【摘要】：正交頻分復(fù)用多址（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access，OFDMA）上行鏈路的多用戶接入同步是由IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)定義的測距過程來完成，它涉及到接入用戶的測距碼設(shè)計(jì)，接入信道的資源分配，基站對多個(gè)接入用戶進(jìn)行多用戶檢測和同步參數(shù)估計(jì)等多個(gè)方面。由于測距信道的衰落、接入用戶的定時(shí)偏差、測距碼的相關(guān)性和測距信號功率差異導(dǎo)致的遠(yuǎn)近效應(yīng)等問題使基站收到的測距信號產(chǎn)生畸變，在測距信道上存在多址干擾（Multiple AccessInterference，MAI），嚴(yán)重地影響OFDMA測距性能，限制了接入用戶容量，不能滿足新一代OFDMA無線通信的接入要求。本文針對這些問題，從測距信號波形設(shè)計(jì)方法、干擾消除多用戶檢測方法和多天線測距方法等方面對OFDMA測距關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究和分析，論文的主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面： 1.針對OFDMA上行鏈路多用戶接入系統(tǒng)，闡述了測距過程和時(shí)頻資源分配，給出了OFDMA測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信號模型，研究了頻域相關(guān)測距方法，給出了多用戶接入的正確檢測概率和虛警檢測概率的理論分析。針對OFDMA測距性能很大程度上取決于測距信道的MAI大小，分析了測距信道的衰落、測距碼的頻域相關(guān)性和活動的接入用戶數(shù)等因素對OFDMA測距性能影響。 2.在測距碼設(shè)計(jì)和預(yù)編碼測距方法研究方面，根據(jù)OFDMA測距系統(tǒng)特點(diǎn)，提出了測距碼數(shù)量多、相關(guān)性好和峰均比低的測距碼設(shè)計(jì)原則。在預(yù)編碼測距方法研究中，根據(jù)蜂窩半徑大小和測距信號的多符號結(jié)構(gòu)，對接入用戶的測距碼進(jìn)行預(yù)編碼，提出了微小區(qū)和宏小區(qū)的預(yù)編碼測距信號波形設(shè)計(jì)。在預(yù)編碼測距波形設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，利用預(yù)編碼矢量的正交性對測距信號進(jìn)行譯碼分組，提出了一種新的OFDMA測距方法。仿真結(jié)果表明，所提方法減少了同組內(nèi)的活動接入用戶數(shù)，抑制了檢測過程中的累積MAI，提高了測距性能和接入用戶容量。 3.在干擾消除的多用戶檢測研究方面，在分析連續(xù)多用戶檢測（SuccessiveMultiUser Detection，SMUD）和干擾消除測距方法的基礎(chǔ)上，利用最大信號干擾噪聲比（Signal to Interference Plus Noise Ratio，SINR）準(zhǔn)則選取測距信號的有效徑，通過消除有效徑系數(shù)估計(jì)的MAI干擾，提出了基于SINR的連續(xù)干擾消除OFDMA測距方法。同SMUD方法相比，所提方法提高了有效徑系數(shù)估計(jì)精度，減少了測距過程中的殘留MAI，從而提高了測距系統(tǒng)的多用戶檢測性能。針對SMUD方法的計(jì)算復(fù)雜度過高問題，利用測距信號的有效徑并行檢測和參數(shù)估計(jì)，提出了低復(fù)雜度的迭代并行干擾消除OFDMA測距方法，分析了有效徑系數(shù)估計(jì)精度和迭代次數(shù)對檢測性能的影響。仿真結(jié)果表明，所提方法提高了有效徑系數(shù)估計(jì)精度，降低了計(jì)算復(fù)雜度，提高了測距系統(tǒng)的多用戶檢測性能和接入效率。 4.在多天線OFDMA測距方法研究中，研究了基站接收端多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）天線和智能天線模式的測距方法。在基站MIMO天線模式下，利用有限的測距信道狀態(tài)信息，提出了一種相干合并的MIMO-OFDMA測距方法，分析了相干合并測距信號的SINR和正確檢測概率。仿真結(jié)果表明，所提方法提高了測距性能和接入用戶容量。在智能天線模式下，分別研究了切換波束和自適應(yīng)波束的OFDMA測距方法。在切換波束OFDMA測距方法研究中，利用固定多波束矢量將接入小區(qū)從空間上劃分為若干個(gè)小區(qū)域，在每個(gè)小區(qū)域中通過連續(xù)干擾消除和自適應(yīng)門限完成活動用戶檢測和定時(shí)偏移估計(jì)。所提方法能夠降低小區(qū)域中的活動用戶數(shù)，抑制了測距過程中的MAI，提高了測距系統(tǒng)性能，增加了接入用戶容量。在自適應(yīng)波束OFDMA測距方法研究中，針對測距信號分量的到達(dá)角（Angle of Arrival，AOA）差異，利用自適應(yīng)波束對準(zhǔn)期望的有效徑測距信號，通過有效徑參數(shù)估計(jì)和干擾消除，提出了自適應(yīng)波束OFDMA測距方法，分析了自適應(yīng)波束成形的殘留信號和計(jì)算復(fù)雜度。仿真結(jié)果表明，所提方法通過波束成形的空域?yàn)V波，累積的殘留MAI較小，在計(jì)算復(fù)雜度略有增加的代價(jià)下顯著提高了測距性能和接入用戶容量。在多天線OFDMA測距系統(tǒng)中，與MIMO測距方法相比，智能天線測距方法能能夠更好地提高測距性能和接入用戶容量。
【圖文】：

