發(fā)布時(shí)間：2020-05-05 08:09

【摘要】：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)于下一代通信系統(tǒng)的需求也不僅僅局限于峰值速率的增加,還追求復(fù)雜場(chǎng)景與環(huán)境下的高可靠與低時(shí)延,以及更低的終端功耗與用戶的海量接入等。此外,由于信息量的急速增長(zhǎng),頻譜資源變得日益稀缺,因此提高頻譜效率、更加合理使用零碎的頻譜資源就成為研究重點(diǎn)。然而,傳統(tǒng)的以正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術(shù)為基礎(chǔ)的波形設(shè)計(jì)方案并不能很好的解決這些問(wèn)題。一方面,OFDM系統(tǒng)子載波間的正交性易受到載波頻率偏移(Carrier Frequency Offset,CFO)和多普勒頻移的影響,且峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)較高;此外,當(dāng)需求隨著場(chǎng)景的切換而改變時(shí),OFDM系統(tǒng)不能進(jìn)行靈活的資源配置。另一方面,OFDM系統(tǒng)的旁瓣衰減較慢導(dǎo)致帶外功率泄露較大,需要較大的保護(hù)間隔來(lái)降低頻帶間的干擾,而造成頻譜資源的浪費(fèi)。因此,就需要研究適用于未來(lái)場(chǎng)景與需求的波形技術(shù),例如廣義頻分復(fù)用(Generalized Frequency Division Multiplexing,GFDM)和濾波OFDM(Filtered OFDM,F-OFDM)系統(tǒng)等,這些新型的波形方案實(shí)現(xiàn)了更低的帶外功率以及對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景更強(qiáng)的魯棒性。本文以基于加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換(Weighted-type Fractional Fourier Transform,WFRFT)預(yù)編碼的混合載波(Hybrid Carrier,HC)系統(tǒng)和GFDM系統(tǒng)為研究對(duì)象,系統(tǒng)闡述了單載波(Single Carrier,SC)體制與多載波(Multicarrier,MC)體制的融合機(jī)理,并研究了混合載波系統(tǒng)和WFRFT預(yù)編碼的GFDM系統(tǒng)在時(shí)頻失配場(chǎng)景下的誤碼率性能。首先,本文研究了基于WFRFT的混合載波系統(tǒng)對(duì)單載波頻域均衡(Single Carrier with Frequency Domain Equalization,SC-FDE)系統(tǒng)和OFDM系統(tǒng)的融合特性,定量地給出了混合載波系統(tǒng)中所包含的單載波分量和多載波分量。系統(tǒng)闡述了混合載波融合機(jī)理的加權(quán)方式,明確了ZF/MMSE均衡準(zhǔn)則下的加權(quán)對(duì)象,推導(dǎo)了帶有線性均衡的混合載波系統(tǒng)誤碼率表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了混合載波融合機(jī)理的適用性和廣泛性,推導(dǎo)了帶有空時(shí)編碼和功率分配的混合載波系統(tǒng)的理論誤碼率表達(dá)式,提出了基于混合載波系統(tǒng)的MMSE功率分配方法。其次,說(shuō)明了OFDM系統(tǒng)、混合載波系統(tǒng)和單載波系統(tǒng)帶外功率的一致性,并論述了基于混合載波系統(tǒng)的時(shí)域加窗和頻譜預(yù)編碼兩類帶外功率抑制技術(shù)。對(duì)于時(shí)域加窗技術(shù),研究了一種基于時(shí)域加窗和頻域成型的帶外功率和峰均功率比聯(lián)合抑制方法;對(duì)于頻譜預(yù)編碼技術(shù),介紹了投影預(yù)編碼和奇異值分解預(yù)編碼兩種帶外抑制方法。當(dāng)在混合載波系統(tǒng)中應(yīng)用這兩類帶外功率抑制技術(shù)時(shí),混合載波系統(tǒng)可以得到比OFDM系統(tǒng)更優(yōu)的誤碼率和峰均功率比性能。根據(jù)混合載波系統(tǒng)中投影預(yù)編碼均方誤差較小的特點(diǎn),提出了基于WFRFT的導(dǎo)頻信號(hào)投影預(yù)編碼器。再次,由于GFDM系統(tǒng)也具有“混合載波”的特征,為了兼具WFRFT預(yù)編碼和GFDM系統(tǒng)各自的性能優(yōu)勢(shì),本文研究了WFRFT預(yù)編碼GFDM系統(tǒng)的性能,實(shí)現(xiàn)了GFDM系統(tǒng)和離散傅里葉變換(Discrete Fourier Transform,DFT)預(yù)編碼GFDM系統(tǒng)的融合。系統(tǒng)闡述了WFRFT預(yù)編碼的GFDM系統(tǒng)中載波體制融合機(jī)理的加權(quán)方式,推導(dǎo)了帶有ZF/MMSE接收機(jī)的WFRFT預(yù)編碼GFDM系統(tǒng)的理論誤碼率表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了WFRFT預(yù)編碼的空時(shí)編碼GFDM系統(tǒng)的理論誤碼率表達(dá)式。此外,以噪聲加強(qiáng)因子為優(yōu)化目標(biāo),提出了空時(shí)編碼GFDM系統(tǒng)的最小誤碼率功率分配方法,同時(shí)提升了系統(tǒng)的誤碼率和可達(dá)速率性能。最后,本文研究了混合載波系統(tǒng)和WFRFT預(yù)編碼的GFDM系統(tǒng)在時(shí)頻失配場(chǎng)景下的誤碼率性能,推導(dǎo)了帶有載波頻率偏移或時(shí)間偏移的混合載波系統(tǒng)的理論誤碼率表達(dá)式,以及帶有時(shí)間偏移的WFRFT預(yù)編碼GFDM系統(tǒng)的理論誤碼率表達(dá)式,有效簡(jiǎn)化了不同載波體制在不同場(chǎng)景下的誤碼率評(píng)估過(guò)程,并為WFRFT預(yù)編碼系統(tǒng)的最優(yōu)階數(shù)選擇問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。當(dāng)時(shí)間偏移和循環(huán)前綴不足出現(xiàn)時(shí),WFRFT預(yù)編碼有效提升了OFDM和GFDM系統(tǒng)的誤碼率性能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 房宵杰;基于加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的物理層安全傳輸方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 李勇;快速時(shí)變信道下基于WFRFT和部分FFT的傳輸方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 邱昕;基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換的混合載波通信系統(tǒng)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

4 梅林;加權(quán)類分?jǐn)?shù)傅立葉變換及其在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：2649800