多载波交织多址无线通信关键技术研究

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本论文对多载波交织多址系统,即正交频分复用交织多址(OFDM-IDMA,OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing-InterleaveDivisionMultipleAccess)系统的若干关键技术进行研究。  首先,对OFDM-IDMA系统的相关概念和收发机的基本原理进行了介绍。在对现有接收机原理分析的基础上,研究了有载波频偏(CFO,CarrierFrequencyOffset)时的信号检测方案,提出了一种能够完全消除CFO的接收机算法,并分析了该算法的计算量。由于抑制CFO的需要,该算法的计算量远高于无CFO时传统接收算法的计算量。在分析软信息影响因素的基础上,提出了一种降低复杂度的改进方案,该方案在几乎不牺牲性能的情况下显著地降低了计算量。  进一步,考虑了CFO在接收端未知且信道状态信息(CSI,ChannelStateInformation)也未知情况下的接收算法,提出了一种信道和CFO联合估计和跟踪的接收机结构。该结构在传统接收机的基础上嵌入了更新信道和CFO的模块,并使用估计出的数据来辅助信道和CFO估计,形成一种新的迭代检测结构,它是现有迭代结构的一个自然推广。在每次迭代中,对数据进行检测时,提出了基本信号检测方案。该方案考虑到了信道和CFO估计误差对数据检测的影响,同时不需要知道信道和CFO估计误差的分布情况,简化了接收机的复杂度。仿真结果表明,该接收机经过多次迭代可以收敛到接近信道和CFO信息精确已知情况下的性能。  然后,针对OFDM-IDMA在用户数目较多时需要迭代次数较大从而造成接收复杂度较高的情况,提出了用户分组技术。在分组OFDM-IDMA(G-OFDM-IDMA,GroupedOFDM-IDMA)中,将用户和子载波分为若干个组,每个组的用户仅在同一个组的子载波上传输,从而降低了子载波的平均负载,也就降低了接收端的计算量。为保证分组过程中不牺牲带宽效率和误码率性能,分析了数据速率和误码率的影响因素,在此基础上将用户分组问题转化为整数规划问题,然后提出了一种低复杂度的次优解决方案。仿真结果表明通过用户分组可以在不牺牲其它性能的前提下显著地降低接收端的解码复杂度。  最后,针对目前研究热点之一的可见光无线通信技术(VLC,VisibleLightCommunications),研究了将OFDM-IDMA用于VLC的可行性,提出了非对称限幅光OFDM-IDMA(ACO-OFDM-IDMA,AsymmetricallyClippedOptical-OFDM-IDMA)系统,并与典型的多载波多址方式非对称限幅光正交频分复用多址(ACO-OFDMA,AsymmetricallyClippedOptical-OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess)进行了比较。结果表明,ACO-OFDM-IDMA有更高的功率效率。进一步,针对非对称限幅系统中仅利用了奇数子载波,而将偶数子载波上的信号视为噪声,从而造成接收功率利用不充分的问题,在分析偶数子载波信号结构的基础上,提出了一种增强型的ACO-OFDM-IDMA信号检测方法,它以奇数子载波上解调的数据为基础,辅以偶数子载波的接收信号,从而充分利用了所有接收功率,增强了检测性能。
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