【摘要】：提升頻譜效率一直是無(wú)線通信面臨的重要任務(wù)。對(duì)于傳統(tǒng)的正交通信系統(tǒng)而言,提升頻譜效率的唯一方法是采用更高階的調(diào)制方式。然而,采用高階調(diào)制方式會(huì)使系統(tǒng)對(duì)噪聲以及器件的非線性愈加敏感,導(dǎo)致系統(tǒng)性能的嚴(yán)重退化。在這樣的背景下,我們不得不將目光轉(zhuǎn)向非正交調(diào)制等傳輸技術(shù),從根本上尋求頻譜效率的進(jìn)一步提升。超奈奎斯特(FTN)和高頻譜效率頻分復(fù)用(SEFDM)作為兩種非正交傳輸技術(shù),成為了近年來(lái)無(wú)線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),具有很高的理論研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本論文從FTN、SEFDM基本原理研究分析出發(fā),以降低復(fù)雜度和提升性能為目標(biāo),研究了基于因子圖模型的FTN和SEFDM低復(fù)雜度檢測(cè)技術(shù),以及分別基于塊狀導(dǎo)頻和梳狀導(dǎo)頻的SEFDM信道估計(jì)技術(shù)。首先,論文介紹了FTN和SEFDM的基本原理。針對(duì)FTN系統(tǒng),介紹了它的基本模型,通過(guò)時(shí)域波形和功率譜密度兩方面分析FTN高頻譜效率的特性。然后介紹了 FTN的成型濾波器和Mazo限,并從系統(tǒng)容量的角度說(shuō)明FTN相比于正交系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)SEFDM系統(tǒng),介紹了它的系統(tǒng)模型,通過(guò)與OFDM進(jìn)行對(duì)比并從時(shí)頻格密度的角度進(jìn)行分析,說(shuō)明了SEFDM系統(tǒng)的頻譜效率優(yōu)勢(shì)。此外,論文還介紹了兩種SEFDM的信號(hào)生成方式,即基于小數(shù)倍傅里葉逆變換(IFRFT)和基于離散傅里葉逆變換(IDFT)的生成算法,其中IDFT生成方式是后續(xù)章節(jié)研究的基礎(chǔ)。其次,論文研究了 FTN的低復(fù)雜度檢測(cè)技術(shù),重點(diǎn)研究了 FTN的因子圖置信度傳遞(FG-BP)檢測(cè)算法。論文根據(jù)加性白高斯噪聲(AWGN)信道下FTN符號(hào)間相互干擾的關(guān)系建立因子圖模型,推導(dǎo)置信度傳遞算法內(nèi)部的消息傳遞過(guò)程,并定義串行消息更新機(jī)制。論文為了進(jìn)一步降低FG-BP檢測(cè)算法的復(fù)雜度,對(duì)干擾和噪聲進(jìn)行高斯近似(GA)。之后將FG-BP檢測(cè)算法擴(kuò)展到多徑信道下,為了緩解多徑信道造成的誤碼率難以繼續(xù)下降的問(wèn)題,采用Turbo迭代結(jié)構(gòu)提升系統(tǒng)的誤碼性能。論文通過(guò)對(duì)比和分析,證明了在FTN系統(tǒng)中提出的FG-BP檢測(cè)算法具有較低的復(fù)雜度和較好的誤碼性能。接著,論文研究了 SEFDM的低復(fù)雜度檢測(cè)技術(shù)。在研究檢測(cè)算法之前,針對(duì)SEFDM系統(tǒng)插入傳統(tǒng)CP會(huì)引入強(qiáng)烈的帶外頻譜泄漏的問(wèn)題,提出了一種連續(xù)相位CP,保證了 CP與SEFDM符號(hào)之間的相位連續(xù)性,同時(shí)確保了多徑信號(hào)的循環(huán)卷積特性。然后論文提出了SEFDM的FG-BP檢測(cè)算法,建立SEFDM的因子圖模型,并在AWGN和多徑信道下分別推導(dǎo)FG-BP檢測(cè)算法消息傳遞過(guò)程。論文針對(duì)SEFDM因子圖全連的問(wèn)題,提出了自適應(yīng)進(jìn)行邊選擇的改進(jìn)策略,大大降低了檢測(cè)算法的復(fù)雜度。最后,論文對(duì)SEFDM的信道估計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究。論文先在采用塊狀導(dǎo)頻的SEFDM系統(tǒng)中提出截?cái)喙曹椞荻刃刨囉?TCGTR)信道估計(jì)算法,它可以緩解因?qū)ьl矩陣病態(tài)特性而引起的信道估計(jì)精度下降,提升信道估計(jì)的MSE性能。但是基于塊狀導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法由于系統(tǒng)開銷過(guò)大,只適用于慢衰落信道和靜態(tài)多徑信道。因此,論文還提出了一種基于梳狀導(dǎo)頻和三級(jí)串聯(lián)Turbo迭代的聯(lián)合信道估計(jì)、檢測(cè)與譯碼算法,來(lái)更好地適應(yīng)信道的快速變化。首先,設(shè)計(jì)了具有部分正交梳狀導(dǎo)頻的信號(hào)結(jié)構(gòu),然后定義了可以利用消息反饋進(jìn)行干擾消除的信道估計(jì)算法。接著,論文提出了一種基于三級(jí)串聯(lián)Turbo迭代的聯(lián)合信道估計(jì)、檢測(cè)與譯碼結(jié)構(gòu),通過(guò)在信道估計(jì)器、檢測(cè)器與譯碼器之間進(jìn)行信息交互,綜合利用各模塊信息,同時(shí)提高信道估計(jì)與信號(hào)檢測(cè)的精度。與基于塊狀導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法相比,論文提出的基于梳狀導(dǎo)頻的聯(lián)合信道估計(jì)、檢測(cè)與譯碼算法能更好地適應(yīng)信道的快速變化。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN911.23

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本文編號(hào)：2346478