本文關(guān)鍵詞：基于互補碼的全雙工多用戶通信系統(tǒng)傳輸機理研究

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【摘要】：同時同頻全雙工(In-Band Full-Duplex,IBFD)傳輸技術(shù),作為第五代(Fifth Generation,5G)移動通信系統(tǒng)核心技術(shù)之一,不同于傳統(tǒng)的頻分雙工(Frequency Division Duplex,FDD)與時分雙工(Time Division Duplex,TDD)傳輸模式,其在相同的時間片內(nèi)占用相同頻率資源實現(xiàn)了通信節(jié)點信號的同步接收與發(fā)射。因此,理論上IBFD傳輸模式可為無線通信系統(tǒng)提供二倍于現(xiàn)有的傳統(tǒng)雙工模式的頻帶利用率。這在追求信息高速傳輸?shù)慕裉鞂碛蟹浅V泛的應(yīng)用前景。IBFD通信節(jié)點同時同頻進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸,其發(fā)射信號將在通信節(jié)點自身接收機處產(chǎn)生干擾。并且同一用戶接收天線與發(fā)射天線距離較近,這種節(jié)點內(nèi)自干擾(Self-Interference,SI)經(jīng)歷自由空間路徑損耗較少,傳播至用戶接收天線處殘余干擾強度較大,從而造成接收機對目標(biāo)用戶發(fā)送原始數(shù)據(jù)的恢復(fù)能力的下降。因此節(jié)點內(nèi)自干擾的有效地抑制將是影響IBFD傳輸技術(shù)未來發(fā)展與實際應(yīng)用最為關(guān)鍵的因素。圍繞著這一問題,本文提出了一種基于互補碼(Complementary Code,CC)的擴頻傳輸干擾抑制方案以實現(xiàn)節(jié)點內(nèi)自干擾的有效消除。不同于傳統(tǒng)的一維擴頻序列,互補碼是具有理想的相關(guān)特性的二維碼字,其理想的自相關(guān)特性將充分抑制衰落信道下多徑干擾(Multipath Interference,MPI),其理想的互相關(guān)性可有效消除節(jié)點間多址干擾(Multiple Access Interference,MAI)以及節(jié)點內(nèi)自干擾。本文基于上述二維互補碼構(gòu)建了全雙工多用戶通信系統(tǒng)的一般數(shù)學(xué)模型,描述了二維互補碼擴頻與解擴一般流程,并在單載波串行時分傳輸模式下分析發(fā)射信號一般表達(dá)式,結(jié)合頻選Rayleigh慢衰落信道模型推導(dǎo)接收信號一般表達(dá)式。此后結(jié)合互補碼相關(guān)特性分析系統(tǒng)對MPI、MAI與SI三種干擾的抑制情況。結(jié)果表明基于二維互補碼全雙工多用戶通信系統(tǒng)可完全消除上述多種干擾。在此基礎(chǔ)上本文又分析了系統(tǒng)傳輸特性,推導(dǎo)了誤碼率(Bit Error Rate,BER)與中斷概率(Outage Probability,OP)閉合表達(dá)式。仿真實驗結(jié)果表明在節(jié)點內(nèi)自干擾強度一定時采用二維互補碼全雙工多用戶通信系統(tǒng)相比于采用傳統(tǒng)一維擴頻序列,如Gold序列、Walsh序列與Kasami序列等全雙工多用戶通信系統(tǒng),具有更低的符號錯誤概率與通信中斷概率。在發(fā)射符號信噪比一定的條件下,二維互補碼在節(jié)點內(nèi)自干擾強度增加的條件下依然可保證系統(tǒng)誤碼性能與中斷性能的穩(wěn)定;而傳統(tǒng)一維擴頻序列在受到強節(jié)點內(nèi)自干擾時,系統(tǒng)誤碼性能與中斷性能都將不斷惡化。在此之后結(jié)合多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)傳輸技術(shù)在二維互補碼的基礎(chǔ)之上擴展成三維互補碼,并構(gòu)建基于擴展三維互補碼的全雙工多用戶通信系統(tǒng)。分析系統(tǒng)一般數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)發(fā)射信號、衰落信道與接收信號一般形式。通過推導(dǎo)接收信號表達(dá)式可知MIMO多天線結(jié)構(gòu)使得MAI、MP、SI干擾信號均以多天線形式疊加而存在。當(dāng)多天線形式疊加信號傳輸至接收機,且對應(yīng)的碼片相對位移在序列零相關(guān)區(qū)內(nèi)時,利用三維互補碼完美的正交特性依然可以有效消除上述多種干擾。系統(tǒng)誤碼性能與中斷性能的分析與二維互補碼相似,觀察仿真結(jié)果表明相比于傳統(tǒng)一維擴頻序列,三維互補碼具有更低的符號錯誤概率與通信中斷概率。而相比于單天線結(jié)構(gòu)的二維互補碼,三維互補碼多天線結(jié)構(gòu)提供的空間分集、復(fù)用增益將有效改善系統(tǒng)傳輸性能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5
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本文編號：1173198