无线通信中抗多径衰落新技术研究

论文摘要

随着近年来无线通信中的移动电话、数据、图像、多媒体、互联网应用等业务的不断发展,要求无线通信系统能在复杂环境下提供更高的传输速率,并具有更高的可靠性,因此抗多径衰落技术一直是经久不衰的研究热点。本文以块传输系统为研究对象,围绕其频带效率与其在多径衰落信道中的传输性能进行了深入研究,主要贡献概括为以下几个方面:1.提出了一种块传输系统的多数据块联合调制算法。通过深入分析准正交时分复用(QOTDM)系统的频谱结构之后,提出了一种改进的QOTDM系统方案,并提出了一种适于该系统的高性能盲均衡算法。在此基础上,针对如何减小单载波块传输与正交频分复用系统中循环前缀占用系统开销的问题,提出了一种基于QOTDM的多数据块联合调制算法;利用多个数据块共用一个循环前缀,有效降低了系统冗余,提高了系统的频带效率,而且联合调制的数据块在接收机分解后,相互之间不产生干扰。块调制算法不仅可用于单载波块传输与正交频分复用系统,也可应用于采用这两者传输技术的超宽带以及MIMO等系统。理论分析以及仿真结果证明,该算法在慢衰落信道条件下与已有算法相比性能完全没有损失,而频带效率明显提高。2.提出一种新颖的适于二径衰落信道应用的双向裁决判决反馈均衡器。这种均衡算法通过对带有判决反馈结构的时间正向、逆向无限冲激响应(IIR)均衡器的输出判决量进行最大比合并而获得分集增益,使误码特性改善。该合并过程采用线性复杂度的处理,而不是像已有的双向裁决判决反馈均衡器那样的高复杂度,因为后者需要在最终裁决过程中逐个符号采用加窗最大似然序列估计算法。仿真结果表明,所提算法无论是最小还是非最小相位系统信道条件下都能超过已有的双向判决反馈IIR均衡器的性能。3.针对单载波块传输系统的时、频域均衡器在不采用信道编码的情况下无法获得多径分集增益的缺点,提出了一种可应用于非扩频的单载波块传输系统的RAKE接收算法。这种RAKE接收机是通过均衡器重构各个多径信号分量,再结合多级干扰抵消获得多径分集增益的,能明显改善误码性能。理论分析和仿真结果表明,所提出的算法能够与常规单载波均衡器相结合明显改善检测性能,而且可推广到与其它多种常见均衡算法相结合使用。4.提出多天线非扩频通信系统的干扰抵消与空时二维RAKE接收机方案。探讨了二发一收MIMO系统中单载波频域均衡算法的原理,针对目前对该算法的研究仅限于两个发射天线的情况,将它推广应用到具有四个发射天线的系统。提出了该系统的干扰抵消检测方案,与单载波传输系统类似,该MIMO系统中的干扰抵消技术也能改善初始均衡器的检测性能。然后进一步提出该系统的空时二维RAKE分集接收方案,将接收信号中的各条多径分量分解后分别进行空时分组码的空时合并,然后再进行多径分集合并,在获得空时分组码提供的空间分集增益基础上,进一步取得多径的分集增益。此外,在非扩频的多用户MIMO通信系统中实现了空时二维RAKE接收;当各用户信息从接收信号中分解后,分别独立进行空时二维分集合并,获得空间与多径的分集增益。仿真结果表明,所提出的几种算法都可以良好工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 降低CP 的传输
• 1.2.2 均衡技术
• 1.2.3 MIMO 技术
• 1.3 本文的主要创新点
• 第二章 无线信道的基本理论以及均衡技术
• 2.1 无线信道的传播
• 2.1.1 大尺度衰落
• 2.1.2 小尺度衰落
• 2.2 多径衰落信道的参数
• 2.2.1 多径衰落信道的数学模型
• 2.2.2 时间色散参数
• 2.2.3 多普勒功率谱色散参数
• 2.3 多径信道的概率统计模型
• 2.4 均衡技术
• 2.4.1 信号模型
• 2.4.2 MLSE 检测器及其Viterbi 实现算法
• 2.4.3 时域线性均衡器
• 2.4.4 频域均衡器
• 2.4.5 IIR 均衡器
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于QOTDM 系统的块调制算法
• 3.1 QOTDM 技术概述
• 3.2 基于QOTDM 系统的盲均衡算法
• 3.2.1 盲均衡算法简介
• 3.2.2 新的QOTDM 系统及其盲均衡接收机
• 3.2.3 性能仿真及分析
• 3.3 基于QOTDM 系统的块调制算法
• 3.3.1 研究背景
• 3.3.2 块调制算法
• 3.3.3 BM 单载波块传输系统的局部MLSE 检测
• 3.3.4 性能仿真及分析
• 3.4 MIMO-OFDM 系统的块调制算法
• 3.4.1 MIMO-OFDM 系统
• 3.4.2 BM-MIMO-OFDM 系统
• 3.4.3 性能仿真及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 多径信道的高效 BAD 均衡器
• 4.1 引言
• 4.2 BAD 均衡器
• 4.3 二径衰落信道中的BAD 均衡器
• 4.3.1 DF-IIR 均衡器
• 4.3.2 DF-TR-IIR 均衡器
• 4.3.3 BAD 均衡器
• 4.4 性能仿真及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 单载波块传输系统的分集接收
• 5.1 SC-FDE 的多径分集增益
• 5.2 干扰抵消均衡
• 5.2.1 时域处理
• 5.2.2 频域处理
• 5.2.3 性能仿真及分析
• 5.3 多径分集接收
• 5.3.1 RAKE 接收技术
• 5.3.2 时域处理
• 5.3.3 频域处理
• 5.3.4 性能仿真及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 STBC 块传输系统的分集接收
• 6.1 结合STBC 的单载波块传输系统
• 6.1.1 两个发射天线的情况
• 6.1.2 四个发射天线的STBC-SC-FDE 算法
• 6.1.3 性能仿真及分析
• 6.2 Rician 信道下STBC 块传输系统的干扰抵消算法
• 6.2.1 时域处理
• 6.2.2 频域处理
• 6.2.3 性能仿真及分析
• 6.3 STBC 块传输系统的空时2D-RAKE 接收
• 6.3.1 时域处理
• 6.3.2 频域处理
• 6.3.3 性能仿真及分析
• 6.4 多用户STBC 块传输系统的多径分集接收
• 6.4.1 多用户STBC 单载波块传输系统
• 6.4.2 多用户STBC 系统的频域2D-RAKE 接收
• 6.4.3 性能仿真及分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士期间所取得的研究成果