（通信与信息系统专业论文）基于小波变换的vwdk已调信号抑噪技术研究.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ： u d c ： ad i s s e r t a t i o nf o rt h ed e g r e eo f m e n g r e s e a r c ho nn o i s e s u p p r e s s i o no fv w d k m o d u l a t e d s i g n a l b a s e do nw a v e l e t ，- ” lr a n s t o r m c a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ： s p e c i a l t y ： d a t eo fs u b m i s s i o n ： d a t eo f0 陋le x a m i n a t i o n ： u n i v e r s i t y ： z h e n gq i a n g a s s o c i a t ep r o f s u nz h i g u o m a s t e ro fe n g i n e e r i n g c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m s j a n u a r y , 2 010 m a r c h 2 0 1 0 h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：却丐虫 日期： 2o l o 年；月，芗日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 桩授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口解 密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ：洳另虽 日期：章9 l o 年月s 日 导师c 签蝴垛y 姗，o 年弓月 r 日 哈尔滨工程大学硕十学位论文 摘要 随着通信容量需求的激增及电磁频谱资源的日益短缺，具有高频带利用 率的新型无线通信技术成为研究的热点。超窄带( u t r a ln a r r o wb a n d u n b ) 调制技术是一种新型的无线数字调制技术：由于u n b 已调信号的能量集中 在极窄的频带内，其具有极高频带利用率，u n b 调制技术有望成为高速率带 限数字通信系统的核心技术。 u n b 调制技术的高频带利用率是以牺牲其抑噪能力为代价的，因此，常 规的u n b 通信系统抑噪能力较弱，信道适应能力较低。为了提高u n b 通信 系统的抑噪能力，本文选取甚小波形差键控( v e r y m i n i m u mw a v e f o r m d i f f e r e n c ek e y i n g ，v w d k ) 为研究对象，在分析v w d k 已调信号技术特征 的基础上，重点研究v w d k 已调信号的抑噪方法。 首先，针对u n b 技术的特性，介绍了v w d k 的基本理论，给出了系统 的数学模型，研究了v w d k 调制信号的波形设计，从数学理论方面分析了 v w d k 调制技术的技术特点，并且在仿真平台上进一步分析了信号的功率 谱，得到了信号优化的可能性；仿真结果表明，优化之后的信号在不降低系 统性能的基础上进一步提高了频谱利用率。 然后，针对v w d k 调制信号的特点，探究了加性和乘性干扰对于v w d k 调制系统性能的影响。并探讨了高斯白噪声信道和多径衰落信道下，v w d k 调制系统的误码率性能。仿真结果表明，噪声干扰和多径干扰对于v w d k 调制系统系统性能有很大影响，是引起系统性能下降的主要因素。 最后，针对v w d k 通信系统抑噪能力较弱的问题，利用v w d k 已调信 号和背景噪声的小波域差异特征，提出了基于小波变换的v w d k 抑噪方法， 给出噪声抑制的原理和数学模型，分析其性能。仿真结果表明，经过小波处 理之后，系统抑噪性能得到一定提升。 