单载波块传输系统多天线技术研究

摘要

随着社会的高速发展，人们对信息传输的实时性和传输速率的要求越来越高。如何克服无线信道的多径时延扩展是宽带无线通信技术面临的重要挑战。单载波频域均衡是一种有效对抗多径衰落信道影响的技术，并且可以克服正交频分复用系统峰均功率比高的缺陷，因此适合作为功率受限设备的发送方案。当发射端部署多根天线时，多天线单载波频域均衡系统能进一步提升传输链路的可靠性。基于直升机与地面通信、飞机和卫星与地面通信等应用场景的巨大应用空间，单载波频域均衡和多天线技术相结合是空地通信场景下一个很具有竞争力的方案。
　　本文首先介绍了无线信道对数字信号带来的影响和对无线通信系统的干扰，指出宽带无线信道的时间和频率双选择性。在此基础上，针对在空地通信场景下的单载波频域均衡系统对仿真用到的SUI-3信道模型进行了分析。
　　然后介绍了多天线分集技术和空时编码技术，从Alamouti方案出发介绍了空时分组码的编译码结构，并对不同信道条件下不同天线数的空时分组码进行了仿真得到其性能对比曲线，证明了以空时分组码为代表的多天线技术在瑞利信道条件下能够有效的提升系统性能，为后文将空时分组码与单载波频域均衡结合应用于频率选择性信道奠定了基础。
　　在建立了单载波频域均衡系统的基础上，对信道频域均衡算法进行了研究和仿真，包括频域线性均衡ZF算法和MMSE算法，混合判决反馈均衡(HDFE)算法，噪声预测判决反馈均衡(HDFE-NP)算法和残留码间干扰消除均衡(MMSE-RISIC)算法，仿真结果表明MMSE算法考虑了噪声的影响，避免了迫零均衡的缺陷，误码率性能优于ZF均衡。然后对非线性均衡算法性能进行了比较和分析，非线性均衡算法在误码性能上优于线性均衡算法，特别是在高信噪比情况下，非线性均衡对系统的性能有较大的改善，在非线性均衡算法中，HDFE-NP算法更具灵活性适合应用，在相同性能条件下，HDFE-NP算法的计算复杂度更低。特别还针对在空地通信场景中存在较大的多普勒频移的特点对多种均衡算法进行了仿真对比。
　　然后，对SC-FDE系统和OFDM系统的系统模型进行了简单对比，分析了其相似和不同之处，对SC-FDE系统的基本原理进行了阐述，设计出了单载波频域均衡系统与空时编码多天线技术相结合的方案，通过仿真证明了多天线单载波频域均衡方案相比单天线单载波频域均衡方案显著提高了系统的性能，能够更好的应对直升机与地面通信、卫星与地面通信等空地通信场景中存在的频率选择性信道、多普勒衰落和相位噪声等问题。并且通过将多天线单载波频域均衡系统方案与多天线正交频分复用方案仿真对比，再次证明以空时分组码为代表的多天线技术在两种方案中都能显著提高系统性能，并且多天线单载波频域均衡方案在对抗饱和功放、频率偏移和相位噪声等方面优于单天线单载波频域均衡，也优于采用空时编码的正交频分复用系统。
　　最后总结了本论文的工作，并探讨单载波频域均衡多天线技术进一步的研究方向。

目录

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摘要

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表格目录

缩略词

第一章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 研究现状及分析

1．3 论文主要研究工作和章节安排

第二章 无线移动信道

2．1 移动信道的特点

2．2 三种主要的快衰落

2．2．1 时间选择性衰落

2．2．2 频率选择性衰落

2．2．3 空间选择性衰落

2．3 常见无线信道模型

2．3．1 抽头时延模型

2．3．2 高斯衰落模型

2．3．3 瑞利衰落模型

2．3．4 莱斯衰落模型

2．4 SUI信道模型

2．4．1 SUI信道参数

2．4．2 仿真与分析

2．5 本章小结

第三章 空时分组编码

3．1 MIMO和空时编码概述

3．1．1 MIMO概述

3．1．2 空时编码的发展

3．2 Alamouti空时编码

3．3 空时分组编码性能分析

3．4 本章小结

第四章 单载波通信均衡技术

4．1 均衡技术概述

4．2 单载波线性均衡算法

4．2．1 迫零均衡算法

4．2．2 最小均方误差均衡算法

4．3 单载波非线性均衡算法

4．3．1 混合判决反馈均衡算法

4．3．2 基于噪声预测的判决反馈均衡算法

4．3．3 残留码间干扰消除均衡算法

4．4 均衡模块计算复杂度分析

4．5 仿真与分析

4．6 本章小结

第五章 多天线单载波频域均衡系统

5．1 多天线单载波频域均衡系统概述

5．2 SC-FDE系统基本原理

5．3 多天线单载波频域均衡系统模型

5．3．1 基于空时分组码的发射分集技术

5．4 正交频分复用技术与单载波频域均衡技术

5．4．1 饱和功放对系统的影响

5．4．2 系统信道容量

5．4．3 误码率

5．4．4 对频率偏移和相位噪声的敏感度

5．5 仿真与分析

5．6 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 本文总结

6．2 进一步的研究方向

参考文献

作者简介(包括论文和成果清单)

致谢