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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于反相對(duì)稱法的擴(kuò)頻通信技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 簡(jiǎn)介：
- 經(jīng)典通信理論和香農(nóng)信息論是在高斯信道基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。但如今無(wú)線信道中的噪聲絕大多數(shù)是人為噪聲，而人為噪聲具有較強(qiáng)的相關(guān)性。反相對(duì)稱法可利用相鄰信道噪聲的相關(guān)性來(lái)抑制噪聲，提高通信系統(tǒng)的信噪比。我們將反相對(duì)稱法與擴(kuò)頻通信結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一種“反相對(duì)稱-擴(kuò)頻通信”系統(tǒng)，從而使通信系統(tǒng)的信噪比得到了進(jìn)一步提高，達(dá)到了減小發(fā)射功率，節(jié)約帶寬資源的目的。
- 詳細(xì)介紹：
- 反相對(duì)稱法的基本原理是將兩路互反的信號(hào)在兩個(gè)相鄰信道傳輸，在接收端將這兩路信號(hào)相減，從而使噪聲得到抑制。相鄰信道包括相鄰時(shí)隙、相鄰頻帶和相鄰空間。擴(kuò)頻通信通常是將每一個(gè)碼元用一個(gè)偽隨機(jī)列代替，每個(gè)偽隨機(jī)序列有N個(gè)碼片。在接收端利用相同的偽隨機(jī)序列進(jìn)行解擴(kuò)，恢復(fù)出信息碼元。利用擴(kuò)頻通信技術(shù)可使輸出信噪比大大提高。反相對(duì)稱-擴(kuò)頻通信是在發(fā)送端對(duì)信號(hào)擴(kuò)頻之后再進(jìn)行反相對(duì)稱編碼；在接收端同樣增加了反相對(duì)稱解碼過(guò)程。它可以降低發(fā)射功率、節(jié)約帶寬資源。
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- CDMA是擴(kuò)頻通信技術(shù)在3G、4G中的應(yīng)用。它在提高系統(tǒng)抗干擾能力的同時(shí)使信道容量提高了一倍以上。但是它沒(méi)有利用相鄰信道噪聲的相關(guān)性,因此仍有繼續(xù)改進(jìn)的可能性。 反相對(duì)稱法利用了相鄰信道噪聲的相關(guān)性,可使信噪比進(jìn)一步得到提高。在國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的資助下, 我們的研究取得了一定的成果。理論與實(shí)踐均表明該項(xiàng)技術(shù)可使信噪比增益提高到1.55倍,并有望應(yīng)用于4G協(xié)議中。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 經(jīng)典通信理論假定信道噪聲為高斯白噪聲，其相關(guān)系數(shù)為零。而實(shí)際通信系統(tǒng)帶寬總是有限的，帶限高斯噪聲的相關(guān)系數(shù)并不為零。反相對(duì)稱法利用相鄰信道噪聲的相關(guān)性使噪聲得到抑制。 我們通過(guò)實(shí)際測(cè)試證實(shí)了相鄰信道噪聲具有一定的相關(guān)性，人為噪聲的相關(guān)系數(shù)ρ≈0.790,自然噪聲的相關(guān)系數(shù)ρ≈0.254。反相對(duì)稱法可利用這一點(diǎn)使信噪比得到進(jìn)一步提高。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 我們將反相對(duì)稱法與擴(kuò)頻通信技術(shù)結(jié)合，研究并實(shí)現(xiàn)一種“反相對(duì)稱-擴(kuò)頻通信”方式，可以達(dá)到提高信道利用率的目的。最終可為第四代移動(dòng)通信協(xié)議的改進(jìn)提供參考。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 經(jīng)典通信理論假定信道噪聲為高斯白噪聲，其相關(guān)系數(shù)為零。而實(shí)際通信系統(tǒng)帶寬總是有限的，帶限高斯噪聲的相關(guān)系數(shù)并不為零。反相對(duì)稱法（PISM）利用相鄰信道噪聲的相關(guān)性使噪聲得到抑制。