非正交調(diào)制信號檢測與信道估計技術(shù)研究.pdf

1、提升頻譜效率一直是無線通信面臨的重要任務(wù)。對于傳統(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)制方式會使系統(tǒng)對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)，成為了近年來無線通信領(lǐng)域的研究熱點，具有很高的理論研究意義和工程應(yīng)用

2、價值。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FTN系統(tǒng)，介紹了它的基本模型，通過時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)容量的角度說明FTN相比于正交

3、系統(tǒng)的優(yōu)勢。針對SEFDM系統(tǒng)，介紹了它的系統(tǒng)模型，通過與OFDM進行對比并從時頻格密度的角度進行分析，說明了SEFDM系統(tǒng)的頻譜效率優(yōu)勢。此外，論文還介紹了兩種SEFDM的信號生成方式，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)雜度檢測技術(shù)，重點研究了FTN的因子圖置信度傳遞（FG-BP）檢測算法。論文根據(jù)加性白高斯噪聲（AWGN）

4、信道下FTN符號間相互干擾的關(guān)系建立因子圖模型，推導(dǎo)置信度傳遞算法內(nèi)部的消息傳遞過程，并定義串行消息更新機制。論文為了進一步降低FG-BP檢測算法的復(fù)雜度，對干擾和噪聲進行高斯近似（GA）。之后將FG-BP檢測算法擴展到多徑信道下，為了緩解多徑信道造成的誤碼率難以繼續(xù)下降的問題，采用Turbo迭代結(jié)構(gòu)提升系統(tǒng)的誤碼性能。論文通過對比和分析，證明了在FTN系統(tǒng)中提出的FG-BP檢測算法具有較低的復(fù)雜度和較好的誤碼性能。⑶研究了SEFDM的

5、低復(fù)雜度檢測技術(shù)。在研究檢測算法之前，針對SEFDM系統(tǒng)插入傳統(tǒng)CP會引入強烈的帶外頻譜泄漏的問題，提出了一種連續(xù)相位CP，保證了CP與SEFDM符號之間的相位連續(xù)性，同時確保了多徑信號的循環(huán)卷積特性。然后論文提出了SEFDM的FG-BP檢測算法，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檢測算法消息傳遞過程。論文針對SEFDM因子圖全連的問題，提出了自適應(yīng)進行邊選擇的改進策略，大大降低了檢測算法的復(fù)雜度。⑷

6、對SEFDM的信道估計技術(shù)進行了研究。在采用塊狀導(dǎo)頻的SEFDM系統(tǒng)中提出截斷共軛梯度信賴域（TCGTR）信道估計算法，它可以緩解因?qū)ьl矩陣病態(tài)特性而引起的信道估計精度下降，提升信道估計的MSE性能。但是基于塊狀導(dǎo)頻的信道估計算法由于系統(tǒng)開銷過大，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)頻和三級串聯(lián)Turbo迭代的聯(lián)合信道估計、檢測與譯碼算法，來更好地適應(yīng)信道的快速變化。首先，設(shè)計了具有部分正交梳狀導(dǎo)頻的信號結(jié)