圖 2.1 OFDMA-TDD 方式幀結(jié)構(gòu)下行子幀之后是 TTG 間隔，然后發(fā)送上行子幀。上行子幀包括測距子信道和突發(fā)子信道。測距子信道的組成由 UL-MAP 消息指定，主要給移動臺用于執(zhí)行閉環(huán)時(shí)間、頻率和功率調(diào)節(jié)、帶寬申請以及切換請求。最后是 RTG 間隔。（2）測距的時(shí)頻資源OFDMA測距過程定義了測距信道、測距時(shí)隙和測距碼。在OFDMA-TDD幀中，上行子幀為測距過程分配了特定帶寬，稱為測距信道，它由一組或多組連續(xù)的邏輯子信道組成。測距時(shí)隙定義了測距信道所占用的時(shí)頻資源，即在時(shí)域上占用的OFDMA符號個(gè)數(shù)和頻域上用于測距的子載波個(gè)數(shù)，測距信道的時(shí)頻資源結(jié)構(gòu)如下圖2.2所示。

輯子信道組成。測距時(shí)隙定義了測距信道所占用的時(shí)頻資源，即在時(shí)域上占用的OFDMA符號個(gè)數(shù)和頻域上用于測距的子載波個(gè)數(shù)，測距信道的時(shí)頻資源結(jié)構(gòu)如下圖2.2所示。圖2.2 測距信道的時(shí)頻資源結(jié)構(gòu)按照IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)[25]，，測距信道由6個(gè)測距子信道構(gòu)成，每個(gè)測距子信道由6個(gè)片（Tile）組成，每個(gè)Tile包含4個(gè)連續(xù)子載波，則每個(gè)測距子信道由24個(gè)子載波組成，測距信道在頻域上占用144個(gè)非連續(xù)子載波。OFDMA測距信號在時(shí)域上13
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN92

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 王薇;楊維;韓東升;;IEEE802.16e系統(tǒng)上行鏈路初始測距算法研究[J];電子與信息學(xué)報(bào);2010年04期

2 夏玉杰;任光亮;;低復(fù)雜度迭代干擾消除的OFDMA初始測距算法[J];電子與信息學(xué)報(bào);2014年04期

3 XIA YuJie;REN GuangLiang;;A novel initial ranging algorithm for OFDMA systems using smart antenna[J];Science China(Information Sciences);2014年08期

本文編號：2551677