极高动态下行链路中Ramanujan滤波多载波研究

高超音速飞行器的发展对极高动态下行链路宽带通信的需求极为迫切。此时，频偏可达70kHz,多普勒扩展达10kHz，时延扩展达20us，尚未有适合的调制传输技术。.滤波多载波抗频偏能力比OFDM提升2%，能同时对抗大多普勒及大时延扩展，再利用频率分集，是极具吸引力的解决方案，但需克服其实现复杂度高的问题，本研究拟采用基于"Ramanujan和"的变换来解决此问题，该变换的特点是：1）整型变换，长度相同时计算量低于FFT；2）本质是对信号进行频率非均匀分集处理；3）基向量选择灵活。将其应用于具有分集能力的滤波多载波通信系统中，计算复杂度低，并能在调制的同时完成发射分集。.本课题研究Ramanujan基向量分布模型，以建立Ramanujan滤波器组为突破点，重点研究在极高动态信道条件下，Ramanujan滤波多载波系统的实现方法及性能，以满足极高动态下行链路的宽带通信要求。

在速度超过音速几倍（3~7倍）甚至更高的飞行器上实现的通信被称为极高动态通信。在极高动态情况下，飞行器轨道机动性强，地面反射分量会产生多径扩展，导致多普勒扩展可达kHz级别，其调制传输技术面临两个主要问题：（1）大多径时延扩展引起频率选择性衰落，这要求基带信号尽量小于相干带宽；（2）大多普勒效应（主要是多普勒扩展）带来的时间选择性衰落，这要求基带信号带宽远大于多普勒扩展程度。多载波技术中的OFDM直接应用于极高动态通信无法有效对抗多普勒扩展，原因是OFDM调制解调必须保证子载波间的正交性。考虑到高动态面临的频率选择性衰落、大多普勒扩展以及时间选择性衰落，研究非均匀的多载波技术来克服该问题。. 本课题提出一种基于Ramanujan和的频谱可调的非均匀载波间距的多载波调制方式。Ramanujan和具有非均匀的频点分布特性，且各频点之间不重叠，对频率选择性衰落具有较好的鲁棒性；由于其频谱分布的非均匀性，导致连续频谱远小于OFDM，减少了各子载波间的干扰，进而降低了多普勒扩展带来的影响；此外，Ramanujan和具有多路同时调制一路数据的能力，在不同的频点上传输降低了时间选择性衰落对某一子载波的深度衰落的风险；因此，基于Ramanujan和的非均匀多载波调制相比于OFDM，虽然损失了频谱利用率，但是降低了系统的误比特率，更适合于极高动态通信环境。.根据Ramanujan和的正交性和周期性，课题组推导了Ramanujan傅立叶正反变换的完全重建条件，以重建条件为基础，建立非均匀载波间隔的多载波调制体制（RFMT）。针对高动态信道特性，尤其是多径带来的频率选择性衰落及多普勒扩展造成的的载波间干扰（ICI）进行了理论分析和仿真，仿真验证了RFMT的抗多径与多普勒扩展的有效性。由于Ramanujan和的非均匀频谱分布性质及频率共振性质，RFMT在不同载波通道的误比特率不同，在对抗时间和频率选择性衰落的同时还实现对数据的不均等保护。. 本课题对Ramanujan和的频点分布，抗干扰性能进行了相应的分析和仿真，为极高动态环境下的非均匀载波间距的设计提供了理论参考；对Ramanujan和计算和变换进行了复杂度分析，并给提出了一下优化的计算方法，促进RFMT的工程应用。