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基于交分复用的无线传输关键技术研究

作　者: 彭涛
导　师: 李少谦
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 交分复用 交织多址 重叠码调制 信号检测
分类号: TN92
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


交分复用（Interleave Division Multiplexing, IDM），通过不同的交织器来区分不同的数据流，并且在接收端采用低复杂度的迭代检测方法，具有高频谱效率、高性能以及低检测复杂度等优点。交分复用以其独特的优点，可用于未来无线通信的多址技术和调制技术中。因此，本文着重研究了以交织多址（Interleave-DivisionMultiple Access, IDMA）和重叠码调制（Superposition Coded Modulation, SCM）为代表的交分复用无线传输系统的若干关键技术。第一章首先简述了交分复用技术的研究背景，全面介绍了基于交分复用的多址技术和调制技术的研究现状，然后提出了本论文的研究内容和主要贡献，最后简要说明了论文的结构安排。第二章首先介绍了基于交分复用的IDMA系统的发射机和接收机基本结构，并给出了在各种情况下的迭代检测算法。然后将接近香农限的低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check，LDPC）用于IDMA系统，以提高系统的性能；同时为了降低接收机检测的复杂度，提出了一种基于LDPC编码的IDMA系统的简化接收机，它可以获得计算复杂度和系统性能之间的折中。最后分析了交织器在IDMA系统中的作用以及传统交织器的缺点，提出了一种用于IDMA系统中基于随机序列替代交织器的方法，它可以在保持系统性能的前提下极大降低系统的复杂度。在第二章的基础上，第三章研究了OFDM-IDMA系统的多频偏抑制方法以及二维信号检测方法。首先介绍了OFDM-IDMA系统的发射机和接收机基本结构；然后研究了上行OFDM-IDMA系统的多频偏抑制问题；在分析多频偏对上行OFDM-IDMA系统接收机检测的影响之后，提出了一种用于上行OFDM-IDMA系统中抑制多频偏的检测方法。此外，为了降低计算复杂度，文中还提出了一种上行OFDM-IDMA系统中的低复杂度的多频偏抑制方法。由于提出的频偏抑制方法考虑了残留频偏的影响，它们可以有效地改善OFDM-IDMA系统的性能。最后，文中将OFDM-IDMA系统扩展到时域和频域两个维度，并提出了二维OFDM-IDMA信号的检测方法。二维OFDM-IDMA系统不但可以降低交织器的复杂度，还可以获得灵活的数据传输率。第四章研究了基于交分复用的SCM系统在频偏估计、峰均比抑制和信道估计等方面的问题。首先介绍了SCM-OFDM系统的发射机和接收机结构模型；在分析频偏对SCM-OFDM系统的影响之后，文中提出了两种基于信号检测的盲频偏估计方法；提出的频偏估计方法，不需要额外的导频符号，可有效地提高系统的频谱利用率和功率效率。然后，将无失真的选择映射法（Selective Mapping, SLM）用于SCM-OFDM系统中进行峰均比的抑制，并采用估计性能较好的基于Kalman滤波器的方法去估计SCM-OFDM系统的信道信息。仿真结果表明，SLM方法可以明显降低SCM-OFDM系统的峰均比并避免系统性能的降低，基于Kalman滤波器的信道估计方法可以明显提高传统方法的估计性能并获得接近理想估计的BER性能。第五章研究了基于交分复用的IDMA系统和SCM系统在高速信道下的信号检测和干扰抑制方法。首先分析了高速信道对OFDM-IDMA系统和SCM-OFDM系统的影响，高速信道的时变性将导致严重的载波间干扰（Inter Carrier Interference,ICI）；然后针对上行OFDM-IDMA系统，文中给出了三种在高速信道下的信号检测方法。最初适用于准静态信道的传统信号检测方法，它不能抑制高速信道中额外的ICI干扰，从而将导致系统性能的下降。其次，基于一个整合的干扰估计消除器得到了一种迭代的检测方法，它能够同时对ICI和多址干扰（Multi-AccessInterference, MAI）进行迭代估计和消除。此外，通过对干扰信号均值和方差的近似得到了一种低复杂度的改进检测方法。最后针对SCM-OFDM系统，文中提出了一种用于SCM-OFDM系统在高速信道中的迭代干扰估计和抵消方法。该方法不但可以抑制SCM-OFDM系统的层间干扰，也可以抑制由高速信道时变性导致的ICI。仿真结果表明，传统方法只适用于低速信道的信号检测，文中提出的方法可以明显提高传统方法在高速信道下的系统性能。第六章总结全文，并探讨了基于交分复用的多址技术和调制技术未来可能的研究方向。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-19
第一章 绪论  19-28
