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1、分类号 U D C 工程硕士学位论文 学号 密级 短波数字通信系统关键技术研究 硕士生姓名张斌 学科领域电子与通信工程 研究方向现代通信系统设计 指导教师雷菁教授 国防科学技术大学研究生院 二O O 九年四月 G S 0 7 0 4 1 0 7 2 公开 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 摘要 短波通信具有通信距离远、机动性好、顽存性强等优点，在军事通信领域占 有重要的地位。由于短波信道的时变特性和易受电离层骚动的影响，短波通信在 稳定性、可靠性方面都比较差。为改善接收信号的质量和链路性能，本文以“X X X 短波通信传输技术研究项目【l 】为背景，重点研究了自适应均衡和信道编码这两项
2、 关键技术。 首先，本文从短波信道的特性入手，分析仿真了短波信道的多径效应和多普 勒效应对数据传输的影响，建立了基于W a t t e r s o n 模型的短波信道模拟模型，给出 了此模型的实现算法，并进行了仿真。 然后，基于自适应均衡技术的基本原理，分析了L M S 和R L S 算法的收敛跟踪 性能，仿真结果表明R L S 算法具有良好的跟踪和收敛性能；设计仿真了线性均衡 器和判决反馈均衡器的抽头个数对短波信道均衡的性能影响，结果表明判决反馈 均衡器更适合短波信道特性，实验方案具有一定的工程参考价值。 最后，基于衰落信道的编码技术，选择R S 码、卷积码和T u r b o 码，采用蒙特
3、 卡罗方法，讨论Q P S K 调制方式下的卷积码、级联码、T u r b o 码对短波数字通信系 统的性能改善情况。仿真结果表明：在同等调制方式下，要达到相同的误比特率， 级联码与单一码相比，可获得较大的编码增益，系统复杂度并没有增加；同样复 杂度下，T u r b o 码和卷积码相比，T u r b o 码比卷积码多获得2 d B 左右的编码增益。 本文研究成果直接应用到了项目的发射方案的设计中，取得了较好的效果。 主题词：短波通信、自适应均衡、信道编码 第i 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 A B S T R A C T H Fc o m m u n i c a t i o
4、 nw h i c hh a st h ea d v a n t a g eo fg o o dm o b i l i t y ，s t r o n gs t u b b o r n e x i s t e n c ea n de t c ，p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nm i l i t a r yc o m m u n i c a t i o n s B e c a u s eo f i t s t i m ev a r i a n t i t ya n dv u l n e r a b i l i t yt ot h ee f f e c
5、t so f i o n o s p h e r i cd i s t u r b a n c e s ，H F c o m m u n i c a t i o ni sp o o ra ts t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y I no r d e rt oi m p r o v et h eq u a l i t ya n d l i n kp e r f o r m a n c eo fr e c e i v e ds i g n a l ，b a s e do nt h e ”s t u d yo fX X X H Fc o m m u
6、n i c a t i o n s t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y ”p r o j e c t , o u rs t u d yf o c u so nt w ok e yt e c h n o l o g i e s ：a d a p t i v e e q u a l i z a t i o na n dc h a n n e lc o d i n g I nt h ef i r s tp l a c e ，b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i e so fH Fc h a n n e
7、l ，t h ei m p a c to fi t s m u l t i p a t he f f e c ta n dd o p p l e re f f e c to nd a t at r a n s m i s s i o nw a sa n a l y s e da n ds i m u l a t e d ， I - I Fc h a n n e ls i m u l a t i o nm o d e lb a s e do nW a R c r s o nm o d e IW a sc o n s t r u c t e da n dr e a l i z a b l e a
8、l g o r i t h mf o rt h i sm o d e lw a sp r o v i d e d T h e n , b a s e do nt h ef u n d a m e n t a lp r i n c i p l e so fa d a p t i v ee q u a l i z a t i o n , w ea n a l y s e d c o n v e r g e n c ea n dt r a c e a b i l i t yo fL M Sa n dR L Sw h i c hw a sp r o v e dt ob eb e t t e ri n
9、c o n v e r g e n c ea n dt r a c e a b i l i t y ；t h ei m p a c to ft a pn u m b e ro fl i n e a re q u a l i z e ra n dD e c i s i o n F e e d b a c kE q u a l i z e r ( D F E ) o ne q u a l i z a t i o no fH Fc h a n n dw a ss i m u l a t e d , i tw a ss h o w n t h a tD F EW a sm o r es u i t a
10、 b l ef o rI - I Fc h a n n e lc h a r a c t e r i s t i c sa n di t se x p e r i m e n t a lp r o t o c o l h a dc e r t a i nr e f e r e n c ev a l u e F i n a l l y ，b a s e d0 1 1t h ec o d i n gt e c h n i q u e so ff a d i n gc h a n n e l ，R Sc o d e 、c o n v o l u t i o n a l c o d ea n d 嘶0
11、c o d eW e l ec h o s e n , M o n t eC a r l oM e t h o dW a su s e dt od i s c u s st h e p e r f o r m a n c eo fI - I Fd i g i t a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m i m p r o v e db yc o n c a t e n a t e dc o d e ， c o n v o l u t i o n a lc o d ea n dT u r b oc o d ew h i c hw e r em o d u
12、l a t e db yQ P S K I tw a ss h o w n t h a t , u n d e rt h es a m em o d u l a t i o n ，t oa c h i e v et h es a m eb i te r r o rr a t e ，c o n c a t e n a t e dc o d e c o u l do b t a i nm o r ec o d i n gg a i nt h a ns i n g l ec o d ea n dt h es y s t e md i dn o ti n c r e a s ei n c o m p
13、l e x i t y ；u n d e rt h es a m ec o m p l e x i t y ，T u r b oc o d e so b t a i nm o r ec o d i n gg a i no fa r o u n d 2 d Bt h a nc o n v o l u t i o n a lc o d e 。 T h e s er e s u l t sh a v eb e e nd i r e c t l ya p p l i e dt od e s i g n n i n gt h el a u n c hp r o g r a m m ea n d a c
14、h i e v e dg o o dp e r f o r m a n c e K e yW o r d s ：H Fc o m m u n i c a t i o n ，a d a p t i v ee q u a l i z a t i o n ，c h a n n e lc o d i n g 第i i 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 表目录 表2 1 I T U R 建议的测试信道模型1 9 表3 1w 值与特征值扩散度的对应关系2 4 表4 1 错误位置多项式盯( x ) 的推导表3 5 表4 2 软判决维特比译码的基本编码增益( d B ) 3 8 表4 3 级联码在
15、I T U RF5 2 0 差信道中的性能数据4 5 第1 I I 页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 图目录 图1 1 均衡滤波器的分类3 图2 1 电离层示意图6 图2 2 短波多径传播示意图7 图2 3 多径时延的示意图8 图2 4 多普勒频移产生示意图9 图2 5 发送信号和信道的频谱1 1 图2 6 发送信号和接收信号频谱1 2 图2 7 多普勒扩展对1 K H z 单音信号的影响1 2 图2 8W a t t e r s o n 信道模型原理框图1 3 图2 9 短波信号电离层反射方式1 4 图2 10W a t t e r s o n 模型路径增益谱1 4 图2 1 1W a t t e r s o n 模型的软件仿真框图1 5 图2 12 多普勒频扩仿真框图“16 图2 1 3 多普勒频移仿真框图
