非正交調(diào)制信號(hào)檢測(cè)與信道估計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、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

2、價(jià)值。本文從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)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴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

3、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)。⑵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）

4、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。⑶研究了SEFDM的

5、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。⑷

6、對(duì)SEFDM的信道估計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究。在采用塊狀導(dǎo)頻的SEFDM系統(tǒng)中提出截?cái)喙曹椞荻刃刨?lài)域（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(kāi)銷(xiāo)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)