【摘要】：單載波頻域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization,SC-FDE)技術(shù)是一種抵抗頻率選擇性衰落信道中由多徑時延引起的碼間串?dāng)_的技術(shù)。與傳統(tǒng)單載波時域均衡技術(shù)相比,SC-FDE技術(shù)由于采用頻域均衡,具有較低的計算復(fù)雜度,與OFDM(Orthogonal Frequency Domain Modulation)技術(shù)相當(dāng);與多載波OFDM技術(shù)相比,SC-FDE技術(shù)由于采用單載波傳輸,峰均功率比較低,不需要昂貴的線性放大器,并且對載波頻偏的敏感度也大大低于OFDM技術(shù),對同步精度要求較低。因此,該技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于寬帶系統(tǒng)中,如空中接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.16,移動寬帶無線接入IEEE802.20工作組,以及3GPP LTE的上行鏈路。但是,SC-FDE技術(shù)也存在一些缺點,其頻譜利用率不高,且無法利用頻率分集等。除此之外,傳統(tǒng)的SC-FDE系統(tǒng)在多徑信道下,不能充分利用信道的多徑分集,使得信道容量下降。針對這些問題,研究人員提出了SC-FDE技術(shù)與多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系統(tǒng)的結(jié)合,并有很多研究將STBC(Space-Time Block Coding)和SFBC(Space-Frequency Block Coding)等發(fā)射分集方案應(yīng)用在SC-FDE系統(tǒng)中,從而使SC-FDE系統(tǒng)獲得空間分集、時間分集和頻率分集增益。由于SC-FDE系統(tǒng)的發(fā)射信號是在時域進行的,因而不能直接應(yīng)用SFBC方案。在基于SFBC設(shè)計的SC-FDE發(fā)射分集方案中,需要首先利用傅里葉變換(Discrete Fourier Transform,DFT)將時域信號變換到頻域,進行SFBC設(shè)計,之后再利用IDFT(Inverse Discrete Transform,IDFT)將編碼后的信號變換到時域進行發(fā)送。該方案涉及到多個傅里葉變換,其計算復(fù)雜度較高。而離散Hartley變換(Discrete Hartley Transform,DHT),作為一種與傅里葉變換類似但計算復(fù)雜度較低的變換,可以被應(yīng)用于該方案中。本文首先對SC-FDE的技術(shù)背景和發(fā)展?fàn)顩r進行了相關(guān)研究,分析了無線通信系統(tǒng)的衰落信道,建立SC-FDE系統(tǒng)模型,并與OFDM系統(tǒng)模型作了相應(yīng)的比較。在SC-FDE系統(tǒng)中,研究了基于DFT的STBC和SFBC發(fā)射分集方案,理論分析推導(dǎo),并通過仿真實驗進行了驗證。為了降低傳統(tǒng)的基于DFT的SC-FDE系統(tǒng)的計算復(fù)雜度,本文提出了基于DHT的SFBC SC-FDE系統(tǒng)。針對DHT只能調(diào)制實數(shù)信號,以及不能像DFT一樣直接將信道矩陣對角化等問題,進行了詳細的敘述和分析,并提出了相應(yīng)的解決方案。本方案通過將二維復(fù)數(shù)調(diào)制信號的實部和虛部分別進行離散Hartley變換,再合并,使信號從時域變換到頻域,進行SFBC設(shè)計,實現(xiàn)了DHT調(diào)制復(fù)數(shù)信號。再利用DHT矩陣的互補特性,將信道矩陣對角化,從而實現(xiàn)單抽頭的頻域均衡。文章的最后,通過分析和仿真證明,與傳統(tǒng)的基于傅里葉變換的單載波頻域均衡系統(tǒng)相比,本算法在高信噪比的情況下,可以獲得更好的性能,并且使得接收機端的計算復(fù)雜度降低了將近一半。另外,由于離散Hartley變換的正變換和逆變換是相同的變換,因而可以使用完全相同的硬件和程序來實現(xiàn)調(diào)制和解調(diào),降低了系統(tǒng)的硬件成本。
[Abstract]:Single carrier frequency domain equalization (Single Carrier Frequency Domain Equalization,SC-FDE) is a technique to resist inter-symbol crosstalk caused by multipath delay in frequency-selective fading channels. Compared with traditional single-carrier time-domain equalization technique, SC-FDE technology has lower computational complexity and is comparable to OFDM (Orthogonal Frequency Domain Modulation) technology because of frequency domain equalization, and SC-FDE technology has lower peak-to-average power compared with multicarrier OFDM technology because of single-carrier transmission. There is no need for expensive linear amplifiers, and the sensitivity to carrier frequency offset is much lower than that of OFDM technology, and the synchronization accuracy is low. Therefore, this technology is widely used in broadband systems, such as the air interface standard IEEE 802.16, the Mobile Broadband Wireless access IEEE802.20 working Group, and the uplink of 3GPP LTE. However, SC-FDE technology also has some shortcomings, its spectrum efficiency is not high, and can not use frequency diversity and so on. In addition, the traditional SC-FDE system can not make full use of multipath diversity in multipath channel, which makes the channel capacity decrease. To solve these problems, researchers proposed the combination of SC-FDE technology and multi-input multiple-output (Multiple-Input Multiple-Output,MIMO) system, and many studies have applied STBC (Space-Time Block Coding) and SFBC (Space-Frequency Block Coding) to SC-FDE system, so that SC-FDE system can obtain spatial diversity. Time diversity and frequency diversity gain. Because the transmitted signal of SC-FDE system is carried out in time domain, SFBC scheme can not be applied directly. In the SC-FDE transmit diversity scheme based on SFBC, it is necessary to transform the time domain signal to the frequency domain by using the Fourier transform (Discrete Fourier Transform,DFT (Discrete Fourier Transform,DFT), and then to design the SFBC using IDFT (Inverse Discrete Transform,IDFT) to transform the encoded signal into the time domain for transmission. This scheme involves multiple Fourier transforms, and its computational complexity is high. The discrete Hartley transform (Discrete Hartley Transform,DHT), which is similar to Fourier transform but with low computational complexity, can be applied to this scheme. In this paper, the technical background and development of SC-FDE are studied, and the fading channel of wireless communication system is analyzed. The SC-FDE system model is established and compared with the OFDM system model. In the SC-FDE system, the STBC and SFBC transmit diversity schemes based on DFT are studied, the theoretical analysis and derivation are carried out, and the simulation results are verified. In order to reduce the computational complexity of the traditional SC-FDE system based on DFT, a SFBC SC-FDE system based on DHT is proposed in this paper. Aiming at the problem that DHT can only modulate real signal and can not directly diagonalize the channel matrix as DFT, this paper gives a detailed description and analysis, and puts forward the corresponding solution. In this scheme, the real part and the imaginary part of the 2-D complex modulation signal are transformed into discrete Hartley transform, then combined, the signal is transformed from time domain to frequency domain, and the SFBC is designed, and the complex DHT modulation signal is realized. The channel matrix is diagonalized by using the complementary characteristic of DHT matrix, and the frequency domain equalization of single tap is realized. Finally, through analysis and simulation, it is proved that compared with the traditional single-carrier frequency-domain equalization system based on Fourier transform, the proposed algorithm can achieve better performance in the case of high SNR. And the complexity of the receiver is reduced by nearly half. In addition, because the forward transformation and inverse transform of discrete Hartley transform are the same transformation, the same hardware and program can be used to realize modulation and demodulation, which reduces the hardware cost of the system.
【學(xué)位授予單位】：大連工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.5

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本文編號：2251876