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《北京邮电大学》 2013年
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宽带无线通信系统中均衡技术研究

王秋才  
【摘要】:目前,许多宽带无线通信标准的一个共同特点是采用块传输,以满足日益增长的高速率高质量多媒体服务需求。宽带无线通信系统始终面临的一个主要挑战是多径衰落信道本身固有的特性,即时间弥散性所产生的符号间干扰(ISI),导致系统性能严重恶化。均衡技术能够有效地补偿信道失真,并能灵活结合其它抗多径衰落技术,有效改善了系统性能,一直是无线通信领域的一个研究热点。 在国家重大专项(2009ZX03002-009-01)以及国家自然科学基金(60672132、60872149)的支持下,本文从系统性能和计算复杂度折衷的角度出发,围绕宽带无线通信系统中均衡技术进行了深入研究。本文的主要工作及创新成果如下: (1)在单载波频分多址(SC-FDMA)上行系统中,针对用户信号经历不同的多径衰落信道到达接收端,会受到ISI和多用户间干扰(MUI)影响,导致其性能下降,针对这个问题,本文提出了一种频域迭代块判决反馈均衡(FD-IBDFE)算法。该均衡算法能够充分利用输入-判决符号相关系数,优化了前馈和反馈滤波器的抽头系数,使得每次迭代过程中的信干噪比最大化,逐步消除了干扰,提高了数据检测的可靠性。该均衡算法可以进一步结合分集合并技术,加快了迭代收敛速度。仿真结果表明,所提均衡算法能够有效地消除了干扰,获得了显著的系统性能提升。 (2)在单载波块传输(SCBT)系统,当采用高阶调制或信道时延扩展较大时,传统的turbo均衡方案的复杂度较高。为了进一步降低复杂度,本文提出了一种低复杂度的频域turbo均衡方案。所提方案根据最小均方误差(MMSE)准则,设计了一种软输入软输出(SISO)的频域块判决反馈均衡(FD-BDFE)算法,使得每次迭代过程中,所提SISO FD-BDFE算法能够充分地与SISO信道译码进行软外信息交换,根据软判决符号自适应地更新前馈和反馈滤波器的抽头系数,有效地抑制了差错传播现象,几乎完全消除了ISI。外信息传递(EXIT)分析和仿真结果比较表明,与传统的时域精确MMSE线性turbo均衡方案相比,所提频域turbo均衡方案具有相同的误比特率性能,但复杂度更低,收敛速度更快。 (3)在传统的空时分组码(STBC)单载波块传输方案中,需要假设多径衰落信道在连续两个传输时隙内保持准静态。在某些高速移动场景中,这个假设不再精确得到满足,导致性能恶化。针对这个问题,本文提出了一种单时隙时间反转(TR) STBC单载波块传输方案。同时为了继续在高信噪比条件下获取多径衰落信道中的潜在频率分集,本文进一步提出了一种低复杂度次优的频域判决反馈均衡(FD-DFE)算法。理论分析和仿真结果表明,所提TR-STBCSCBT方案结合MMSE FD-LE均衡与传统STBC SCBT方案具有相同的分集增益,但对高速移动引起的多普勒频偏鲁棒性更好。如果TR-STBC SCBT方案结合FD-DFE均衡,则可获得显著的性能增益。 (4)传统中继辅助的单载波块传输方案为了获取性能提升,在发送端采用冗余的填零(Zero-Padding, ZP)方法,当信道时延扩展较大时会降低其频谱效率,针对这个问题,本文提出了一种适用于多径衰落信道的两时隙分布式TR-STBC单载波块传输方案,用2个时隙传输了一个符号块。理论分析与仿真结果表明,所提方案结合MMSE FD-LE均衡,在不牺牲额外频谱效率的情况下获得了与传统DSTBC方案相同的系统性能。如果结合FD-DFE均衡,则能继续获得性能提升,较好地在性能和复杂度之间取得折衷。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN92

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