关键词：甚小波形差键控( v w d k ) ；高效调制；小波变换；噪声抑制 【 lk l 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a bs t r a c t w i t ht h es u r g ei nd e m a n df o rc o m m u n i c a t i o n sc a p a c i t y , a n ds c a r c i t yo ft h e e l e c t r o m a g n e t i cs p e c t r u mr e s o u r c e si sb e c o m i n gab i gp r o b l e m ，an e ww i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s t e c h n o l o g i e s w i t h h i g hf r e q u e n c yb a n d w i d t he f f i c i e n c yi s b e c o m i n gah o ti s s u e u n bm o d u l a t i o nm o d u l a t i o nt e c h n o l o g yi san e wt y p eo f w i r e l e s sd i g i t a lm u d u l a t i o nt e c h n o l o h y ；a st h ee n e r g yo fu n bm o d u l a t e ds i g n a l c o n c e n t r a t e di na v e r yn a r r o wb a n d ，w i t hh i g hb a n d w i d t he f f i c i e n c y , u n b m o d u l a t i o nt e c h n o l o g yi s e x p e c t e dt ob et h ec o r et e c h n o l o g yo fb a n d 1 i m i t e d d i g i t a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e mw i t hh i g h - s p e e dt r a n s f e rr a t e u n bi so n ek i n dh i 曲疔e q u e n c yb a n d w i d t he f f i c i e n c yt e c h n o l o g y , b u ta tt h e e x p e n s e o f r e d u c i n gp e r f o r m a n c e o fn o i s e s u p p r e s s i o n ，t h e r e f o r e ，t h e c o n v e n t i o n a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e mo fu n bi sw e a ka tn o i s es u p p r e s s i o n ，h a sa b a da d a p t a b i l i t yt ot h ew i r e l e s sc h a n n e l i no r d e rt oi m p r o v et h ec a p a b i l i t yo f n o i s es u p p r e s s i o n , t h ep a p e rs e l e c t e dv w d ka st h er e s e a r c ho b j e c t ，f o c u so n n o i s es u p p r e s s i o nm e t h o d so fv w d k m o d u l a t e ds i g n a l s t ob e g i nw i t h ，f o c u s i n go nt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eu n b s i g n a l ，i n t r o d u c e t h eb a s i ct h e o r yo fv w d k ，s h o wt h em a t h e m a t i c a lm o d e la n d s t u d y t h e w a v e f o r md e s i g no fs i g n a l ，a n a l y s i st h et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fv w d k f r o m m a t h e m a t i c a lt h e o r y , f u r t h e rm o r e ，a n a l y s i st h es i g n a l p o w e rs p e c t r u mo nt h e s i m u l a t i o np l a t f o r m ，g e tt h ep o s s i b i l i t yo fs i g n a lo p t i m i z a t i o n s i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h