  1.1 交分复用技术的研究背景  19-20
  1.2 交分复用技术的研究现状  20-25
  1.3 论文的主要研究内容及贡献  25-27
    1.3.1 论文的主要研究内容  25-26
    1.3.2 论文的主要贡献  26-27
  1.4 论文的结构安排  27-28
第二章 基于交分复用的多址技术的研究  28-51
  2.1 引言  28
  2.2 IDMA 系统的基本结构  28-38
    2.2.1 IDMA 系统的发射机结构  28-29
    2.2.2 IDMA 系统的接收机结构  29-30
    2.2.3 IDMA 系统的迭代检测算法  30-36
    2.2.4 性能结果  36-38
  2.3 基于 LDPC 编译码的 IDMA 系统  38-46
    2.3.1 LDPC 编译码  38-41
    2.3.2 基于 LDPC 编码的 IDMA 系统  41-42
    2.3.3 基于 LDPC 编码的 IDMA 系统中的简化接收机  42-43
    2.3.4 仿真结果  43-46
  2.4 IDMA 系统中的交织器设计方法  46-49
    2.4.1 交织器对 IDMA 系统的影响  46-47
    2.4.2 一种用于 IDMA 系统中替代交织器的方法  47-48
    2.4.3 仿真结果  48-49
  2.5 本章小结  49-51
第三章 正交频分复用的交织多址技术的研究  51-70
  3.1 引言  51
  3.2 OFDM-IDMA 系统的基本原理  51-54
    3.2.1 发射机结构  51-52
    3.2.2 接收机结构  52-53
    3.2.3 仿真结果  53-54
  3.3 上行 OFDM-IDMA 系统的频偏抑制方法  54-64
    3.3.1 频偏对 OFDM-IDMA 系统的影响  55-56
    3.3.2 一种可抑制多频偏的检测方法  56-58
    3.3.3 改进的低复杂度的频偏抑制方法  58-60
    3.3.4 仿真结果  60-64
  3.4 二维 OFDM-IDMA 系统的研究  64-68
    3.4.1 时域和频域的二维扩频  64-65
    3.4.2 二维 OFDM-IDMA 系统的信号检测  65-68
    3.4.3 仿真结果  68
  3.5 本章小结  68-70
第四章 基于交分复用的调制技术的研究  70-91
  4.1 引言  70
  4.2 SCM-OFDM 系统模型  70-73
    4.2.1 发射机结构  70-71
    4.2.2 接收机结构  71-73
  4.3 SCM-OFDM 系统的频偏估计方法  73-79
    4.3.1 频偏对 SCM-OFDM 系统的影响  73-74
    4.3.2 基于信号检测的盲频偏估计方法  74-76
    4.3.3 基于信号检测的迭代频偏估计方法  76
    4.3.4 仿真结果  76-79
  4.4 SCM-OFDM 系统中的 PAPR 抑制方法  79-84
    4.4.1 采用 SLM 的 SCM-OFDM 系统的发射机结构  80
    4.4.2 采用 SLM 的 SCM-OFDM 系统的接收机结构  80-81
    4.4.3 仿真结果  81-84
  4.5 SCM-OFDM 系统的信道估计方法  84-89
    4.5.1 基于 Kalman 信道估计的 SCM-OFDM 系统  84-87
    4.5.2 仿真结果  87-89
  4.6 本章小结  89-91
第五章 交分复用系统在高速信道下的信号检测技术  91-106
  5.1 引言  91
  5.2 OFDM-IDMA 系统在高速信道下的信号检测方法  91-99
    5.2.1 高速信道对上行 OFDM-IDMA 系统的影响  91-93
    5.2.2 OFDM-IDMA 系统在高速信道下信号检测方法  93-96
    5.2.3 仿真结果  96-99
  5.3 SCM-OFDM 系统在高速信道中的干扰抑制方法  99-104
    5.3.1 高速信道对 SCM-OFDM 系统的影响  99-100
    5.3.2 SCM-OFDM 系统在高速信道中的干扰抑制方法  100-102
    5.3.3 仿真结果  102-104
  5.4 本章小结  104-106
第六章 全文总结与展望  106-108
  6.1 全文总结  106-107
  6.2 下一步工作的建议和未来研究方向  107-108
致谢  108-109
参考文献  109-119
攻读博士学位期间的研究成果  119-121

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信
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