下一代無線通信V-OFDM及多天線技術(shù)研究

1、下一代無線通信V-OFD威多天線技術(shù)研究現(xiàn)代社會 , 人們對移動互聯(lián)網(wǎng)的迫切需求, 對無線通信技術(shù)提出了越來越高的要求 : 無線通信系統(tǒng)需要進(jìn)一步提升帶寬效率, 同時通過靈活的配置系統(tǒng)中的時頻資源 , 才能夠達(dá)到為更多的用戶提供更大的下載帶寬 , 更快的數(shù)據(jù)傳輸速率以及更加實(shí)時的上網(wǎng)互動體驗的目的。因此, 單載波系統(tǒng)以及由它發(fā)展而來的正交頻分復(fù)用多址接入系統(tǒng)(Orthogonal Frequency Division MultiplexingAccess,OFDMA),已經(jīng)廣泛應(yīng)用在 WIFI,Wimax以及LTE等無線通信系統(tǒng)中。但是 , 這兩個系統(tǒng)還有其自身的特點(diǎn) , 從而在下一代通信系統(tǒng)

2、中受到了制約。一方面，單載波頻域均衡和05口乂系統(tǒng)屬于變換域系統(tǒng)，他們的中斷概率、誤碼率性能都沒有準(zhǔn)確的估計, 這是由于變換域均衡及解調(diào)的復(fù)雜性本身造成的。進(jìn)一步導(dǎo)致了作為衡量系統(tǒng)關(guān)鍵性能的中斷概率, 還沒有一個閉合表達(dá)式。同時，很多關(guān)于SC-FDES統(tǒng)的分集增益的分析，也存在著很多的問題：現(xiàn)在的分析方法 , 都是基于近似的 , 不能夠準(zhǔn)確的將仿真結(jié)果和理論曲線進(jìn)行對比 , 從而不能通過理論曲線和仿真曲線的對比來準(zhǔn)確印證相應(yīng)的結(jié)論。對于多載波系統(tǒng)的變換域均衡解調(diào)系統(tǒng)的性能分析, 更是沒有合適的方法。另一方面 , 現(xiàn)今為止 , 單載波頻域均衡(Single Carrier Frequency D

3、omainEqualization,SC-FDE) 以及正交頻分復(fù)用多址接入系統(tǒng)已經(jīng)在無線通信系統(tǒng)中廣泛使用。雖然他們都有其各自的優(yōu)點(diǎn) , 但是都不能滿足未來無線通信系統(tǒng)的要求。其中SCFDEJ術(shù)能夠很好的利用符號干擾多徑信道 (Inter Symbol InterferenceChannel,ISIC), 以取得較好的分集增益及中斷概率性能 , 但是不能夠?qū)r頻資源進(jìn)行靈活的配置和運(yùn)用 , 對于承載多用戶方面來說 , 不具備優(yōu)勢。對于OFDMAC統(tǒng),能夠?qū)r頻資源進(jìn)行高效的利用和配置，但是需要差錯控 制編碼(Error Correct Code,ECC)勺協(xié)助，才能有效的對抗多徑信道帶來的干

4、擾, 以便給用戶提供有保障的服務(wù)。如果能夠?qū)C-FD而統(tǒng)和OFDM原統(tǒng)的優(yōu)勢相結(jié)合，同時利用SC-FDES統(tǒng)的高分集度、優(yōu)異的中斷概率性能和OFDM傳輸?shù)撵` 活性 , 將為下一代無線通信系統(tǒng)的性能提升提供了一個新的思路。于是 , 向量化正交頻分復(fù)用系統(tǒng)(Vector Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,V-OFDM)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生了。V-OFDM(統(tǒng)是 2000 年 Xiang-gen Xia 教授提出了一種更加通用的多載波系統(tǒng)，它繼承了 SC-FD而統(tǒng)的高分集度和 。5口乂的統(tǒng)的靈活配置時頻資源的優(yōu)勢，同時消除了 (Inter Symbol I

5、nterference channel,ISI channel) 信道中的信道空洞 , 獲得了空間 - 多徑的滿 分集增益 , 是一種優(yōu)秀的多載波調(diào)制方案。但是,V-OFDM1針對SISO系統(tǒng)的技術(shù)，而未來的無線通信系統(tǒng)已經(jīng)是多輸入多輸出 (Multiple Input Multiple Output,MIMO) 系統(tǒng)的主場, 怎樣把它應(yīng)用在MIMO(統(tǒng)中，是本文研究的一個問題。針對以上問題，本文的進(jìn)行了詳細(xì)的研究， 本論文的主要研究成果如下：針對SC-FDE系統(tǒng)在ISI信道下中斷概率分析沒有 閉式解的問題 , 提出了一種計算復(fù)雜多維累積分布函數(shù)的基于格拉斯漫流形的多維超幾何分析方法(Gras

