探析准同步跳频通信系统信号设计、多址干扰与同步性能分析

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1、西南交通大学博士学位论文准同步跳频通信系统信号设计、多址干扰与同步性能分析姓名：汪晓宁申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：范平志20091101西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要在码分多址跳频(FH．CDMA)通信系统中，跳频序列汉明白相关和互相关特性的好坏在很大程度上决定了系统白干扰(si)、多址接入干扰(MAI)的大小，从而直接影响着系统性能的优劣和容量。无碰撞区附HZ)跳频序列概念的提出，为进一步提高FH．CDMA系统抵制多址干扰能力、提高系统性能提供了一种新的选择。本文基于无碰撞区mH

2、Z)跳频序列的概念，对准同步组网跳频通信系统及系统收发同步相关技术进行分析与研究，得到了一些重要的结果。论文首先从已有的周期零相关区(zcz)-元扩频序列入手，寻找满足汉明相关函数具有无碰撞区特性且接近或达到理论界的跳频序列。通过对周期ZCZ二元扩频序列的特定状态字子集进行映射，构造出无碰撞区(NHZ)髟L频序列集，文中列出了获取NHZ跳频序列的八个ZCZ二元扩频序列的子集，给出的映射规律揭示了ZCZ二元扩频序列集与NHZ跳频序列集的内在联系。在四种构造方法中，初始序列采用互补序列对的方法III、Ⅳ在特定条件下达到

3、NHZ跳频序列设计的理论界，即最佳NHZ跳频序列。其次，针对考虑频率碰撞边缘效应的四碰撞态MarkOV链多址干扰(MAI)分析模型特点，结合NHZ跳频序列的汉明互相关特性及NHZ准同步跳频通信系统多址接入的特点，获得了NHZ准同步跳频系统多址干扰的分析模型。同时分析并比较了NHZ准同步跳频通信系统与同步、异步跳频通信系统的多址干扰性能。研究结果表明，采用NHZ跳频序列的准同步跳频通信系统的MAI性能优于采用随机跳频序列的异步跳频通信系统。接着，论文通过分析BFSK调制的异步跳频通信系统日◇1)个不同时延干扰用户干扰

4、项的条件方差，从系统信噪干比(SⅣR)概率分布入手，导出异步跳频通信系统错误概率的准确闭合解。该表达式是系统所采用跳频模式的频率全碰撞概率、部分碰撞概率、异步干扰信号时延以及系统用户数的函数。在此基础上，针对NHZ跳频序列汉明互相关函数的特性，分析了NHZ准同步跳频通信系统的频率全碰撞概率和部分碰撞概率，以及NHZ准同步跳频系统多址干扰的条件方差，进而给出BFSK调制的NHZ准同步跳频通信系统错误概率闭合解。该表达式是系统用户数、异步干扰信号时延、系统所采用的NHZ跳频序列长度和无碰撞区长度的函数。论文基于准确闭合

5、解，分析比较了异步、准同步和同步跳频通信系统在不同用户数的错误概率，以及干扰用户时延对系统错误概率的影响，并将分析闭合解与高斯近似解做了比较。数值计算结果表明，第

6、l页西南交通大学博士研究生学位论文本文所给出的闭合解比高斯近似法更紧。然后，论文分析研究了在多径信道下，跳频通信系统存在收发时间和频率同步误差时，多径分量时延引起的相位变化对非相干FH／MFSK和SFH／MFSK系统信号正交性的影响。引入门函数表示跳频通信系统存在时间同步误差及多径时延时，一跳持续时间内传输信号的有效时间长度，推导出各种条件下的系统信号正

7、交损失因子表达式，其中FH／MFSK系统的结果是SFH／MFSK系统的特例。结果显示，多径衰落信道下的跳频通信系统信号正交性损失不仅与多径时延、衰落信号强度、时间同步误差有关，而且和多径时延引起的相位变化也有关，进而会影响系统的BER特性。数值计算结果表明，多径衰落分量的相位变化对非相干解调FH／MFSK通信系统存在收发时间同步误差时的信号正交性会产生不同程度的影响，因而表明了非相干解调FH／MFSK系统的性能与多径衰落分量相位变化的关联性。最后论文研究了系统在全频带和部分频带噪声干扰下，多径分量时延引起的相位变化

8、对非相干FH／MFSK系统时间同步和频率同步误差估计性能的影响，给出了不同情况下系统时间同步误差和频率同步误差谱估计值的均值和方差表达式。数值计算结果表明，多径分量的相位变化会影响时间同步误差谱估计均值的准确性。关键字：NHZ跳频序列，NHZ准同步跳频系统，MAI，SINR，信号正交性，时间同步，频率同步西南交通大学博士研究生学位论文第1II页AbstractInfrequencyhoppingcode—divisionmultiple—access(FH—CDMA)communicationsystems，the

9、Hammingautocorrelationandcross—correlationpropertiesofthefrequencyhoppingsequencesemployedplayanimportantroleontheleveloftheself-interference(so，multipleaccessinterference(MAI)，the