基于标准的通信波形研究报告样本.doc
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1、摘要短波信道含有时变,多径,快速衰落等多个特点,使得接收到短波信号存在严重符号间干扰(Inter-symbol Interference,ISI),这种干扰会造成通信错误或严重失效。信道均衡是抑制ISI关键技术之一,尤其是在复杂多变短波系统中,对于高性能均衡算法研究就愈加关键。优化均衡算法含有很高复杂度,通常而言,它是随延迟符号数成指数上升。而通常均衡器往往伴有很大性能失真。多年来,迭代均衡算法作为抵御ISI有效实现方法,能取得误码性能及其实现复杂度优化折中。依据短波系统特点,本文在经典短波Watterson信道基础上,针对特定短波通信技术标准,即MIL-STD-188-110C中单音道串行模
2、式,关键研究了RLS自适应均衡算法。利用递归最小二乘法(Recursive Least Squares ,RLS)估量、跟踪时变短波信道系数。并在经典Watterson信道下,基于MIL-STD-188-110C标准单音道串行波形设计方案,给出了基于RLS算法自适应均衡器BER性能。经过对MIL-STD-188-110C中单音道通信模式仿真,分析了在Watterson信道下长交织和短交织对于系统性能影响,对后续研究打下基础。关键词:短波系统,MIL-STD-188-110C 标准,Watterson信道,RLS均衡,ISI。ABSTRACTShort-wave system is a time
3、-varying, multipath,fading system,these characteristics will make the signal a serious inter-symbol interference (ISI),such interference can cause communication errors ,even communication failure. Channel equalization is one of the key technologies of eliminating ISI,the high-performance equalizatio
4、n algorithm is even more important in the volatile short-wave system.but the optimized algorithm of the equalization have high complexity,in general,the complexity increased by the exponentially of the delay symbols.Low complexity equalizer is often associated with the distortion of performance.In r
5、ecent years,iterative equalization algorithm is an effective way to achieve a resistance ISI which can obtain the trade-offs of the BER performance and the complexity of the optimization.According to the characteristics of short-wave systems , in the classic short Watterson channel , this paper base
6、d on the specific short-wave communications technology standard, that MIL-STD-188-110C , focus on the RLS adaptive equalization algorithm .This paper use recursive least squares Algorithm (Recursive Least Squares, RLS) to estimate , and track the time-varying coefficients of HF channel. We give BER
7、performance of RLS under the serial mode in MIL-STD-188-110C.Finally,through the mode simulation of serial (single-tone) mode in MIL-STD-188-110C,this paper carefully analysed the performance of different interleaving influence for further research.Keywords:short-wave systems, MIL-STD-188-110C,Watte
