時(shí)移非正交多載波調(diào)制技術(shù)的性能分析及其應(yīng)用研究.pdf

1、近年來，隨著移動(dòng)通信和因特網(wǎng)的融合，數(shù)字通信技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，人們對(duì)通信的多樣化和便捷性提出了越來越高的要求。雖然為應(yīng)對(duì)當(dāng)代社會(huì)對(duì)通信技術(shù)不斷提高的要求，各種新技術(shù)層出不窮，但調(diào)制技術(shù)的發(fā)展卻相對(duì)緩慢。其中，正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)作為一項(xiàng)多載波調(diào)制技術(shù)，相對(duì)于其他調(diào)制方法在數(shù)據(jù)傳輸效率上具有明顯優(yōu)勢(shì)，已被多種通信標(biāo)準(zhǔn)所采用，但實(shí)際應(yīng)用中在某些技術(shù)性能上受到了限制，最明顯的就是對(duì)頻率偏移敏感和高的峰值均值功率比。
　　

2、 時(shí)移非正交多載波調(diào)制技術(shù)(TS-NMT)是一種具有全新思想的多載波調(diào)制技術(shù)。TS-NMT與OFDM同屬于多載波調(diào)制，最大的不同是TS-NMT時(shí)域上的每一個(gè)子載波的起點(diǎn)有一個(gè)離開符號(hào)起點(diǎn)的延遲，這個(gè)延遲被稱為時(shí)移，時(shí)移進(jìn)一步造成頻域上不同頻率的子信道不再正交。這給TS-NMT帶來了一系列優(yōu)秀的特性，同時(shí)也帶來了信號(hào)處理的新問題。我們的前期研究工作已經(jīng)從理論上證明了非正交調(diào)制在傳輸效率上優(yōu)于正交調(diào)制，并且計(jì)算機(jī)仿真和物理有線及無線信道的

3、實(shí)驗(yàn)也證明TS-NMT比OFDM具有更高的效率和其它優(yōu)良特性。但單純的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是不夠的，考慮OFDM已經(jīng)成為當(dāng)前數(shù)字通信中的主流調(diào)制技術(shù)，有必要從理論上對(duì)TS-NMT和OFDM的多種性能做定量的分析對(duì)比，這正是本文工作的第一個(gè)重點(diǎn)。理論上的定量分析比較，將為TS-NMT替代OFDM走向?qū)嵱玫於▓?jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。本文另一個(gè)重點(diǎn)是根據(jù)TS-NMT的優(yōu)良特性探討如何將其應(yīng)用于實(shí)際。具體工作包括：
　　 (1)對(duì)TS-NMT調(diào)制和解調(diào)過程

4、中的相關(guān)問題和解決方案進(jìn)行了分析和研究，包括子載波間干擾(Inter Sub-Symbol Intefrence，ISSI)和病態(tài)性的分析及解決方法。在分析TS-NMT波形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出TS-NM工具有時(shí)域和頻域緊性的特點(diǎn)。所謂時(shí)域緊性指的是，TS-NMT利用時(shí)移特性，將多個(gè)單載波的多個(gè)符號(hào)的波形“擠壓”在一個(gè)符號(hào)中，提高了時(shí)域的效率；所謂頻域緊性指的是，子信道的非正交性可以讓各個(gè)子信道更緊密的排列，大大壓縮占用帶寬。時(shí)頻域的

5、緊性特點(diǎn)是形成TS-NMT優(yōu)良特性的基礎(chǔ)。從Nyquist提出數(shù)字通信的理想系統(tǒng)至今已經(jīng)80多年，數(shù)字通信基本是以在Fourier分析基礎(chǔ)上發(fā)展起來的正交分析法為主要工具。為了給非正交調(diào)制提供更多的理論依據(jù)，本論文討論了用分?jǐn)?shù)頻傅立葉級(jí)數(shù)(FFFS)分解的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行合成和分解，實(shí)驗(yàn)證明FFFS比傳統(tǒng)的正交傅立葉級(jí)數(shù)(FS)在壓縮帶寬、逼近項(xiàng)數(shù)、與原函數(shù)逼近度、Gibbs現(xiàn)象等方面比正交分解具有更好的性能。這也從另一側(cè)面為非正交調(diào)制提

6、供了理論支持。
　　 (2)對(duì)TS-NMT和OFDM的性能進(jìn)行了理論上的定量分析對(duì)比：①利用星座圖分析法推導(dǎo)出TS-NMT與OFDM兩者單子信道的頻譜效率之比ηNS/Q的公式及相應(yīng)曲線，當(dāng)TS-NMT單子信道的子波數(shù)在4～60時(shí)，有1<ηNS/Q≤5；根據(jù)TS-NMT頻域緊性的特點(diǎn)，得到△fN<△fO(△fN和△fO分別為TS-NMT與OFDM的子信道頻率間隔)，從而得出TS-NMT的信號(hào)帶寬可大大壓縮的結(jié)論，頻譜效率之比加倍提

7、高；②根據(jù)TS-NMT的時(shí)移特性造成各子波同向相加的概率降低的特點(diǎn)，驗(yàn)證了TS-NMT合成波的最大幅度隨子載波數(shù)的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于OFDM，從而得出在峰值均值功率比(PAPR)方面TS-NMT比OFDM具有先天優(yōu)勢(shì)的結(jié)論；③提出將信號(hào)由頻移造成的誤差轉(zhuǎn)換成等效噪聲功率的方法，理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明TS-NMT在抗頻偏能力上優(yōu)于OFDM；④在頻譜效率分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用星座圖分析法證明了TS-NMT的功率消耗小于OFDM。
　　

8、(3)高效利用傳感器節(jié)點(diǎn)的有限電池能源是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless SensorNetwork，WSN)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文基于對(duì)TS-NMT的功耗性能的理論分析及比OFDM低功耗的特點(diǎn)，提出將其應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的思想，并在理論推導(dǎo)及同等實(shí)驗(yàn)條件下，驗(yàn)證了TS-NMT單位比特功耗低于QPSK，TS-NMT在WSN的節(jié)能方面具有一定的應(yīng)用前景。
　　 (4)本文對(duì)TS-NMT在VDSL線路進(jìn)行了應(yīng)用仿真，搭建了VDSL