用于窄带天线高频带利用率通信方法研究

摘要

当飞行器以超高的速度在航行时会形成“等离子鞘套”，造成通信黑障。由于等离子体对电场有屏蔽作用，但它对磁场却不存在屏蔽作用，而小环天线是一类广泛用于短波通信中的磁场天线，其近场能量中磁场强度比电场强度大的多，且具有很小的尺寸，便于携带，因而我们可以考虑采用小环天线作为发射天线，利用磁波传递信息，这对于实现跨越黑障通信具有重要意义。
　　本文的目标是在小环天线中心频率10.099MHz、带宽5kHz的条件下，在小环天线传输频率特性的限制下，选择适合小环天线的窄带调制方法实现通信。需要使所选的这种窄带通信方式所需求的传输频带尽可能的窄，并且码率尽可能的高，从而达到使得利用小环天线作为发射天线的这种通信方法的频带利用率尽可能高的目的。
　　小环天线超窄带通信系统以小环天线为发射天线，对小环发射——接收天线组建立电路模型，求解电路的传输函数，由于小环天线的相频特性非线性，群时延非常数，在对各种超窄带通信方法的适用性做了详细分析后，选择采用一种相位变化连续、不含直流分量、幅度—频率—相位联合调制、被称之为最小波形差键控（VWDK）的调制方式；对VWDK调制方法的波形结构和特点进行了研究，对其功率谱密度的理论表达式和相关解调的理论误码率进行了推导并进行了仿真验证，最后对VWDK调制信号去离散谱，对其带宽进行进一步压缩，并对超窄带调制的关键部分：发送端滤波器进行设计；对滤波后的信号频谱、相干解调误码率、带宽、频带利用率一一作了分析；鉴于小环天线相频特性的非线性会造成经由它发射的信号的波形失真，设计了FIR数字逆滤波器，对已调信号作预畸变处理。在论文的最后，对补偿的效果，包括补偿前后接收信号与发射信号的相关性、补偿前后接收信号的相关检测性能进行了对比。
　　利用Matlab仿真了整个小环天线超窄带通信系统的通信过程，仿真条件：采用VWDK调制码速率100kbps，调制参数α=0.92，载频10.099MHz，天线带宽5kHz。发送端经一次IIR滤波，滤波带宽为5kHz，频带利用率高达近20bps/Hz。相关解调性能方面：经小环天线发射且不经预失真滤波时解调难以进行，预失真后再经小环天线发射能够成功解调，且达到10-5数量级的误码率标准0Eb/N需要32dB。对比不经过小环天线特性影响的理想VWDK解调，达到同等误码率水平的实际情况对0Eb/N的要求提高了6dB。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2高频带利用率通信的研究现状

1.3论文内容和结构安排

第二章 超窄带通信的基本理论

2.1超窄带通信的指标

2.2超窄带通信的基本方法

2.3超窄带通信中滤波器的选择

2.4超窄带通信方法的适用性分析

第三章 窄带天线电路模型的建立与频率特性研究

3.1窄带天线的电路模型与传输函数

3.2窄带天线的幅频相频特性

3.3窄带天线的带宽

3.4天线电路模型及传输函数正确性的验证

3.5本章小结

第四章 VWDK通信研究

4.1 VWDK调制方式的提出

4.2 VWDK基本波形结构

4.3 VWDK调制的功率谱

4.4相关解调及其性能

4.5波形优化

4.6 VWDK调制的发送端滤波器

4.7无线信道对VWDK调制的影响

4.8 VWDK与高阶调制的对比

第五章 用于小环天线的改进的VWDK通信方法

5.1小环天线特性对VWDK调制信号的影响

5.2加预失真的VWDK通信方法

5.3性能改善分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

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