8、rson channel, RLS Equalizer,ISI。目 录第1章 绪论11.1研究背景11.1.1 MIL-STD-188-110 系列标准介绍11.1.2 MIL-STD-188-110C11.2 短波系统21.2.1 短波传输方法31.2.2 短波系统物理特点31.2.3 短波系统传输特点41.3 均衡技术发展61.4 本文研究关键内容71.5 本文内容安排7第2章 MIL-STD-188-110C系统波形方案92.1 110C波形相关参数92.2 编码102.3 交织122.2.1 交织写入122.2.2交织获取132.4格雷编码142.5 符号形成152.5.1 未知数据符
9、号形成152.5.2 已知符号形成162.5.3 同时前导序列162.6加扰182.6.1随机序列发生器182.7 PSK调制192.8 性能测试要求202.9 本章小结21第3章 均衡技术研究223.1均衡基础原理223.2均衡器结构和种类223.3自适应均衡233.3.1自适应均衡基础原理243.3.2 经典自适应均衡算法253.4 本章小结31第4章 MIL-STD-188-110C波形仿真链路324.1整体链路324.2发端链路334.2.1数据产生链路334.2.2 FEC编码链路334.2.3 交织链路344.2.4格雷编码链路354.2.5符号形成链路364.2.6插入已知数据3
10、84.2.7随机序列产生链路384.2.8序列加扰链路394.2.9调制链路394.3 收端链路404.3.1 均衡链路404.3.2解扰链路424.3.3 帧对齐链路434.3.4符号提取链路444.3.5 格雷解码链路444.3.6解交织链路454.3.7译码链路454.3.8误码率计算链路464.4链路性能分析464.4.1高斯信道链路性能分析464.4.2Watterson信道下长交织和短交织误码性能分析474.5本章总结50第5章 全文总结和展望515.1全文总结515.2未来研究方向51参考文件52致谢53外文资料原文54外文资料译文57图 表 目 录图1-1 短波传输方法3图2-
11、1 FEC编码步骤图11图2-2 随机移位寄存器功效框图19图2-3 星座图19图3-1 均衡器分类23图3-2 自适应均衡器基础结构25图4-1 MIL-STD-188-110C波形仿真链路32图4-2 FEC编码步骤图33图4-3 格雷解码器模型35图4-4 D1和D2产生器38图4-5 插入已知数据后整合形式38图4-6 随机移位寄存器功效框图38图4-7 随机序列产生模块39图4-8 8PSK星座图39图4-9 均衡器40图4-10 均衡器第一层40图4-11 均衡器第二层41图4-12 均衡器第三层42图4-13 解扰器43图4-14 信号提取模块44图4-15 接收信号星座图44图
12、4-16 格雷解码器模型45图4-17 高斯信道下链路误码性能曲线46图4-18 好信道条件下误码性能曲线47图4-19 中等信道条件下误码性能曲线48图4-20 差信道下利用RLS进行均衡误码曲线49表1-1 MIL-STD-188-110系列标准比较2表1-2 电离层分层结构4表1-3 短波信道衰落类型5表1-4 CCIR推荐3种信道参数表6表2-1 短波宽带数据波形相关参数9表2-2 跳频操作波形特征9表2-3 固定频率操作波形特征10表2-4 跳频操作差错校验编码11表2-5 固定频率操作差错校验控制12表2-6 交织矩维度13表2-7 每个信道符号比特数13表2-8 在2400和48
13、00bps改善格雷解码14表2-9 75bps固定频率和1200bps格雷编码14表2-10 75bps信道符号映射16表2-11 诊疗信号D1和D2分配17表2-12 2比特数值到3比特数值转换17表2-13 同时前导序列信道符号映射18表2-14 串行(单音道)模式最小性能要求20表4-1 交织写入表34表4-2 格雷解码35表4-3 两比特信息到三比特信息映射36表4-4 诊疗信号D1和D2分配36表4-5 信道符号映射为前导序列37表4-6 格雷编码45表4-7 仿真所用信道参数47缩略词说明英文缩写英文全称汉字释义AMAmplitude Modulation调幅BERBit Erro
14、r Rate误比特率BPSKBinary Phase Shift Key二进制相移键控BWBandwith带宽CCIRInternational Radio Consulative Committee国际无线电咨询委员会CPCorrectness Proofs正确性证实DFEDecision Feedback Equalization判决反馈均衡器FECForward Error Correction前向纠错编码HFHigh Frequency高频ISIInter-symbol Interference符号间干扰LELinear equalization线性均衡LMSLeast Mean Sq
15、uare最小均方算法MAPMaximum A Posteriori最大后验概率MLSEMaximum Likelihood Sequence Estimation最大约似函数估测MMSEMinimum Mean Square Error最小均方误差PAPRPeak to Average Power Ratio峰值平均功率比PSKPhase Shift Key相移键控QAMQuadrature Amplitude Modulation正交幅度调制QPSKQuadrature Phase Shift Key正交相移键控RLSRecursive Least Squares递归最小二乘法SNRsign