a tt h eo p t i m a ls i g n a lf u r t h e ri m p r o v e st h es p e c t r u me f f i c i e n c y , b u tn o d e c r e a s et h ec o m p r o m i s i n gs y s t e mp e r f o r m a n c e s e c o n d a r i l y , f o c u s i n go nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fm o d u l a t e ds i g n a l ，t r yt or e a r c h t h ea d d i t i v ea n dm u l t i p l i c a t i v ei n t e r f e r e n c ef o rv w d k m o d u l a t i o ns y s t e ma n dt h e p e r f o r m a n c eo ft h ev w d k m o d u l a t i o ns y s t e m s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e p e r f o r m a n c eo fv w d km o d u l a t i o ns y s t e mi s g r e a t l yi m p a c t e db yt h en o i s e l i i l ，i 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i n t e r f e r e n c ea n d m u l t i p a t hi n t e r f e r e n c e ，w h i c ht h em a i nf a c t o r so fs y s t e m p e r f o r m a n c ed e g r a d a t i o n f i n a l l y , f o c u so nt h ep r o b l e mt h a tn o i s es u p p r e s s i o no fc o m m u n i c a t i o n s y s t e mi sn o th i g h ，u s et h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h es i g n a la n dn o i s ei nw a v e l e t d o m a i n ，p r o p o s en o i s es u p p r e s s i o nm e t h o db a s e do nw a v e l e tt r a n s f o r m ，s h o w n o i s er e d u c t i o np r i n c i p l ea n dm a t h e m a t i c a lm o d e l ，p e r f o r m a n c e ，r e s u l t ss h o wt h a t p e r f o r m a n c eo f t h es y s t e mi si m p r o v e dal o tb yt h ew a v e l e to nn o i s es u p p r e s s i o n k e yw o r d s ：v e r y - m i n i m u mw a v e f o r md i f f e r e n c ek e y i n g ( v w d k ) ；h i g h e f f i c i e n tm o d u l a t i o n ；w a v e l e tt r a n s f o r m ；n o i s es u p p r e s s i o n l l r - - 哈尔滨工程大学硕士学位论文 目录 第1 章绪论1 1 1 研究背景及研究意义1 1 2u n b 技术及国内外研究现状3 1 2 1u n b 技术及其通信体制3 1 2 2 u n b 技术国内外发展现状3 1 2 3v w d k 调制技术研究现状7 1 3 研究内容的提出及章节安排8 1 3 1 研究内容的提出8 1 3 2 论文章节结构。9 第2 章v w d k 调制技术1 l 2 1v m s k 与类正弦v m s k 1 1 2 2v w d k 调制技术原理1 3 2 3v w d k 已调信号功率谱特征1 7 2 4v w d k 信号去线谱优化2 0 2 4 1信号优化。