6、smannian Manifold based Multi-DimensionalHypergeometric Analysis,(GMMDHA) 。該方法可以在將估計誤差限制在一定程度的前提下，給出SC-FDE系統(tǒng)中斷概率性能的閉合表達(dá)式, 同時給出了進(jìn)一步減小估計誤差的方法。根據(jù)推導(dǎo)出來的中斷概率閉合表達(dá)式, 可以輕松的獲得系統(tǒng)的中斷概率分集增益。更加令人興奮的是，GMMDHA法不僅可以用于SC-FDE8統(tǒng)的性能分析，同時 還可以運(yùn)用于更加通用的Vector-OFDM在不同符號干擾信道環(huán)境中的性能分析。在本文中的第二章, 首先對該方法的具體步驟進(jìn)行闡述, 在后續(xù)的章節(jié)分析中 , 將會用到該

7、方法進(jìn)行嚴(yán)格的理論分析。通過把理論曲線和仿真曲線進(jìn)行對比,從而證明了，GMMDHA一種通用的精度極高的分析ISI 信道下變換域系統(tǒng)性能的方法; 同時也能夠給出嚴(yán)格的系統(tǒng)的中斷概率表達(dá)式。提出了一種針對SC-FD舔統(tǒng)的單輸入多輸出的(Single Input and Multiple Output,SIMO) 的循環(huán)延遲接收方案。在下一代通信系統(tǒng)的上行鏈路中 , 基站資源對于用戶信息的解調(diào)復(fù)雜度, 將隨著用戶數(shù)量的提升而增大。 所以 , 迫切需求一種低復(fù)雜度的解調(diào)方案, 同時能夠很好的獲得系統(tǒng)的分集增益。所提出的循環(huán)延遲接收方案正好解決了這個問題。在該方案里, 系統(tǒng)性能的提升并沒有給接收機(jī)的解調(diào)

8、帶來很大的復(fù)雜度的提升, 同時還能夠獲得空間 - 多徑滿分集增益和較高的編碼增益，因此是一種性能優(yōu)秀的、針對 LTE系統(tǒng)上行傳輸?shù)姆桨?。在V-OFDM(統(tǒng)和SIMO系統(tǒng)的結(jié)合方面，提出了一種基于循環(huán)延遲發(fā)送分 級的向量 OFDM(Cyclic Delay Diversity transmission for V-OFDM system,CDD-VOFD昉案。該方案很好的將V-OFDMfe術(shù)應(yīng)用于了 MISO系統(tǒng)中, 通過循環(huán)延遲發(fā)送方法, 有效的增加了系統(tǒng)的分集增益性能 , 同時獲得了更多的編碼增益。本方案的另外一個優(yōu)點(diǎn)是沒有大幅度增加發(fā)射機(jī)的復(fù)雜度, 同時接收機(jī)的復(fù)雜度也沒有提升。通過GMM

9、DHA法對本方案進(jìn)行的理論分析，得到了系統(tǒng)的中斷概率的表達(dá)式, 進(jìn)一步的獲得系統(tǒng)的分集階數(shù)。最后，通過仿真分析,證明了 CDD-V-OFD燎統(tǒng)白在ISI信道下的優(yōu)異性能, 是針對下一代無線通信物理層通信的可靠傳輸方案。提出了 一種針對現(xiàn)有的 V-OFDMK統(tǒng)的發(fā)射端預(yù)編碼方案。現(xiàn)有的提升VOFDMt能的方案，都是采用了比較復(fù)雜的星座旋轉(zhuǎn)或者卷積碼編碼的方案, 并且在接收端采用了最大似然解調(diào)以及迭代均衡的復(fù)雜度很高的方案。為了獲得多徑滿分集增益和較好的中斷概率以及較高的平均信道容量, 提出了一種針對V-OFDM勺低復(fù)雜度的預(yù)編碼方案。相對于現(xiàn)有的基于信號星座旋轉(zhuǎn)方案獲得多徑滿分集的方案和接收端采用判決反饋均衡的方案, 所提出的方案在發(fā)送端已知信道狀態(tài)信息 (C