16、al-to-noise ratio信噪比TDMATime Division Multiple Access时分多址ZFZero forcing迫零算法第1章 绪论1.1研究背景1.1.1 MIL-STD-188-110 系列标准介绍MIL-STD-188-110系列标准Error! Reference source not found.自1991年公布第一版以来,一直备受业界高度关注,中国也将其作为制订短波通信标准基础和关键参考。伴随应用需求改变和技术不停成熟,MIL-STD-188-110系列标准也在不停地改善和完善,以后分别于4月和9月公布了该系列标准第二版MI-STD-188-110B(
17、以下简110B)和第三版MI-STD-188-110C(以下简称110C)。在MIL-STD-188-110系列标准制订过程中,设计者们还参考了如STANAG 4197等其它通信标准和协议,使110系列标准含有广泛普适性。MIL-STD-188-110A(以下简称110A)标准采取1.5kHz带宽,调制方法为8-PSK,数据速率在不加编码条件下只有4800bit/s,现在中国短波调制解调器标准大多以该标准为基础而建立。110B标准是110A标准升级版,加入了新调制方法种类,带宽增加到3kHz,数据速率在不加编码条件下最高可达12800bit/s,基础满足了当初需求。该标准采取了前向纠错编码(F
18、orward Error Correction,FEC)和交织编码,提升了纠错能力。和前两版相比较,110C标准在技术上有了质飞跃。该标准采取了宽带数据传输技术,最大带宽可达24kHz,最高数据速率也达成了120kbit/s,大大提升了数据传输效能和可靠性。经过20多年不停积累和发展,MIL-STD-188-110系列标准已经成为了实际上短波通信工业标准,对世界短波通信发展含有深远影响。1.1.2 MIL-STD-188-110C9月23日,美国防部正式颁布了由Harris和Rockwell Collins企业共同参与设计MIL-STD-188-110系列标准最新版本110C。和110B标准中
19、短波窄带调制系统相比,110C标准重新定义了以3kHz为间隔、最大24kHz带宽、最高数据速率120kbps(累计33种速率)13种宽带调制波形。110C标准对交织技术进行了优化,取消了Very Short和Very Long两种交织类型,使交织深度最短平均值为0.12 s、最长平均值为7.68s。编码方面,采取了基于约束长度为7或9卷积码,利用去冗余和反复译码技术得到了最低1/16、最高9/10编码率。基于短波信道特征,用户能够依据不一样需求选择带宽和调制波形,使调制解调器效能达成最优。现在Harris企业已设计出能够完全适应新型短波宽带数据通信标准原型机,于6月分别在3kHz、6kHz、1
20、2kHz和24kHz带宽上对110C标准草案进行了模拟信道测试和空中性能测试。110C标准颁布,从根本上改变了以窄带为主短波数据通信体制,为短波通信全方面跨入宽带通信时代打下了坚实基础。具体对比如表1-1所表示。表1-1 MIL-STD-188-110系列标准比较标准带宽交织深度调制方法最大传输速率110A1.5kHz分别是0.12s、0.36s、1.08s、2.15s、4.31s、8.61s8PSK4800bps110B3.0kHz分别是0.12s、0.36s、1.08s、2.15s、4.31s、8.61sQPSK、8-PSK、16-QAM、32-QAM、64-QAM12800bps110C
21、以3 kHz为间隔、最大24 kHz带宽分别是0.12s、1.08s、2.15s、4.31sQPSK、8-PSK、16-QAM、32-QAM、64-QAM、Walsh 码、2-PSK、4-PSK 和 256- QAM1200kbps1.2 短波系统依据国际无线电咨询委员会(International Radio Consulative Committee,CCIR)划分,短波是指频率为 330MHz无线电波,因为它波长短,为10m-100m,所以称之为短波。利用短波频段进行通信又简称为短波通信,或高频(High Frequency ,HF)通信。1.2.1 短波传输方法短波传输分两种方法:天波
22、传输和地波传输。图1-1所表示地波传输关键是指电池波沿着地球表面传输,依据衍射知识,波传输过程中,只有在波长大于或相当于障碍物长度时候,才会发生绕射,而短波波长短,地面障碍物变多时候,沿地球表面传输地波绕射能力差,传输有效距离短。所以地波传输是中频信号关键传输模式,关键用于调幅(Amplitude Modulation,AM)广播和海岸无线电广播频段。在AM广播中,甚至大功率地波传输范围全部限于150km左右;天波传输是依靠电波经过电离层反射(弯曲或折射)来进行传输,电离层是由在地球表面之上高度50400km 范围中几层带电粒子组成,短波以天波形式传输时,在电离层中所受到吸收作用小,有利于电离
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