多载波系统中的载波间干扰消除方法研究

论文摘要

下一代无线通信系统致力于向多个移动用户提供更高质量的高速无线多媒体服务和数据业务,多载波调制（MCM）技术与多址接入技术由此受到了极大关注。典型的多载波调制技术——正交频分复用（OFDM）利用循环前缀（CP）从理论上说可以完全消除符号间干扰（ISI）。而多址接入技术为多个用户同时提供接入服务,它很容易与多载波调制技术相结合,尤其是与OFDM技术相结合的正交频分多址接入（OFDMA）技术。当前,支持宽带无线接入的WiMAX技术受到业界普遍关注,它基于无线城域网（WMAN）标准,可以在固定或移动的环境下提供高速的数据、语音和视频等业务,具有广阔的应用前景。而OFDMA技术是支持移动性的IEEE 802.16e（WiMAX）标准的基础。本文主要研究子载波交织分配的OFDMA上行链路系统。由于用户数据率提高和移动速率增大,使得无线传输信道的多径效应以及多普勒扩展等造成更为严重的符号间干扰、载波间干扰（ICI）和多址接入干扰（MAI）,这是多载波系统研究中所必须解决的主要问题之一。本文的研究内容和主要结论如下:研究了基于CP的OFDM系统模型以及时变多径信道模型,对ICI的产生机理分别从时域和频域的角度进行了分析,并对信干比（SIR）与多普勒频移的关系,信号干扰噪声比（SINR）与信噪比（SNR）的关系,以及ICI的能量分布特征进行了理论分析和仿真分析。研究了基于WiMAX技术的子载波交织分配的OFDMA上行链路系统,对ICI和MAI进行了综合分析,在接收端（基站）将OFDMA系统简化到OFDM模型中来一并处理ICI和MAI。此外,介绍了现有的几种ICI消除方法:干扰自消除算法、频域抽头滤波算法、频域整体均衡算法和匹配滤波算法等,并对这几种方法进行了复杂度比较以及性能仿真分析。利用ICI的能量分布特点,结合Turbo迭代思想,对经典MMSE算法进行逐次改进,本文提出一种基于任意子载波分配的串行干扰消除（SIC）方案,能够很好地消除ICI和MAI。将改进的方案与经典算法进行对比,当子载波数目很大时,改进算法的系统运算复杂度大为降低,误码率性能也得到保障。传统的CP-OFDM系统由于引入循环前缀,降低了信道信息容量,而且时域上的矩形脉冲导致了频谱的浪费,基于此,本文接着研究了一种新型的多载波系统——OFDM/OQAM系统。其脉冲成形考虑了信道的时频特性,经过时频局域化（TFL）处理,能够较好地抵抗ISI和ICI,并克服了CP-OFDM系统的两大固有缺陷。本文的OFDM/OQAM系统采用FFT结构实现,系统复杂度在可实现范围内。最后对CP-OFDM系统和OFDM/OQAM系统在几种信道环境下的误码率性能进行了仿真比较。可以预见,将OFDM/OQAM技术融入到OFDMA系统中的应用前景非常广泛。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 多载波调制技术与多址接入技术简介
• 1.2.1 多载波调制技术简介
• 1.2.2 多址接入技术简介
• 1.2.2.1 OFDM-TDMA
• 1.2.2.2 OFDM-CDMA
• 1.2.2.3 OFDM-FDMA
• 1.3 论文的工作安排
• 第二章 OFDM 系统模型和时变多径信道模型
• 2.1 概述
• 2.2 基于CP 的OFDM 系统模型
• 2.2.1 OFDM 连续系统模型
• 2.2.2 OFDM 离散系统模型
• 2.3 时变多径信道模型
• 2.3.1 抽头延时线信道模型
• 2.3.2 COST207 模型
• 2.4 OFDM 系统的ICI 分析
• 2.4.1 ICI 时域分析
• 2.4.2 ICI 频域分析
• 2.4.3 SIR 分析
• 2.4.4 ICI 能量分布分析
• 2.4.5 SINR 分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 OFDMA 在 WiMAX 标准中的 ICI 消除研究
• 3.1 概述
• 3.2 OFDMA 技术在 WiMAX 标准中的应用
• 3.2.1 IEEE 802.16 标准体系简介
• 3.2.2 OFDMA 技术简介
• 3.2.2.1 OFDMA 的子载波分配
• 3.2.2.2 上行链路PUSC 模式子载波分配方案
• 3.2.2.3 OFDMA 在WiMAX 标准中的系统参数
• 3.3 OFDMA 上行链路系统ICI 和MAI 分析
• 3.3.1 OFDMA 上行链路系统传输模型
• 3.3.2 ICI 和MAI 分析
• 3.4 现有载波间干扰消除方法综述
• 3.4.1 干扰自消除算法
• 3.4.2 频域抽头滤波算法
• 3.4.3 频域整体均衡算法
• 3.4.4 匹配滤波算法
• 3.4.5 仿真结果及分析
• 3.5 基于任意子载波分配的串行干扰消除方案研究
• 3.5.1 经典MMSE 算法
• 3.5.2 PMMSE 算法
• 3.5.2.1 对MMSE 算法的第一步改进
• 3.5.2.2 对MMSE 算法的第二步改进
• 3.5.3 基于SIC 的PMMSE 算法
• 3.5.3.1 SIC 算法简介
• 3.5.3.2 基于SIC 的PMMSE 算法具体过程
• 3.5.3.3 算法计算量
• 3.5.4 仿真结果及分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 OFDM/OQAM 系统的ICI 消除研究
• 4.1 概述
• 4.2 OFDM/OQAM 基本原理
• 4.2.1 OFDM/OQAM 连续系统模型
• 4.2.2 OFDM/OQAM 离散系统模型
• 4.3 脉冲成形原型函数
• 4.3.1 矩形函数
• 4.3.2 半余弦函数
• 4.3.3 高斯函数
• 4.3.4 扩展高斯函数
• 4.4 时频局域化
• 4.5 基于FFT 的OFDM/OQAM 系统实现
• 4.5.1 OFDM/OQAM 系统发送端的实现
• 4.5.2 OFDM/OQAM 系统接收端的实现
• 4.5.3 滤波器组的实现
• 4.5.4 信道均衡的实现
• 4.5.5 仿真结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文的贡献
• 5.2 下一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻硕期间取得的研究成果