發(fā)布時間：2019-01-01 19:51

【摘要】：現(xiàn)代信息社會迅速發(fā)展,通信設(shè)備的快速移動性以及通信信號的高速率傳輸對通信行業(yè)的要求也越來越高。而現(xiàn)在通信環(huán)境也越來越復(fù)雜,諸如在LTE-A、WIMAX、水聲(underwater acoustic,UWA)通信以及數(shù)字視頻廣播(digitalvideo broadcasting,DVB)通信等這樣的通信環(huán)境中,傳輸信號不僅會經(jīng)歷由于高速傳輸而造成的多普勒頻移的影響,進而產(chǎn)生信道時間選擇性衰落,而且還會經(jīng)歷由于多個復(fù)雜傳播路徑而造成的多徑干擾影響,進而產(chǎn)生頻率選擇性衰落,在這樣的快速時變多徑(或者稱為雙選擇性衰落)信道下,通信信號的傳輸將會受到載波間干擾(inter-carrier interference,ICI),符號間干擾(inter-symbolinterference,ISI)以及載波頻率偏移(carrier frequency offset,CFO)干擾的影響,而這些會嚴(yán)重影響通信質(zhì)量,因此研究快速時變多徑信道下的信號傳輸和干擾抑制問題具有重要意義。傳統(tǒng)的快速時變多徑信道下干擾抑制方法主要是基于OFDM系統(tǒng)。但是,由于信道的強時變性引起的多普勒頻移的影響,破壞了子載波之間的正交性,從而產(chǎn)生嚴(yán)重的ICI。為了抑制ICI的影響,一些文獻提出基于單載波系統(tǒng)的頻域均衡算法。然而,由于多徑延遲的干擾,單載波系統(tǒng)很容易受到ISI的影響,這也會影響到無線通信系統(tǒng)的性能。為此提出一種基于加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的混合載波系統(tǒng),來解決快速時變多徑信道下ICI/ISI干擾抑制問題。特別地,混合載波系統(tǒng)可以看成是單載波系統(tǒng)和OFDM系統(tǒng)的一種融合,能夠表現(xiàn)出相比較于單載波和OFDM在干擾抑制上更大的優(yōu)勢。另外一方面,從解調(diào)體制上分析,傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)利用了傅里葉變換進行解調(diào),由于傅里葉變換無法分析局部干擾的影響,因此迫切希望找到一種簡單的能夠進行局部干擾分析的工具。幸運地是,一種新的解調(diào)工具,部分FFT解調(diào)提出,在局部干擾分析方面能夠優(yōu)于傳統(tǒng)的傅里葉變換解調(diào)。本文的目的是利用混合載波和部分FFT解調(diào)的優(yōu)勢,提出一種新型的混合載波-部分FFT解調(diào)系統(tǒng),對快速時變多徑信道下的ICI以及CFO干擾,進行進一步地抑制。并且提出一種基于這種新型系統(tǒng)的低復(fù)雜度均衡算法,本文主要的研究工作如下:本文首先發(fā)展了多項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換(multiple weighted fractional Fouriertransform,m-WFRFT)的理論。針對不同多項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換之間關(guān)系不明朗的問題,本文基于加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換矩陣,建立了不同的多項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的調(diào)制階數(shù)的關(guān)系�；诙囗椉訖�(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換之間調(diào)制階數(shù)的關(guān)系,本文提出了一種廣義的混合載波系統(tǒng),這可以看成是基于4-WFRFT的混合載波系統(tǒng)的廣義形式。最后分析了其在無線通信中的潛在應(yīng)用,為后文提供了重要的理論基礎(chǔ)。針對快速時變信道下載波間的干擾問題,本文提出了基于混合載波-部分FFT解調(diào)系統(tǒng)的ICI抑制算法,并且設(shè)計了該算法的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。首先,混合載波系統(tǒng)在雙選信道下干擾抑制方面相比較于單載波和OFDM系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢。另外,部分FFT解調(diào)能夠?qū)⒂杏眯盘柹系母蓴_分配到很多無用的信號點上,這樣在有用信號點上的干擾就會相應(yīng)的減少,更有利于符號判決,而這是傳統(tǒng)的傅里葉變換所不能實現(xiàn)的。優(yōu)化的分塊數(shù)根據(jù)快速時變信道下殘余干擾的變化得到。進一步地,優(yōu)化的調(diào)制階數(shù)可以根據(jù)歸一化多普勒設(shè)計得到。從數(shù)值仿真中可以得到,在典型的快速時變信道下,結(jié)合ICI抑制算法的混合載波-部分FFT解調(diào)系統(tǒng),相比較于傳統(tǒng)單載波以及OFDM系統(tǒng),在相同的分塊數(shù)下,具有更優(yōu)異的誤碼率性能。針對快速時變信道下的載波頻率偏移干擾問題,本文提出了基于混合載波-部分FFT解調(diào)的載波頻率偏移抑制算法。分析了載波頻率偏移的產(chǎn)生機理,得出在快速時變信道下,多徑延遲擴展的時變性是產(chǎn)生載波頻率偏移的主要原因。進一步地,本文將所提出的CFO抑制算法應(yīng)用到了典型的快速時變多徑信道中,即DVB通信信道以及水聲通信信道。最后,通過數(shù)值仿真揭示了基于混合載波-部分FFT解調(diào)系統(tǒng)的CFO抑制算法相比較于單載波以及OFDM系統(tǒng)在相同的分塊數(shù)下的優(yōu)勢�？紤]到基于部分FFT解調(diào)的傳統(tǒng)干擾抑制算法的計算復(fù)雜度高的問題,本文利用頻域信道的帶狀性質(zhì),提出了基于混合載波-部分FFT解調(diào)的帶狀MMSE均衡算法。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)頻域信道矩陣,經(jīng)過部分FFT解調(diào)后,仍然能夠保持頻域信道的帶狀性質(zhì),進而能夠降低干擾抑制算法的計算復(fù)雜度。因此結(jié)合帶狀MMSE均衡,提出了一種低復(fù)雜度的均衡算法。進一步地,經(jīng)過數(shù)值仿真驗證,本文提出的基于混合載波-部分FFT解調(diào)系統(tǒng)的低復(fù)雜度均衡算法,能夠均衡考慮系統(tǒng)的計算復(fù)雜度和性能。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.3
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本文編號：2398042