j 2 0 2 4 2 优化信号功率谱：2 2 2 4 3 优化性能验证2 4 2 5 本章小结2 5 第3 章v w d k 系统性能2 6 3 1v w d k 调制系统仿真平台2 6 3 2 高白信道下系统性能分析2 7 3 2 1高自信道下v w d k 系统模型2 7 3 2 2 仿真分析与验证2 9 3 3 多径信道下系统性能分析3 0 3 3 1 多径信道下v w d k 系统模型3 0 3 3 2 仿真分析与验证3 2 3 4 系统带限条件下的性能分析3 3 li 哈尔滨工程大学硕士学位论文 3 4 1v w d k 信号的带限3 3 3 4 2 仿真分析与验证3 4 3 5 本章小结3 6 第4 章基于小波变换的v w d k 抑噪技术3 7 4 1 小波变换理论3 7 4 1 1 傅里叶变换3 7 4 1 2 小波变换3 9 4 1 3 多分辨率分析4 0 4 2 小波变换抑噪原理4 2 4 3 抑噪模型和步骤4 4 4 4 抑噪方法性能与分析4 6 4 4 1 仿真流程及参数设置4 6 4 4 2 仿真分析与验证4 7 4 5 本章小结5 0 结论5 2 参考文献j 5 3 攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果5 8 致谢5 9 一 i _ k 哈尔滨t n 大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景及研究意义 随着通信技术的不断进步，移动通信技术飞速发展，用户数量激增，国 际电信联盟给出的统计数据显示，2 0 0 9 年3 月，全球移动用户的数量在已经达 到t 4 1 亿；截止2 0 0 9 年5 月底，我国移动电话用户数量已经已达到6 8 亿【1 1 。 伴随着工信部对3 g 牌照的发放，3 g 时代随之到来，使得通信的业务更加的多 样化，由以往语音数据传输，逐渐变成了以多媒体数据传输的不对等通信方 式，传输数据量和通信需求带宽的增加，加速了互联网和移动通信的相互融 和，呈现互联网接入移动化、移动业务的互联网化、互联网业务移动化，使 得传输的信息量越来越大，然而由于频谱资源有限，技术的进步越来越满足 不了社会日益增涨的需求。 面对频谱资源的紧张，如何能高效的传输数据成为研究的重点，也出现 了很多相应的技术提高通信的效率。 m i m o ( m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t - p u t ，m i m o ) 是一种可以利用信道 成倍地提高无线信道容量的技术，在不增加带宽和天线发送功率的情况下， 频谱利用率可以成倍地提高。但是随着使用天线数目的增加，m i m o 技术实 现的复杂度大幅度增高，从而限制了天线的使用数目，不能充分发挥m i m o 技术的优势。多进制调制技术虽然在码元速率相同条件下，可以提高信息速 率，使系统频带利用率增大，付出的代价是，信号功率需求增加和实现复杂 度加大。认知无线电技术通过动态的感知空间的可用频谱，充分利用灰空区 域和白控区域进行更高效的利用频带，但也只是对空白的频段进行了充分的 利用，没有从根本上解决频谱利用率的问题。而以u w b ( u l t r a w i d eb a n d ， u w b ) 为主的第四代移动通信技术和有限的频谱资源将成为不可调和的矛 盾，随着用户对于高速率通信业务的需求，通信的带宽越来越宽，未来的频 谱资源将会越来越紧张。 k - ， l 、k i ： h i 哈尔滨仁程大学硕十学位论文 在现有的体制上提出的各种提高系统容量以及通信效率的方法都是不能 解决根本问题的，这里引用东南大学吴乐南教授的形象比喻：“因此不难理解， 为何车辆在8 车道的高速公路( 宽带) 上以2 0 0 千米小时车速驾驶不足为奇， 只有在乡村土路( 窄带) 甚至羊肠小道( 超窄带) 上高速奔驰才值得称道。 所以，只有根本的在通信体制上的变革才能真正解决信息传输速率这个核心 问题，从根本上改变频谱资源通信瓶颈的问题。所以仅仅看通信系统的传输 效率是不行的，不能很好的表征不同通信系统的通信效率，还需要看通信系 统传输所占信道的频带宽度，从上面的比喻中可以看到，如果一个通信系统 占据的频带宽度越宽，则系统能够传输信息的能力就越强，也只有引用单位 频带内信息的传输速率这个指标，才能真正的衡量一个系统的传输效率的高 低，也是衡量一个通信系统的的公平的指标，单位纲量为b s h z 。在现阶段 宽带通信的体制下，拿这一指标来衡量系统的传输效率，通常都很低下。例 如：3 g 在室内支持2 m b p s 的传输速率，在1 2 5 2 0 m h z 的带宽内，单位频带传 输速率为0 1 1 6 b p s h z ；未来的4 g 技术要到达1 0 0 m b p s 的传输速率需要 1 0 0 m h z 的带宽，其单位频带内传输速率仅仅为l b p s h z ，现行体制已经不可 能达到高效频带利用率的指标。 