基于Beyond-IMT-系统的自适应调制技术的研究-开题分析报告.doc

基于Beyond-IMT-系统的自适应调制技术的研究-开题报告 作者： 日期：SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名张海峰系部电子工程系专业、班级电子信息06-4指导教师姓名王月媛职称讲师从事专业电子信息是否外聘是否题目名称基于Beyond IMT-2000系统的自适应调制技术的研究1、 课题研究现状、选题目的和意义1864年，英国物理学家麦克斯韦(J.C.Maxwell)创造性地总结了人类已有的电磁学知识，预言了电磁波的存在。1887年，德国物理学家赫兹(H.R.Hertz)通过实验产生出电磁波，证明了麦克斯韦预言的正确性。1897年，意大利科学家马可尼(G.Marconi)和俄国军官波波夫(A.S.Popov)首次使用无线电波进行信息传输并获得成功。1901年，马可尼实现了从英国到纽芬兰的跨大西洋无线电信号接收，完成了超过2700公里的远距离通信。随后伴随着计算机技术和大规模集成电路技术的发展，通信理论和技术不断进步，通信成为人们日常生活中不可或缺的重要组成部分。20世纪80年代出现了第一代商用通信系统，主要包括模拟蜂窝系统和无绳电话系统。典型的模拟蜂窝系统有美国的AMPS、英国的TACS、西德的C-450等。第一代模拟蜂窝电话系统的工作频段为800MHz和900MHz，采用频分双工的工作方式(FDD)，调制方式为模拟调频。第一代无绳电话(CTI)系统采用模拟调制技术，传输模拟话音。第一代模拟无线通信系统的主要缺点是频谱利用率低、抗干扰能力差、系统保密性差，系统容量小，不适合多媒体通信业务的需要，在日益激烈的市场竞争中已被逐步淘汰。随着数字通信技术的发展以及用户对高质量无线通信的需求，通信系统发展到以数字通信技术为代表的第二代通信系统，由于采用了先进的数字传输技术，系统的通信质量、传输效率和系统容量有了很大的提高。第二代通信系统包括数字蜂窝系统、个人通信业务系统(PCS)和无线数据网络系统。全球移动通信系统(GSM)是最早的数字蜂窝网络，欧洲开发GSM的主要目的是为了解决蜂窝电话在欧盟各国的国际漫游。除了GSM以外，还有美国的IS-54系统、IS-95系统和日本的JDC系统。PCS系统是在第一代无绳电话系统的基础上发展起来的。它主要是面向家庭和办公室等小区域使用，支持的移动速率低，手机和基站的复杂度较低。数字蜂窝和PCS提供的是传统的语音业务，而移动数据网络为用户提供分组数据业务。最早的移动数据业务是1983年由Motorola和IBM公司联合开发的ARDIS系统提供的。WLAN出现于20世纪80年代初期，在20世纪90年代得到了快速发展，并逐渐发展成两大系列标准：由美国电气与电子工程师协会(IEEE)制定的802.11系列标准和由欧洲电信标准协会(ETSI)制定的HIPERLAN系列标准。第一个无线个域网(WPAN)是20世纪90年代中期有美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助开发的BodyLAN系统；1997年6月，IEEE成立了WPAN工作组以推进WPAN的标准化工作；2002年6月，IEEE发表了802.15.1标准；2003年，IEEE又推出了802.15.2、802.15.3和802.15.4标准；目前IEEE802.15.5正全力推动基于超宽带(UWB)技术的WPAN标准的制定工作。第三代通信系统的目标是建立一个全球统一的通信体制，逐步融合并取代现有的第二代数字蜂窝系统、PCS系统和移动数据业务。3G系统没有实现所有无线通信网络的统一以及不同无线网络之间的无缝漫游。3G蜂窝网络可以在大区域内为用户提供中低速的多媒体业务，WLAN可以在小区域热点地区为用户提供高速宽带业务，WPAN则为用户提供了个人设备的无线连接。1985年国际电信联盟(ITU)提出了3G移动通信系统的概念并成立了专门组织TG8/1进行研究；1992年世界无线电行政大会(WARC)为3G系统分配了230M的频谱：1885MHz2025 MHz以及2110 MHz2200 MHz；1996年ITU确定了3G蜂窝系统的正式名称：IMT-2000；1999年11月，ITU最终决定以WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流技术作为IMT-2000的标准。