换的变换域通信系统[J]. 梅林,房宵杰,沙学军. 中兴通讯技术. 2017(03)
[7]On the Probability Density Function of the Real and Imaginary Parts in WFRFT Signals[J]. Xiaolu Wang,Lin Mei,Zhenduo Wang,Naitong Zhang. 中国通信. 2016(09)
[8]采用4-WFRFT和人工噪声的变换域通信物理层安全传输[J]. 王舒,达新宇,褚振勇,朱丽莉. 四川大学学报(工程科学版). 2016(03)
[9]一种加权傅里叶变换域通信方法[J]. 达新宇,廉晨. 系统工程与电子技术. 2015(12)
[10]Research on the application of 4-weighted fractional Fourier transform in communication system[J]. MEI Lin 1, SHA XueJun 1 , RAN QinWen 2 ＆ ZHANG NaiTong 1 1 Communication Research Center, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China;2 Science Research Center, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China. Science China（Information Sciences）. 2010(06)
博士论文
[1]混合载波功率域阶数选择策略与非正交多址技术研究[D]. 王晓鲁.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于加权分数傅立叶变换的双选信道下干扰抑制方法研究[D]. 王焜.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于分数傅立叶变换的混合载波通信系统性能研究[D]. 邱昕.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3696362
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.2 现有的通信载波体制
1.2.1 多载波体制
1.2.2 单载波体制
1.2.3 混合载波体制
1.3 载波体制研究中常用的信道模型
1.3.1 频率选择性衰落信道模型
1.3.2 时间选择性衰落信道模型
1.3.3 时频双选信道模型
1.4 本文的主要研究内容
第2章 经典混合载波系统基础理论
2.1 引言
2.2 单参数4-WFRFT的定义、性质及系数推导过程
2.2.1 单参数4-WFRFT的定义
2.2.2 单参数4-WFRFT的主要性质
2.2.3 单参数4-WFRFT的系数计算方法
2.3 M-WFRFT和多参数4-WFRFT的定义及其与单参数4-WFRFT的关系
2.3.1 M-WFRFT的定义及其与单参数4-WFRFT之间的关系
2.3.2 多参数4-WFRFT的定义及其与单参数4-WFRFT之间的关系
2.4 基于4-WFRFT的混载波系统实现方法及信号能量分布
2.4.1 4-WFRFT的离散算法
2.4.2 基于4-WFRFT的混合载波调制方法
2.4.3 混合载波信号在时频平面上的能量分布
2.5 本章小结
第3章 WFRFT的理论扩展及基于扩展混合载波系统的仿真研究
3.1 引言
3.2 EWFRFT的提出
3.2.1 应用于通信系统的加权变换所需满足的基本约束条件
3.2.2 基于通信系统基本约束条件的EWFRFT
3.2.3 EWFRFT的数学性质
3.3 EWFRFT与现有WFRFT之间的关系
3.3.1 EWFRFT与单参数4-WFRFT之间的关系
3.3.2 EWFRFT与单参数M-WFRFT之间的关系
3.3.3 EWFRFT与多参数4-WFRFT之间的关系
3.4 扩展混合载波信号特性
3.4.1 扩展混合载波信号频谱特性
3.4.2 扩展混合载波信号的设计灵活性
3.5 本章小结
第4章 基于扩展混合载波系统的时/频域两分量组合信号设计
4.1 引言
4.2 基于扩展混合载波系统的两分量信号结构
4.2.1 两分量信号实现的可行性
4.2.2 两分量信号性能增益原理
4.3 针对单载波和多载波的两分量信号设计
4.3.1 扩展混合载波时域两分量信号设计
4.3.2 扩展混合载波频域两分量信号设计
4.3.3 信号衰落相关性的补偿设计
4.4 复杂度分析及仿真
4.4.1 时/频域扩展混合载波系统实现复杂度分析
4.4.2 数值仿真
4.5 本章小结
第5章 基于代数与几何方法的扩展混合载波信号设计及仿真
5.1 引言
5.2 已知信道状态信息时的信号与信道匹配准则
5.2.1 EWFRFT对畸变总功率的影响
5.2.2 基于畸变功率方差最小化的匹配准则
5.3 基于信号与信道匹配准则的信号时频分量功率分配方案
5.3.1 信号时频能量分配方案直接算法
5.3.2 信号时频能量分配方案简化算法
5.3.3 时频能量分配方案算法复杂度分析
5.4 符合时频能量分配方案的扩展混合载波信号设计
5.4.1 基于代数方法的信号设计
5.4.2 基于几何方法的信号设计
5.5 性能分析及仿真
5.6 本章小结
结论
参考文献
附录A 两分量信号畸变功率均值推导过程
附录B 两分量信号畸变功率方差推导过程
攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]WFRFT modulation recognition based on HOC and optimal order searching algorithm[J]. LIANG Yuan,DA Xinyu,WU Jialiang,XU Ruiyang,ZHANG Zhe,LIU Hujun. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2018(03)
[2]5G关键技术研究[J]. 周竞科. 信息通信. 2018(03)
[3]隐蔽通信中MP-WFRFT系统星座预编码设计[J]. 梁源,达新宇,徐瑞阳,倪磊. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(02)
[4]基于物理层信息加密的卫星隐蔽通信研究[J]. 倪磊,达新宇,王舒,梁源. 工程科学与技术. 2018(01)
[5]卫星混合载波混沌相位扰码安全传输方案[J]. 张喆,达新宇,刘慧军,梁源,徐瑞阳,翟东. 西安交通大学学报. 2017(12)
[6]基于加权类分数傅立叶变换的变换域通信系统[J]. 梅林,房宵杰,沙学军. 中兴通讯技术. 2017(03)
[7]On the Probability Density Function of the Real and Imaginary Parts in WFRFT Signals[J]. Xiaolu Wang,Lin Mei,Zhenduo Wang,Naitong Zhang. 中国通信. 2016(09)
[8]采用4-WFRFT和人工噪声的变换域通信物理层安全传输[J]. 王舒,达新宇,褚振勇,朱丽莉. 四川大学学报(工程科学版). 2016(03)
[9]一种加权傅里叶变换域通信方法[J]. 达新宇,廉晨. 系统工程与电子技术. 2015(12)
[10]Research on the application of 4-weighted fractional Fourier transform in communication system[J]. MEI Lin 1, SHA XueJun 1 , RAN QinWen 2 ＆ ZHANG NaiTong 1 1 Communication Research Center, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China;2 Science Research Center, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China. Science China（Information Sciences）. 2010(06)
博士论文
[1]混合载波功率域阶数选择策略与非正交多址技术研究[D]. 王晓鲁.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于加权分数傅立叶变换的双选信道下干扰抑制方法研究[D]. 王焜.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于分数傅立叶变换的混合载波通信系统性能研究[D]. 邱昕.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3696362
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