u n b 调制技术的实现对于改变现有技术频谱利用率低下的问题是历史 性的变革，将会大大满足人们现在的需求，当今的频带利用率不高，除了宽 带通信本身的利用率不高之外，频率划分时候被分配给特定用户的频段利用 率也是极其低下，总有空白频段，所以超窄带u n b 调制技术可以一方面可以 大大的提高频带利用率，还可以加强对于空白频段的利用，在任何闲置的空 白频段进行窄带高速的信息传递，以达到更高的频谱利用率。如果u n b 技结 合软件无线电技术( s o f t w a r er a d i o ，s r d ) 、认知无线电技术( c o g n i t i v er a d i o ， c r ) 和m i m o 等技术将会有更大的频谱利用率，未来发展趋势将会是c r 和 u n b 技术的结合。 u n b 调制技术虽然有着比较美好的愿景，但是面临解决的问题却很多。 由于缺乏必要的理论支撑，至今很多学者怀疑该技术的可行性；其基于模拟 器件的零群延滤波器理论尚未广泛研究，具体滤波器的设计和性能需要探讨； 化也是一条 射和接收， 对于信道中传输的信号特征的研究也是调制系统需要研究的一个方向，以及 数字化等等都是有待于深入的研究。 本文从调制信号本身特性出发，探讨了无线信号中的系统性能，并且关 注了受污染信号的提取的研究，提出了相关的去噪理论。 1 2u n b 技术及国内外研究现状 1 2 1u n b 技术及其通信体制 u n b 是一种“回归”的二元调制技术，使用单载波表示逻辑“1 ”和“0 ， 每个载波周期可传输1 b i t 信息，使得表示信息的波形在频域上尽量的压缩来 提高信息的传输速率，频带利用率高于1 l b p s h z 的窄带传输技术被定义为超 窄带技术。 u n b 信号的调制可以进行基带调制和通带调制。v m s k ( v e r ym i n i m u m s h i f tk e y i n g ，v m s k ) 和v p s k ( v a r i a b l ep h a s es h i f t i n gk e y i n g ，v p s k ) ，即 是利用了基带调制技术，信号调制之后直接进行发送；而v w d k 和v m c k ( v e r ym i n i m u mc h i r pk e y i n g ，v m c k ) 等技术则是可以利用通带进行调制 后，将调制信号搬移到特殊频段进行发送。 1 2 2u n b 技术国内外发展现状 1 9 8 8 年，w a l k e r 先生发表了第一项专利技术 2 1 ，该项技主要包括两个部 分：v p s k 和零群延迟滤波器( z e r o g r o u pd e l a yf i l t e r ，z d f ) ，以此为节点， 开启了u n b 调制技术之门。 1 9 9 3 年，w a l k e r 先生发表了第二项专利技术【3 】，该项技术主要包括增强 的相位变化键控( i m p r o v e dv p s k ) 和微分过零检测技术。信号进行了基带 调制技术直接进行发送和接收解调，使用了第一项专利相同的零群延迟滤波 哈尔滨工程大学硕士学位论文 器。 1 9 9 9 年，w a l k e r 先生发表了第三项专利技术【4 1 ，提出了一种使用a p e r t u r e 码的v m s k 调制方法；该技术通过改变使用v m s k 编码方法，在改变过零 点位置来表示不同的调制信息，提出了6 7 1 3 模型，信号周期为1 3 个时钟 周期，发送“0 ”信息时，在第6 个时钟周期开始跳变，发送“1 ”信息时，。 则在第7 个时钟周期开始跳变。 2 0 0 2 年，w a l k e r 先生发表了第四项专利技术【5 】，提出了p p m ( p u l s e p o s i t i o nm o d u l a t i o n ，p p m ) 和p r k ( p h a s er e v e r s a lk e y i n g ，p r k ) 及相应 的调制解调技术。该项技术利用几乎只有一个载频周期时长的脉冲，在不同 的时段表示“0 ”信息和“1 信息。 w a l k e r 先生通过这4 份专利，使得对于在u n b 调制技术的认识逐渐清 晰。这期间对于然而真正引起学术界关注的是：w a l k e r 先生1 9 9 7 年在i e e e t r a n s a c t i o n so nb r o a d c a s t i n g 上发表的一篇文章 6 】，和其他发表的文章 7 】、【8 】 等。