本文將反相對(duì)稱法與現(xiàn)有擴(kuò)頻通信（SSC）技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一種PISM-SSC系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用PISM和SSC的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)信噪比進(jìn)一步得到提高。理論分析與仿真結(jié)果均表明，在高斯噪聲條件下PISM-SSC系統(tǒng)的信噪比增益是現(xiàn)有SSC系統(tǒng)的1.55倍；在非高斯噪聲條件下所獲得的信噪比增益大于1.55倍。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 擴(kuò)頻通信可以降低提高信噪比，但它是以犧牲帶寬為代價(jià)的，反相對(duì)稱法是利用相鄰信道噪聲的相關(guān)性抑制噪聲的，它與傳統(tǒng)擴(kuò)頻通信相結(jié)合可以 達(dá)到降低發(fā)射功率、節(jié)約帶寬的目的。
參考文獻(xiàn)
- [1] 蕭寶瑾, 黃雙林, 蕭英喆. 時(shí)域反相對(duì)稱法及其抗噪聲性能[J]. 通信學(xué)報(bào), 2008, 29(3). （EI收錄） [2] XIAO Bao-jin, LIU Mian-sheng, FANG Ming-huang, et. An Analysis on Anti-interference Performance of Phase-Inversion Symmetric Modulation and Its Application in the Field of EMC. 2002 3rd ISEC, May 21-24, 2002. [3] Xiao Baojin, Lang Qiang. Implementation of Dimensional Sound using PISM. the 7th ISTM/2007, August 2007, Beijing, China.
同類課題研究水平概述
- 在通信系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)過(guò)程中我們始終面臨著對(duì)抗噪聲的問(wèn)題。如今無(wú)線信道中的噪聲已由原來(lái)的以自然噪聲為主變成了以人為噪聲為主，而人為噪聲具有較強(qiáng)的相關(guān)性。 為了獲得更好的通信質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外許多研究人員進(jìn)行了長(zhǎng)期不懈的努力?，F(xiàn)在有四種方法對(duì)克服強(qiáng)噪聲具有明顯效果，都可以從強(qiáng)噪聲環(huán)境中提取出微弱信號(hào)，在信噪比遠(yuǎn)小于1的情況下進(jìn)行通信。 第一種是50年代美國(guó)開(kāi)始研究的擴(kuò)頻通信技術(shù)，如今已被廣泛應(yīng)用。 第二種是1979年由Taylor等人提出的“頻譜倒置法”，已獲美國(guó)專利。 第三種是1993年由蕭寶瑾教授提出的“反相對(duì)稱法”，已獲中國(guó)專利。 第四種是2000年由Monett提出的“Monett混頻法”，已獲美國(guó)專利。 根據(jù)經(jīng)典通信理論，增大信號(hào)功率或者擴(kuò)展信號(hào)帶寬，可以使信噪比得到提高。擴(kuò)頻通信就是將原始信號(hào)擴(kuò)展為寬帶信號(hào)來(lái)傳輸，在接收端再解擴(kuò)恢復(fù)為窄帶信號(hào)，從而使整個(gè)系統(tǒng)能夠較好的克服信道中的噪聲。它在節(jié)能方面有一定優(yōu)勢(shì)，有著難以替代的地位。 擴(kuò)頻通信實(shí)際上是犧牲了帶寬來(lái)對(duì)抗噪聲，然而，帶寬資源是有限的，隨著人為干擾的不斷增強(qiáng)，帶寬卻不能無(wú)限的擴(kuò)展下去。擴(kuò)頻技術(shù)雖然在一定程度上可以降低發(fā)射功率，但是面臨越來(lái)越多的他臺(tái)干擾，無(wú)線信道中總的發(fā)射功率依然是增加的趨勢(shì)。因此要想從根本上解決人為噪聲問(wèn)題，就不能簡(jiǎn)單地使用擴(kuò)展帶寬的方法。 反相對(duì)稱法在對(duì)抗人為噪聲方面，有著很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。我們將反相對(duì)稱法與擴(kuò)頻通信技術(shù)相結(jié)合，建立反相對(duì)稱—擴(kuò)頻通信技術(shù)，兼顧二者的優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到節(jié)省功耗，節(jié)約帶寬資源的目的。
