本文選題：雙選信道 + 加權類分數(shù)傅立葉變換��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2014年博士論文

【摘要】：隨著當前通信系統(tǒng)應用場景的多樣化，信號傳輸經(jīng)歷的信道環(huán)境亦隨之復雜化。其中時變無線多徑信道和水下聲納信道等引起的多普勒頻移和多徑傳輸效應將導致通信信號能量在時域和頻域分別發(fā)生時延擴展(彌散)和多普勒擴展(彌散)。這種使信號在時、頻域同時發(fā)生彌散的雙選(雙彌散)信道將嚴重影響傳統(tǒng)單載波頻域均衡(singlecarrierfrequencydomainequalization,SC-FDE)和正交多載波調(diào)制(multi-carriermodulation,MCM)體制通信系統(tǒng)的性能。首先，收、發(fā)終端的相對位移為信道引入了時變特性，增大了接收端中信道均衡的難度；其次，信號的時域彌散使得時域采樣間發(fā)生相互干擾；最后，信號的頻域彌散使原本正交子載波上的信號發(fā)生相互干擾。這種由信號在時、頻域彌散而引起的采樣間/載波間干擾(inter-sample/carrierinterference,ISI/ICI)是導致傳統(tǒng)單載波和多載波調(diào)制系統(tǒng)的性能出現(xiàn)損失的主要原因。 為了解決雙選信道下的ISI/ICI問題，現(xiàn)有文獻中提出了多種干擾抑制方法。除了傳統(tǒng)單載波調(diào)制(singlecarriermodulation,SCM)和MCM系統(tǒng)中采用的時域窗濾波及信道均衡等技術外，近年來從事相關研究領域的學者開始考慮通過引入新的載波調(diào)制技術來進一步改善對ISI/ICI的抑制效果。本文的主要工作為：在一種基于加權類分數(shù)傅立葉變換(weighted-typefractionalFouriertransform,WFRFT)的新型載波調(diào)制  混合載波調(diào)制(hybridcarriermodulation,HCM)體制下，結(jié)合現(xiàn)有時域窗濾波和信道均衡，設計高效的ISI/ICI抑制方法，獲得系統(tǒng)誤碼性能的提升。本文采用這種基于WFRFT的HCM體制的原因在于：WFRFT作為一種經(jīng)典的數(shù)學工具，可被視為傅立葉變換的擴展。其被應用于通信系統(tǒng)中時，不同信號域上信號之間的變換可獲得完備的數(shù)學理論支撐。此外，HCM作為SCM和MCM兩種傳統(tǒng)載波體制的擴展，，可較好的兼容現(xiàn)行通信系統(tǒng)。鑒于多普勒頻移的強弱對系統(tǒng)性能的影響較大，因此本文針對不同多普勒頻移的雙選信道條件，分別提出了不同的干擾抑制方法。并針對多用戶上行雙選信道，提出了混合載波頻分多址(frequencydivisionmultipleaccess,FDMA)系統(tǒng)框架和適用于該系統(tǒng)的迭代多用戶檢測方法。 本文首先著眼于多普勒頻移較小的無線信道，提出了混合載波調(diào)制多抽頭線性均衡方法，并研究了HCM體制與傳統(tǒng)信道均衡技術的結(jié)合，在不同信道條件下表現(xiàn)出的性能差異，解釋了HCM體制與傳統(tǒng)載波調(diào)制體制相比的優(yōu)勢機理：即均衡后在WFRFT域上獲得殘余干擾幅度的更低概率峰值。本文采用了三種線性均衡方法：針對整個數(shù)據(jù)塊進行并行處理的塊線性均衡和兩種串行的連續(xù)線性均衡方法。采用線性均衡的HCM體制系統(tǒng)，其性能與HCM系統(tǒng)調(diào)制階數(shù)、信道多徑時延功率譜和多普勒頻移參數(shù)有關。隨著信道多普勒頻移的增大，HCM體制開始表現(xiàn)出更優(yōu)于傳統(tǒng)SCM和MCM體制的誤碼率性能。 為了降低如水下聲納信道等大多普勒頻移雙選信道對系統(tǒng)性能的影響，本文對傳統(tǒng)時域迭代(非線性)MMSE均衡方法進行了改進，提出了適用于HCM體制系統(tǒng)的，通過更新并反饋WFRFT域先驗信息實現(xiàn)的時域迭代MMSE均衡方法。該方法的干擾抑制效果取決于先驗信息的收斂效果，而這種HCM體制與時域迭代均衡的聯(lián)合實現(xiàn)方法，可在WFRFT域獲得更優(yōu)的先驗信息收斂性，從而在大多普勒頻移的信道下獲得優(yōu)越的誤碼性能，并表現(xiàn)出相比于SCM和MCM體制下時域迭代MMSE均衡更優(yōu)的誤碼性能。 然而，隨著信道時延擴展的增大，時域迭代均衡方法的實現(xiàn)復雜度隨之急劇增大，且時域迭代MMSE均衡對頻分多址系統(tǒng)的兼容性較差。鑒于上述時域算法的應用限制，本文進一步對傳統(tǒng)的頻域迭代MMSE均衡方法進行改進，提出了HCM體制下的頻域迭代MMSE均衡方法。通過這種HCM體制與頻域迭代均衡的聯(lián)合實現(xiàn)方法，系統(tǒng)可獲得實現(xiàn)復雜度和誤碼性能的良好折中。由于WFRFT域先驗信息具有更優(yōu)收斂性，與傳統(tǒng)SCM和MCM體制下頻域迭代均衡方法相比，HCM體制下的頻域迭代均衡方法在大多普勒頻移的雙選信道下表現(xiàn)出了明顯的誤碼率優(yōu)勢。 最后，針對多用戶上行雙選信道引起的用戶間干擾，利用WFRFT以及HCM體制對傳統(tǒng)載波體制的兼容性，本文對傳統(tǒng)FDMA結(jié)構(gòu)進行了擴展，提出了混合載波頻分多址(hybridcarrierFDMA,HC-FDMA)系統(tǒng)框架，并定義了多用戶上行雙選信道的聯(lián)合頻域信道矩陣�；谶@個聯(lián)合頻域信道矩陣，提出了迭代多用戶檢測方法。雖然HC-FDMA系統(tǒng)中用戶發(fā)送信號的PAPR與單載波FDMA(singlecarrierFDMA,SC-FDMA)系統(tǒng)相比有所增大，但在HC-FDMA系統(tǒng)中，各用戶可根據(jù)各自經(jīng)歷的信道條件，采用不同的混合載波調(diào)制階數(shù)，以獲得最優(yōu)的系統(tǒng)誤碼性能。當系統(tǒng)采用集中式頻域子載波映射方式時，與SC-FDMA系統(tǒng)相比，HC-FDMA系統(tǒng)在雙選信道下的誤碼性能優(yōu)勢較為明顯，且該優(yōu)勢隨著信道多普勒頻移的增大而增大。
[Abstract]:Time - varying wireless multi - path channel and underwater sonar channel can cause delay spread ( dispersion ) and Doppler spread ( dispersion ) in time domain and frequency domain respectively .
secondly , the time domain dispersion of the signal causes mutual interference between the time domain samples ;
The inter - sample / carrier interference ( ISI / ICI ) caused by dispersion in frequency domain is the main reason for the loss of performance of traditional single - carrier and multi - carrier modulation systems .

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本文編號：1929393