以后来陆续发表的的脉位反相键控( p u l s ep o s i t i o np h a s er e v e r s a lk e y i n g ， 3 p r k ) 9 1 、缺周期调制( m i s s i n gc y c l em o d u l a t i o n ，m c m ) 【9 ，1 0 1 、抑制周期 调制( s u p p r e s s e dc y c l em o d u l a t i o n ，s c m ) 【l i 】、最小边带调制( m i n i m u m s i d e b a n dm o d u l a t i o n ，m s b ) 1 2 l ，以及k f ( f e h e r k e y i n g ，k f ) 调制【1 3 , 1 4 等。 2 0 0 0 年9 月，w a l k e r 先生，在m a r r i o t 酒店里，对v m s k 调制信号进行 了一次传送的演示：在一个占用标准蜂窝传输带宽为3 0 k h z 的带宽隙内对 v m s k 信号进行传输，传输的速率竟然达到了1 5 4 4 m b p s ，然而在功率消耗 上仅仅在6 0 d b m 以下，这是非常令人惊叹的，单位带宽内传输效率高达 5 0 b p s h z 。这次的演示给业界带来了惊叹，同时也带来了关注，并且在随后 的几年中迅速发展。 2 0 0 5 年3 月，p h o t r o n 公司对外宣称，成功实现了u n b 技术m a t l a b 的 仿真，这是端到端的的成功，实验结果表明该技术能够在带宽为5 0 k h z 的窄 带内以5 m b p s 的高速速率进行数据的传输，方针上达到了l o o b p s h z 的频带 利用率。6 月，公司对外声称成功开发了f p g a ( f i e l d p r o g r a m m a b l e 4 k k 哈尔滨工程大学硕士学位论文 g a t e a r r a y s ，f p g a ) 和专用的数字滤波器，使得u n b 的无线数据传输的带 宽效率在硬件上达1 0 0 b p s h z ，随后成功的实现了由f p g a 电路转向制作专 用集成电路，硬件上的实现，使得p h o t r o n 公司的设备成为潜在第一个带宽 利用率达到1 0 0 b p s h z 的无线设备。 2 0 0 6 年1 1 月美国x g 公司展示了研究成果叫m 技术。公司曾对 x m a x 技术在迈阿密郊区进行了公开测试：利用全向天线，在9 0 0 m h z 频段 上，达到了3 6 7m b p s 的传输速率，传输范围覆盖了半径为1 8 英里的区域， 然而射频的输出功率只有3 5 m w 。次年，x g 公司在美国代顿海滩建立了第一 个x m a x 基站，开始将x m a x 技术真正的投入到商业市场运用。 u n b 技术的提出，同样引起了国内学术界对于这样高效的调制技术的兴 趣。国内对于u n b 技术的研究首推东南大学吴乐南教授和上海大学郑国莘 教授领导的科研团队。 2 0 0 1 年，吴乐南教授提出一种类正弦的超窄带调制方式，李小平博 士提出一类规范的类正弦v m s k 调制的功率谱分析【”】。 2 0 0 4 年，吴教授申请了专利1 1 6 】，同年，李小平博士有论述了类正弦 v m s k 调制信号的正交性【1 7 】。 2 0 0 5 年，司宏伟对于u n b 的可行性进行了论证【1 8 】；同年冯嫂博士 用蒙特卡罗检测方法【1 9 1 对信号进行了检测；张世凯也申请了“等幅 的高频带利用率的信息调制与解调方法 的专利【2 0 1 。 2 0 0 6 年，王加庆博士从编码角度对u n b 进行研究【2 l j ，得到了具有 较好性能的编码和检测方法；李小平博士的博士论文【2 2 】中提出了对 与v w d k 调制信号的改进技术。 2 0 0 7 年，张士凯提出关于“统一的二元相位调制和解调方法 的中 国专利【2 3 1 ，在相位角度的调制上又迈进了一步。 2 0 0 8 年张世凯，又提出了“e b p s k 调制波的正交性及功率谱分析【2 4 】 和“e b p s k 调制的波形优化1 2 5 1 ，。 2 0 0 9 年，卢宁应用拉普拉斯变换方法研究了“p s k 调制信号的滤波 k k 哈尔滨工程大学硕士学位论文 器暂态响应【2 6 】，为特殊滤波器的设计莫定了基础。 此外，国内其他的科研人员对u n b 技术的研究也成果斐然。 国内引入较早的是上海交通大学的徐友云和胡剑凌，前者在2 0 0 0 年 发表了关于“用于无线数字传输的双相编码调制【2 7 】 ，后者也在2 0 0 2 年发表了关于v m s k 的文章【2 8 】； 海军工程学院的王红星也分别发表文章【2 9 也】，从逐步u n b 技术概 述，到3 p r k 己调信号的时频分析【3 0 】和循环平稳分析【3 1 1 ，再到分析 高速态、微观态或介观态信号的信息输运能力，有可能突破香农公 式限制【3 2 1 ： 海军通信应用研究所邓小涛也是发表了多篇文章【3 3 - 3 6 1 ，论述了u n b 技术在我军事当中的重要地位和应用： 电子科技5 4 所殷云志也认为u n b 在军事应用的大有潜力【3 7 】； 上海大学的郑国莘和杨卫英几年来也是对u n b 技术加以研究，在利 用线性调频技术分别在2 0 0 7 年和2 0 0 8 年申请了两项专利【3 8 。