我国地面数字广播电视正处在发展和普及阶段,信号覆盖不健全、标准滞后不完善等现状严重影响了广播频段的频谱利用率。其中606～678MHz包含9个频道,在不同区域和时段只有部分频道被使用,这对于我国相对紧张的频谱资源是极大的浪费。如何合理利用离散的空闲频谱实现高速率、抗干扰的隐蔽通信是一个亟需解决的问题。典型多载波的正交频分复用技术虽然传输速率高,但是解调信噪比高、抗干扰能力差;典型单载波的直接序列扩频技术抗干扰能力强,功率谱密度低,但是传输速率有限,两者都难以充分利用离散频谱资源。本文旨在研究适用于离散频谱环境下的抗干扰通信系统,在不影响现有数字广播电视信号的前提下,通过变换域通信技术聚合空闲频段,提高频谱利用率,并具备较高的传输速率、一定的抗干扰和隐蔽性能。本文对变换域通信技术的传输速率提升、峰均比抑制和提高对快时变多径衰落信道的适应性等关键问题进行了理论创新,并依此设计系统方案,研制原理样机,完成实测验证。具体内容如下:1.针对系统的频谱聚合和抗干扰需求,调研、实测了北京市606～678MHz频谱使用情况,明确了广播频段频谱利用率低的现状;分析了现有无线通信体制在此种频谱环境下存在传输速率或抗干扰及信号隐蔽性能有限、会对现有数字广播电视信号造成影响、频谱交互难以实现等问题。通过阐明变换域通信技术的基本原理,分析了其不仅能够自适应频谱接入,具备高阶调制的能力,保证低信号功率谱密度,理论上还可以对抗-52/-44d B信干比典型窄带/宽带干扰,与此种典型离散频谱环境下的区域宽带无线通信需求更加匹配。2.针对变换域通信系统频谱效率低的问题,提出多维并行组合信号结构提升传输速率。首先分析信号维度对系统的影响,将频谱效率提升转化成以最小误码率损失为代价增加调制符号数量的问题。其次,提出多维矢量组合的方式扩展调制符号,并通过相位控制扩展符号的欧式距离。再次,将信号设计形成系统方案,提出多维并行组合变换域通信系统,提高频谱效率的同时降低比特误码率。最后,提出基于同步头的调制自适应方法,使系统调制方式可以随频谱状况调节,提高整体传输速率。3.针对变换域通信系统信号峰均比大的问题,提出互补峰值抑制法有效抑制峰均比。首先证明系统峰均比受频谱环境和伪随机相位共同作用。其次,提出互补峰值抑制信号法,实现了无边带信息、低运算量且效果更好的峰均比抑制。再次,针对在可用频谱有限时,抑制信号会占用过多发射功率问题,提出通过功率调整系数,将发射功率集中于数据信号部分,改善系统性能。同时结合低信号功率谱密度特性几乎不会对于现有广播电视信号造成影响。最后,定性、定量地分析了互补峰值抑制法与多维并行组合信号的兼容性。4.针对变换域通信系统在大扩频比的隐蔽通信时会面临快时变多径衰落信道,长符号持续时间导致的大归一化多普勒引起时域导频性能恶化问题,提出频域非均匀导频设计方法。首先对认知发射/接收机进行分类,量化了频谱失配对系统产生的信噪比损失。进而提出频域非均匀导频,降低峰均比的同时,实现在大扩频比条件下对离散频谱信道的准确估计。其次,提出时频二维非均匀导频,降低了系统的导频数量,提高了系统效率。最后,提出利用频域非均匀导频构造测量矩阵,通过压缩感知解决信道估计受噪声影响大和运算复杂度高的问题。5.基于以上理论创新,设计系统方案,研制原理样机,完成测试验证。通过对传输速率、抗干扰、峰均比、误码率、多径衰落信道参数以及传输距离等项目的测试,以及与现有技术的对比,对系统性能进行评估,验证了所提理论创新的有效性。系统在不影响现有数字广播电视信号的前提下,可以对抗-38d B信干比的10%宽带干扰和典型多径衰落信道,并实现速率5Mbps以上、距离5km的低信号功率谱密度数据通信。系统通过将空闲频谱进行聚合,提高了频谱利用率,满足离散频谱环境下的高速、抗干扰、隐蔽通信的需求。