其中WCDMA是由欧洲和日本共同提出，CDMA2000是由美国提出，而TD-SCDMA是由中国提出。3G技术标准的细节主要由国际标准组织3GPP和3GPP2根据ITU的建议来进一步完成。为了实现手机的无缝漫游和骨干网之间的互通，1998年底成立了运营商融合组织(OHG)。2003年，IEEE分别通过了802.11f、802.11g和802.11h三个WLAN标准，实现在小范围内提供廉价的宽带无线接入手段。IEEE正在研究的802.16和802.20新标准将成为有线接入和3G蜂窝系统强有力的竞争对手。IEEE预期802.20将填补现有的蜂窝系统和各类宽带无线接入技术(WLAN、WPAN、WMAN)之间的空白，提供比现有的宽带无线接入技术更高的移动性、比现有的蜂窝网络更高的数据传输速率。2000年10月6日，ITU成立IMT-2000 and Beyond IMT-2000工作组，旨在统一全球移动电话标准。2001年10月，在东京举行的ITU-R WP8F会议上，已收到较多有关Beyond IMT-2000的研究提案，并初步明确了Beyond IMT-2000研究的基本框架。欧盟在前期研究计划(第五框架研究计划)的基础上，成立了世界无线通信研究论坛(WWRF)，着手进行“IMT-2000”之后Beyond IMT-2000的概念、需求与基本框架的研究，并将Beyond IMT-2000列入于2002年启动的欧盟“第六框架研究计划”；欧洲的爱立信公司正与美国加利福尼亚大学合作，着手研制Beyond IMT-2000系统；日本和韩国也已经开始进行Beyond IMT-2000等未来移动通信服务技术的开发研究；最近，AT&T公司演示了被称为Beyond IMT-2000接入网的一个非对称网络，该网络上行信道采用了EDGE技术，下行信道采用了宽带正交频分复用(OFDM)技术。在我国，Beyond IMT-2000已被正式列入了国家“十五”“863”研究计划，并启动了名为FuTURE(Future Technologies for Universal Radio Environment)的未来移动通信研究计划。这个计划分以下三阶段实施：1) 2001年12月至2003年12月(FuTURE I)，开展IMT-2000/Beyond IMT-2000蜂窝通信空中接口技术研究，完成IMT-2000/ Beyond IMT-2000无线传输系统的核心软、硬件研制工作，开展相关传输实验，向ITU提交有关建议，申请一批核心技术专利；2) 2004年1月至2005年12月(FuTURE I+)， IMT-2000/Beyond IMT-2000空中接口技术研究达到相对成熟的水平，进行与之相关的系统总体技术研究(包括与无线自组织网络、游牧无线接入网络的互联互通技术研究等)，完成联网实验和演示业务的开发，建成具有IMT-2000/ Beyond IMT-2000技术特征的演示系统，向ITU提交初步的新一代无线通信体制标准；3) 2006年1月至2010年12月(FuTURE II)，设立有关重大专项，完成通用无线环境的体制标准研究及其系统实用化研究，开展较大规模的现场实验，完成预商用系统的研制。自适应技术的基本思想是改变发射功率、每个子信道的符号传输速率、调制方式、编码效率等参数或这些参数的某种组合以维持恒定的误码率 (BER)。自适应技术大大减少了对均衡和交织的依赖，提升了系统的性能。无线通信有别于有线通信很重要的一点是信道的动态性，主要是指信道传播环境的开放性与信道参量的时变性，引起信道频率选择性衰落和时变衰落，用户的移动也导致了接收环境(室内、市区、郊区及农村)的复杂性和接收地点的随机性。如果采用固定技术，为了保证通信的可靠性就只能按照信道性能较差的情况按最低要求设计，而当信道较好时就会造成很大的资源浪费，在无线通信中频谱、功率等资源都是相当宝贵的。因此，根据信道与业务要求的变化改变系统中某些参数的自适应方法，是无线通信系统中提高频谱利用率的重要手段。尤其是Beyond IMT-2000系统中，各种类型无线业务(语音、数据和多媒体)的广泛应用需要进一步提高信道容量和数据传输速率，自适应技术是其中必要的核心技术。自适应技术通常包含三个部分：对变化情况的测量、估计或预测；所需改变参数的选择；给其他部分的信令信息。