非理想條件下寬帶無線通信接收技術(shù)研究.pdf

1、任何一個通信系統(tǒng)都可以分解為發(fā)射機、信道和接收機三個主要的部分，移動通信系統(tǒng)為了實現(xiàn)高效、可靠的傳輸，在每一個部分都需要面對許多挑戰(zhàn)。其中，最大的挑戰(zhàn)來自于非理想的時變多徑衰落信道對信號造成的干擾和衰減。正交頻分復(fù)用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和單載波頻域均衡(SC-FDE，Single Carrier-Frequency Domain Equalization)是兩

2、種低復(fù)雜度的對抗多徑衰落的手段，已經(jīng)成為新一代移動通信系統(tǒng)的基本組成部分。然而二者在快速時變環(huán)境中都會發(fā)生性能惡化，因此它們在非理想信道中的改進技術(shù)是研究中的熱點。另一個重要的挑戰(zhàn)來自于發(fā)射和接收設(shè)備本身的非理想特性。隨著高級數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展和成熟，通過超大規(guī)模集成電路實現(xiàn)的數(shù)字信號處理芯片開始普及。這使得通過單個芯片實現(xiàn)通信系統(tǒng)全部功能，進而大幅降低系統(tǒng)成本和功耗的片上系統(tǒng)(SoC，System on a Chip)成為可能。在

3、SoC中最容易實現(xiàn)的零中頻(ZIF，Zero Intermediate Frequency)射頻前端已經(jīng)被新一代通信息系統(tǒng)選擇為指定的射頻前端結(jié)構(gòu)。但是ZIF前端也存在很多已知的非理想問題，這使其不但是SoC射頻集成電路設(shè)計中的研究熱點，同時也是數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計中的研究熱點。上述非理想因素造成的影響都隨著移動通信系統(tǒng)傳輸速率的增加而更加嚴重，本論文研究非理想條件下的寬帶移動通信接收理論方法及應(yīng)用。
　　 研究了快衰落環(huán)境下改進的

4、單載波頻域均衡(SC-FDE，Single Carrier Frequency Domain Equalization)技術(shù)。通過分析單載波分塊傳輸(SCBT，Single Carrier Block Transmission)系統(tǒng)在時變多徑衰落信道下頻域線性均衡器的最小均方誤差(MMSE，Minimum Mean Square Error)，提出塊內(nèi)分段靜態(tài)的信道近似模型，并通過此模型推導(dǎo)出SCBT系統(tǒng)分段頻域線性均衡器。通過回代系數(shù)

5、進行均方誤差分析，給出了算法的適用條件。仿真結(jié)果顯示在滿足條件的情況下，算法可以在保持頻譜利用率的同時，用少量的復(fù)雜度的增加提高SC-FDE技術(shù)對抗信道快衰落的能力。
　　 研究了SCBT系統(tǒng)與離散傅里葉變換擴展正交頻分復(fù)用(DFTS-OFDM，Discrete Fourier Transform Spread OFDM)系統(tǒng)對抗快衰落的Turbo接收技術(shù)，其中包括在頻域?qū)剐诺蓝嗥绽諗U展以及在時域?qū)剐诺罆r變兩類。對第一類技術(shù)

6、，提出在有限多普勒擴展條件下，頻域信道矩陣的快速計算方法，提高了這一類技術(shù)的應(yīng)用價值。對第二類技術(shù)，提出了信道分段靜態(tài)近似下的頻域Turbo接收技術(shù)。仿真結(jié)果表明在信道快衰落的SCBT和DFTS-OFDM系統(tǒng)中所提出的信道分段靜態(tài)近似的頻域Turbo接收技術(shù)具有性能優(yōu)勢。
　　 研究了SCBT與DFTS-OFDM系統(tǒng)發(fā)射端的零中頻射頻前端非理想特性導(dǎo)致同相-正交失衡干擾(IQI，In-phase Quadrature Imbal

7、ance Interference)時改進的頻域Turbo接收技術(shù)。利用廣義正交原理推導(dǎo)了SCBT系統(tǒng)與DFTS-OFDM系統(tǒng)的頻域廣義線性MMSE Turbo均衡器，隨后通過矩陣變換進一步降低二者的復(fù)雜度。仿真結(jié)果表明在SCBT和DFTS-OFDM系統(tǒng)存在發(fā)射端IQI的情況下，所提出的Turbo接收技術(shù)的性能顯著優(yōu)于常規(guī)Turbo接收技術(shù)。
　　 研究了多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO，Multi User-Multiple

8、 Input Multiple Output)單載波頻分多址(SC-FDMA，SC-Frequency Domain Multiple Access)系統(tǒng)存在發(fā)射端IQI的頻域Turbo多用戶檢測技術(shù)。推導(dǎo)了簇鏡像對稱時矩陣形式的聯(lián)合線性系統(tǒng)模型。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了聯(lián)合Turbo多用戶檢測算法，并給出了所需參數(shù)的快速算法。仿真結(jié)果表明，當系統(tǒng)發(fā)射端IQ失衡時所提出的聯(lián)合Turbo多用戶檢測技術(shù)的性能顯著優(yōu)于常規(guī)Turbo多用戶檢測技術(shù)。隨