發(fā)布時間：2020-06-30 08:14

【摘要】：從通信的發(fā)展歷程可以看出,現(xiàn)代移動通信技術大約每十年發(fā)生一次技術革新,并且每一次技術改進都能大幅提升系統(tǒng)性能。目前,第5代(Fifth Generation,5G)及未來移動通信已經(jīng)受到學術界和工業(yè)界的廣泛關注。未來移動通信的很多典型應用場景對系統(tǒng)的頻譜效率、連接數(shù)密度和可靠性都提出了巨大的挑戰(zhàn)。面對未來通信系統(tǒng)的性能需求,本文將通過研究功率域階數(shù)選擇策略和非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技術來提高系統(tǒng)的可靠性和頻譜效率。為了融合單載波頻分多址(Single Carrier-Frequency Division Multiplexing Access,SC-FDMA)和正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access,OFDMA)系統(tǒng)的優(yōu)點,基于加權分數(shù)傅立葉變換(Weighted Fractional Fourier Transform,WFRFT)的混合載波(Hybrid Carrier,HC)系統(tǒng)被提出。該系統(tǒng)可以通過控制WFRFT的變換階數(shù)在SC-FDMA和OFDMA系統(tǒng)間平滑過渡。HC信號能量具有在時-頻域均勻分布的特點,同時接收端的WFRFT能夠在時-頻域對信道干擾做平均化處理�；谝陨蟽�(yōu)點,相關研究已經(jīng)證明HC系統(tǒng)在窄帶干擾信道以及雙選信道中能夠取得較SC-FDMA和OFDMA更好的誤比特率(Bit Error Rate,BER)性能。然而,對于HC系統(tǒng)的研究目前還處于初期階段,系統(tǒng)的很多特性還有待研究。因此,本文將深入研究HC信號的分布特性以及HC系統(tǒng)的階數(shù)選擇策略�，F(xiàn)有文獻中對HC信號特征的研究都是基于仿真結果展開的,缺少相應的理論分析。本文將先從理論角度分析基帶HC信號實部(虛部)概率密度函數(shù)(Probability Density Function,PDF)并得到了QPSK信號PDF的閉合表達式。通過仿真證明了該PDF理論表達式可以準確地描述HC信號的概率特性。HC信號的PDF可以為分析NOMA用戶間干擾和NOMA用戶的BER理論公式提供理論支持。基于HC信號PDF的理論分析,本文通過進一步的研究得到了基帶HC QPSK信號峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)的互補累積分布函數(shù)(Complementary Cumulative Distribution Function,CCDF)的解析表達式。為了能夠更好地描述過采樣信號的PAPR分布特性,又提出了使用“調整參數(shù)”的PAPR的CCDF解析表達式。最終,得到了可以準確地描述過采樣前、后信號PAPR的CCDF理論表達式。通過對PAPR特性的分析,總結出HC信號PAPR的可控性,這為HC系統(tǒng)的階數(shù)選擇策略提供了參考�；贖C信號PAPR的可控性,同時考慮了上行功率控制對發(fā)射功率的影響,本文提出了一種全新的HC系統(tǒng)階數(shù)選擇策略來改善系統(tǒng)的BER性能。當已知上行功率控制參數(shù)時,本文建立起了HC系統(tǒng)階數(shù)選擇與用戶和基站距離的關系。通過仿真證明了使用該策略的HC系統(tǒng)能夠取得比傳統(tǒng)SC-FDMA和OFDMA系統(tǒng)更好的BER性能。在階數(shù)選擇策略的基礎上,本文還提出了一種能夠平衡系統(tǒng)頻譜效率和覆蓋范圍的星座映射和階數(shù)選擇模型。該模型能夠在擴大小區(qū)覆蓋范圍的同時,保證小區(qū)邊緣用戶信號傳輸?shù)目煽啃�。然�?為了進一步提高系統(tǒng)的頻譜效率與用戶連接數(shù),還需要引入新的多址技術。目前,在5G多址候選技術中基于功率域的NOMA是一項很有前景的技術。本文提出在HC系統(tǒng)中使用NOMA技術來提高系統(tǒng)的頻譜效率和用戶連接數(shù)(稱作NOMA-HC系統(tǒng)),并且研究能夠獲得最大兩用戶和頻譜效率的階數(shù)選擇方案。在實際的系統(tǒng)中,實現(xiàn)串行干擾消除(Successive Interference Cancellation,SIC)處理的過程中往往會發(fā)生解碼錯誤而引起誤碼傳播。與此同時,不可避免地存在用戶間干擾(Inter-User Interference,IUI)影響解碼NOMA用戶數(shù)據(jù)。因此,本文通過分析IUI的分布特性和誤碼傳播的平均功率,對上行兩用戶和頻譜效率的最大化問題進行建模,并求得了最優(yōu)解。在上行無線傳輸系統(tǒng)中,用戶隨機分布在小區(qū)的不同地點,并且信號傳輸環(huán)境是動態(tài)變化的,上行NOMA用戶信號有可能發(fā)生非理想時間同步。本文提出了一種改善非理想同步上行NOMA-HC系統(tǒng)BER性能的解碼方案。該方案使用循環(huán)前綴(Cyclic Prefix,CP)來補償時間異步對解碼NOMA用戶數(shù)據(jù)帶來的影響,使用SIC相位補償(SIC-Phase Compensation,SIC-PC)技術來提高NOMA用戶的BER性能。與已有的解碼方案相比,本文提出的解碼方案可以顯著改善非理想同步NOMA用戶的BER性能。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2735082