3 9 1 ； 北京航空航天大学的杨东凯和吴华森也提出了v m s k 在高斯信道中 的解调性能【4 0 】； 南京师范大学的唐燕和殷奎喜也对v m s k 信号就行了研究 4 1 4 2 , 4 9 】； 北京邮电大学的赵成仕，王树彬对跟u n b 近似的x m a x 技术也进行 了研究【4 3 】； 徐利民，袁擎柱，肖雪娜也做了一定相应的研究【6 1 。 然而，国内很多专家学者对于u n b 技术持有怀疑态度，如浙江大学的 陈晓毅就认为v m s k 是一种错觉【4 7 】；清华大学的徐淑正，张鑫也认为u n b 技术是不可实现的【4 钔。 正如爱因斯坦当年提出相对论一样，很多学者并不理解微观的物理学， 同样，对于违背传统香农理论的u n b 技术，很多国内外学者怀疑该技术的可 行性，u n b 技术在实际的实验以及应用中已经表明，可以有足够的理由相信 对于未来技术的探索，并且完善全球高速无缝的通信系统是通信人梦寐以求 6 i k k 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 的梦想，在这条路上，会走的更远，也会有更多的研究人员投入到高效调制 技术的研究当中。 1 2 3v w d k 调制技术研究现状 v w d k 技术最初是由吴乐南教授提出，对于此技术的研究体现在如下几 个方面： ( 1 ) 调制波形以及波形优化 吴乐南教授领导的博士团队对于v w d k 调制波形给予了充分的探究，对 v m s k 调制波形进行了改进优化，陆续提出了类正弦技术和规范化类正弦调 制技术，并且对于波形进行了相应的去线谱优化，在0 4 年申请的专利中提出 了最小附加波形键控v w a k ( v e r y - m i n i m u ma d d i t i v ew a v e f o r mk e y i n g ， v 呲) ，进一步提升了波形性能。 上海大学的郑国莘和杨卫英也是对u n b 调制波形加以研究，在利用线性 调频技术分别在2 0 0 7 年和2 0 0 8 年申请了两项专利【3 8 , 3 9 提出了跟v w d k 类似 的线性调频键控的调制信号，也是一种很好的v w d k 设计波形。 ( 2 ) 相关滤波器的研究 u n b 技术的另一个核一t s , 就是零群延滤波器的设计，由于w a l k e r 先生提出 的滤波器要达到理想零时延并且应用模拟器件进行设计，采用石英晶体滤波 器，虽然的到了贝尔实验室的证实，但是尚需深入的研究，李小平博士找出 了适合发送和接收的滤波器组合，使得优化后的v w d k 已调信号在滤波后带 宽能够压缩到原来的1 1 2 9 。 ( 3 ) 信号编码的研究： 作为数字化进程的一个必要的过程，v w d k 信号的编码化过程也是一个 必要的研究过程，v m s k 就应用不归零码编码对信号进行编码调制，v w d k 也结合l d p c ( l o wd e n s i t yp a r i t yc h e e kc o d e ，l d p c ) 码对信号进行编码， 在提高性能方面也同样是不可或缺的一个方面。王家庆，李小平均在此做了 相应的研究。 ( 4 ) 系统性能的研究； v w d k 信号经过通带调制在射频端进行发送，经过信道进行接收相关解 i k k 哈尔滨工程大学硕士学何论文 调，由于超窄带技术目前基础理论的尚未完善，更多的理论基于波形设计和 滤波器的研究，系统的性能探究也仅限于加性信道的研究，相关文章也给出 了信号的高白信道下的系统性能。 ( 5 ) 调制信号的信道容量的研究； v w d k 调制技术由v m s k 技术发展而来，是超窄带技术的一种演进技术， 目前，针对v w d k 技术在a w g n ( a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e ，a w g n ) 信道条件下的传输问题，导出了信道容量的表达式。 然而，u n b 技术是门年轻的技术，还有很多工作需要研究，有很多问题 需要解决，例如： 波形的优化设计，找寻更光滑，更适合发送的信号波形始终是u n b 技术孜孜以求的目标，得以进一步的压缩信号带宽，提高频带的利 用率； 滤波器的设计，深入研究零群时延滤波器以及零延迟滤波器的数字 化过程； v w d k 调制系统的信道的特性研究，研究加性信道干扰和乘性干扰 对于v w d k 调制系统性能的影响； v w d k 调制系统的噪声抑制等技术的研究，在这项新的调制技术面 前，前面的路还很长。 u n b 技术的数字化实现，以及大规模的服务于实际生活等等。 面对日益紧缺的频谱资源，加快对于超窄带技术的研究，并结合其他技 术应用于实际生活，解决日益增涨的社会需要任重而道远。 