要适应变化，首先要了解变化的情况，这是自适应技术的前提，因此要对时变信道作出质量估计。信道估计需要确定合适的物理量，通常使用的指标有信噪比(SNR)、载噪比(CNR)、均方误差(MSE)、比特误码率(BER)等，这些值可以在接收端(闭环方式)或发送端(开环方式)进行测量，此外还要考虑自适应速度和估计算法的复杂度等等。迄今为止信道估计部分已经发展得相当成熟了，所以本文对此暂时不探讨。在自适应调制中可以改变的参数有调制方式和发送功率等，L.Hanzo指出通过改变发射功率来匹配信道的变化不如直接改变调制方式有效。因此本章主要研究如何自适应改变调制方式的问题。最佳参数的选择就是在系统限定的条件下，目标函数的最优化问题。例如，在速率和发送功率固定的条件下，使误码率最小；或者保证一定的误码率和发送功率，使传送速率最大等等。实际中可以有一些简单的方法，如设定相应的变化门限等。根据信道和业务要求的实时变化来调整系统某些参数的自适应方法，是移动通信系统中提高频谱利用率的有效手段，尤其适用于Beyond IMT-2000 (超第三代移动通信系统)系统超IMT-2000系统将把蜂窝系统和较低移动性的无线接入系统中的现有的、增强的和新发展的系统元素，以很高的一致性实现无缝的相互融合，从而实现系统能力的大幅提升。自适应调制技术是Beyond IMT-2000系统的关键技术之一。这种调制技术的思想是根据移动无线信道的瞬时质量状况改变调制方式，使信道的传输能力在任何时刻都能达到最大，自适应调制技术使通信系统获得了较高的频谱利用率和信息传输速率。本题目的就是通过利用Matlab对基于Beyond IMT-2000系统的自适应调制技术进行仿真分析，达到了解该技术目前的水平、发展趋势、实现的原理和方法。通过该课题掌握文献的查找方法，根据题目的要求制定总体方案，算法的软件流程图，编写软件的源代码。将学到的书本知识与生产实践相结合，为就业和今后的深造打下良好的基础。 二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题本课题主要对基于Beyond IMT-2000系统的自适应调制技术进行研究。主要工作体现以星座可调的自适应调制系统和电平及符号率联合调制的自适应调制系统为研究对象，探讨自适应调制技术的门限判决规则，最后对所研究的系统用MATLAB软件进行仿真。主要解决问题：1、了解超IMT-2000系统的原理、关键技术、研究进展；2、掌握自适应调制技术原理，掌握多进制正交振幅调制（MQAM）、多进制相移键控(MPSK)的原理，掌握星座可调的自适应调制系统研究；3、以星座可调的自适应调制系统和星座图与符号率联合控制的自适应调制系统为对象，进行Matlab仿真分析。三、技术路线（研究方法） 通过查找文献的方法，了解了自适应调制技术是Beyond IMT-2000系统的关键技术之一。这种调制技术的思想是根据移动无线信道的瞬时质量状况改变调制方式，使信道的传输能力在任何时刻都能达到最大，自适应调制技术使通信系统获得了较高的频谱利用率和信息传输速率。自适应技术的基本思想是改变发射功率、每个子信道的符号传输速率、调制方式、编码效率等参数或这些参数的某种组合以维持恒定的误码率 (BER)。自适应技术通常包含三个部分：对变化情况的测量、估计或预测；所需改变参数的选择；给其他部分的信令信息。Beyond IMT-2000的关键技术：智能天线技术；软件无线电技术；OFDM(正交频分复用)技术；自适应调制与编码(AMC)技术；混合ARQ协议；多输入多输出(MIMO)天线技术根据题目的要求制定总体方案，算法的软件流程图，编写软件的源代码。将学到的书本知识与生产实践相结合，为就业和今后的深造打下良好的基础。在以上工作基础上，完成本科毕业论文。四、进度安排11-2周：查阅资料，完成设计的开题报告。23-4周：完成方案设计。35-10周：软件程序设计。411-13周：软件程序调试。514-15周：撰写毕业论文。616周：上交毕业论文、完成PPT讲稿、准备答辩。717周：答辩。五、参考文献1 J.K.Cavers.An analysis of pilot symbol assisted modulation for Rayleigh fadingchannelsD .New York：Vehi.Technol，1991.2 L.Hanzo，C.H.Wong，M.S.Yee.Adaptive Wireless Trans