基本信息
- 项目名称：
- 基于反相对称法的扩频通信技术研究与实现
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 经典通信理论和香农信息论是在高斯信道基础上建立起来的。但如今无线信道中的噪声绝大多数是人为噪声，而人为噪声具有较强的相关性。反相对称法可利用相邻信道噪声的相关性来抑制噪声，提高通信系统的信噪比。我们将反相对称法与扩频通信结合，实现了一种“反相对称-扩频通信”系统，从而使通信系统的信噪比得到了进一步提高，达到了减小发射功率，节约带宽资源的目的。
- 详细介绍：
- 反相对称法的基本原理是将两路互反的信号在两个相邻信道传输，在接收端将这两路信号相减，从而使噪声得到抑制。相邻信道包括相邻时隙、相邻频带和相邻空间。扩频通信通常是将每一个码元用一个伪随机列代替，每个伪随机序列有N个码片。在接收端利用相同的伪随机序列进行解扩，恢复出信息码元。利用扩频通信技术可使输出信噪比大大提高。反相对称-扩频通信是在发送端对信号扩频之后再进行反相对称编码；在接收端同样增加了反相对称解码过程。它可以降低发射功率、节约带宽资源。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- CDMA是扩频通信技术在3G、4G中的应用。它在提高系统抗干扰能力的同时使信道容量提高了一倍以上。但是它没有利用相邻信道噪声的相关性,因此仍有继续改进的可能性。 反相对称法利用了相邻信道噪声的相关性,可使信噪比进一步得到提高。在国家自然科学基金和国家级大学生创新性实验的资助下, 我们的研究取得了一定的成果。理论与实践均表明该项技术可使信噪比增益提高到1.55倍,并有望应用于4G协议中。
科学性、先进性及独特之处
- 经典通信理论假定信道噪声为高斯白噪声，其相关系数为零。而实际通信系统带宽总是有限的，带限高斯噪声的相关系数并不为零。反相对称法利用相邻信道噪声的相关性使噪声得到抑制。 我们通过实际测试证实了相邻信道噪声具有一定的相关性，人为噪声的相关系数ρ≈0.790,自然噪声的相关系数ρ≈0.254。反相对称法可利用这一点使信噪比得到进一步提高。
应用价值和现实意义
- 我们将反相对称法与扩频通信技术结合，研究并实现一种“反相对称-扩频通信”方式，可以达到提高信道利用率的目的。最终可为第四代移动通信协议的改进提供参考。
学术论文摘要
- 经典通信理论假定信道噪声为高斯白噪声，其相关系数为零。而实际通信系统带宽总是有限的，带限高斯噪声的相关系数并不为零。反相对称法（PISM）利用相邻信道噪声的相关性使噪声得到抑制。本文将反相对称法与现有扩频通信（SSC）技术结合，实现了一种PISM-SSC系统。该系统充分利用PISM和SSC的优点，使系统信噪比进一步得到提高。理论分析与仿真结果均表明，在高斯噪声条件下PISM-SSC系统的信噪比增益是现有SSC系统的1.55倍；在非高斯噪声条件下所获得的信噪比增益大于1.55倍。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 扩频通信可以降低提高信噪比，但它是以牺牲带宽为代价的，反相对称法是利用相邻信道噪声的相关性抑制噪声的，它与传统扩频通信相结合可以 达到降低发射功率、节约带宽的目的。
参考文献
- [1] 萧宝瑾, 黄双林, 萧英喆. 时域反相对称法及其抗噪声性能[J]. 通信学报, 2008, 29(3). （EI收录） [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.
同类课题研究水平概述
- 在通信系统的研究与开发过程中我们始终面临着对抗噪声的问题。如今无线信道中的噪声已由原来的以自然噪声为主变成了以人为噪声为主，而人为噪声具有较强的相关性。 为了获得更好的通信质量，国内外许多研究人员进行了长期不懈的努力。现在有四种方法对克服强噪声具有明显效果，都可以从强噪声环境中提取出微弱信号，在信噪比远小于1的情况下进行通信。 第一种是50年代美国开始研究的扩频通信技术，如今已被广泛应用。 第二种是1979年由Taylor等人提出的“频谱倒置法”，已获美国专利。 第三种是1993年由萧宝瑾教授提出的“反相对称法”，已获中国专利。 第四种是2000年由Monett提出的“Monett混频法”，已获美国专利。 根据经典通信理论，增大信号功率或者扩展信号带宽，可以使信噪比得到提高。扩频通信就是将原始信号扩展为宽带信号来传输，在接收端再解扩恢复为窄带信号，从而使整个系统能够较好的克服信道中的噪声。它在节能方面有一定优势，有着难以替代的地位。 扩频通信实际上是牺牲了带宽来对抗噪声，然而，带宽资源是有限的，随着人为干扰的不断增强，带宽却不能无限的扩展下去。扩频技术虽然在一定程度上可以降低发射功率，但是面临越来越多的他台干扰，无线信道中总的发射功率依然是增加的趋势。因此要想从根本上解决人为噪声问题，就不能简单地使用扩展带宽的方法。 反相对称法在对抗人为噪声方面，有着很强的优势。我们将反相对称法与扩频通信技术相结合，建立反相对称—扩频通信技术，兼顾二者的优势，以达到节省功耗，节约带宽资源的目的。