1 3 研究内容的提出及章节安排 1 3 1 研究内容的提出 本文针对高斯信道和多径信道对于v w d k 调制系统性能影响以及如何 抑噪的问题，从v w d k 技术的基本性质出发，并尝试研究已调信号通过高 斯白噪声信道和多径信道后系统的性能，研究和探讨基于小波变换的抑噪方 法对于系统性能的提升。 8 哈尔滨二r 程大学硕士学位论文 v w d k 技术是超窄带技术的一个分支，对于其基本性质和特性的研究有 助于更深一层次的了解超窄带技术的基本特征，有助于更全面的了解v w d k 信号的特性，作为超窄带技术，这里引入了信号的带限优化技术，很好的提 升了系统的通信性能。 加性高斯白噪声信道是一种常见的信道模型，通过对高斯白噪声信道的 研究，有助于探究v w d k 调制系统的系统性能。作为最常见的信道，针对 a w g n 信道条件下的v w d k 已调信号做了相应的研究；并讨论了不同调制 因子条件下，信号通过高斯白噪声信道的系统性能。 在无线通信系统中，乘性干扰同样不可避免。在无线通信中，多径衰落 信道是一种常见的信道，对于该信道的研究有助于对v w d k 通信系统做进 一步的探讨，有助于进一步了解系统的性能。关于v w d k 信号通过多径衰 落信道的研究也暂时在已发表的文献中尚未发现。 本文从信道的普遍性出发，尝试对通过多径信道的信号进行了探究，以 求完善无线信道理论，为系统的探究v w d k 调制信号作出一个有益的铺垫， 为后来者作出一个全面、系统的探究。 小波变换理论近年来在信号和图像识别，图像和信号去噪等很多领域取 得了丰硕的成果，本文将在探究信道性能的基础之上，尝试引入小波理论， 并应用于加性的高斯白噪声信道，尝试应用小波变换去噪理论对v w d k 调 制信号的处理，寻求一种处理a w g n 无线信道下解决通信系统性能下降的 解决方法。 加性和乘性信道很好的代表了无线信道，通过对于信道的研究将会更好 的完善v w d k 调制系统的理论构架。同时，引入的小波理论很好的融合到 v w d k 调制通信系统，为提高a w g n 条件下的系统性能，完善系统的抗噪 性能打下一定的基础。 1 3 2 论文章节结构 论文章节的具体安排如下： 9 氏 - 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第l 章，绪论。本文首先对于选题的研究背景以及研究的意义做了相关 的阐述，从现阶段频谱资源紧张的角度，指出为了提高频谱的利用效率，寻 找有效的调制技术很有必要，u n b 就是在这样的大背景下的一种调制技术。 同时，介绍了当前国内外u n b 技术以及v w d k 调制技术的国内外研究现状， 并给出了全文的研究内容。 第2 章，v w d k 调制技术原理以及特性介绍。v w d k 调制技术是一门 新兴的技术，相关理论研究不多，本章介绍了其基本的调制原理，构建了数 学模型和物理模型，并为全文提供了统一的v w d k 调制系统仿真平台；与 此同时，分析了v w d k 已调信号的调制特性和功率特性。 第3 章，v w d k 通信系统的信道传输性能。为了探究了v w d k 系统的 相关性能，使得v w d k 调制信号分别通过a w g n 信道和多径衰落信道，进 入收端进行接收解调：探究在给出的此种信道条件下，系统在不同的调制因 子之下的，面对不同的模拟通信环境得到不同的系统性能，并对其性能进行 了分析；同时，由于v w d k 调制信号的特性，研究了调制信号带限条件下， 通信系统的性能。 第4 章，基于小波变换的v w d k 通信系统抑噪技术。从傅里叶变换到 小波变换的发展演变，是不断追求更好的信号分析理论的过程，介绍了小波 分析的基本理论和小波理论的m a l l a t 快速算法，给出对于信号的分解和重构 理论。同时，给出了基于小波变换处理的v w d k 信号抑噪的处理流程，方 法和步骤。在仿真平台下，分析和验证了小波处理方法对于染噪的v w d k 已调信号的噪声抑制性能，获得了比较优良的仿真分析结果。 最后，结论部分总结全文工作。 l o 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 第2 章v w d k 调制技术 u n b 技术是一种高效频带利用率的技术，是将载波通信和传递信息相结 合的一种通信体制，尽可能的压缩传递信息载波的带宽，以达到尽可能少的 占用通信带宽，达到高效同时低功耗的有效的通信手段。v w d k 技术由 v m s k 技术发展而来，是一种非等幅的类正弦调制技术，调制信号经过特殊 的零群时延滤波器便可以在基带上进行发送，也可以对信号进行变频，在特 殊频段进行传输。 本章给出v w d k 的数学模型和物理模型，并给出了信号的特性和信号 的去线谱优化。 2 1v m s k 与类正弦v m s k v m s k 是一种的双相编码的调制方式，数