基于WiMAX的OFDMA上行干扰消除和下行多天线技术研究

摘要

随着多媒体通信的迅速发展，人们不再局限于传统的语音通信，而更多地需要进行大容量数据的通信，同时也要求无线通信具有更高的速率、更大的覆盖范围和更好的移动性，而WiMAX(World Interoperability for Microwave Access)技术的出现恰好能满足这些需求。WiMAX技术是基于无线城域网IEEE 802.16标准的宽带无线技术，可以在固定和移动的环境提供高速的数据、语音和视频等业务，具有广阔的应用前景。作为IEEE802.16标准的主流技术，OFDM和OFDMA技术被广泛地应用到WiMAX系统的物理层中，特别是后者，它支持移动性的IEEE802.16e标准，因此对于OFDMA技术的研究有很重要的现实意义。 本文首先系统的介绍了OFDMA技术原理及WiMAX技术中的OFDMA技术。由于OFDMA技术采用正交的子载波来传输数据，因此对载波的正交性提出了很高的要求。在上行链路中每个用户由于载波频率偏差而存在潜在的不同步，这样使子载波之间失去正交性，从而在基站接收端产生多用户间干扰。本文针对上行链路任意分配子载波重点研究了载波频偏估计和多用户间干扰消除的方法。在载波频偏估计中，本文研究了一种载波频偏的最大似然(ML)算法，由于此算法要进行大量的多维运算，因此我们借助于交替迭代投影(AP)算法使最大似然估计从多维参数估计简化成一系列一维参数估计，降低了运算量；针对多用户间干扰消除，本文研究了一种能够实现载波频偏补偿的低复杂度迭代信号处理算法，通过对估计出的每个用户的载波频偏在接收端进行圆周卷积运算，对载波频偏进行补偿，最后通过迭代干扰消除的方法对多用户干扰进行消除。通过Matlab进行仿真的结果表明，本文的算法具有很好的性能，改善了上行链路的传输性能。 此外，宽带无线技术能够提供较大的下行链路系统容量，而MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，因而本文也研究了基于OFDMA技术的下行多天线技术。本文重点研究了一种能最大增加系统容量和频谱利用率的基于D-STTD的多天线技术，详细介绍了OFDMA技术和D-STTD技术在下行链路中结合的模型。在接收端提出了一种矩阵求逆的算法降低了接收的复杂度，最后通过仿真分析了该系统在频率选择性信道及其相关信道下的性能。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图目录、表目录、缩略词表、主要数学符号表

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1无线宽带接入技术及其发展现状

1.2 WiMAX技术概述

1.3 IEEE 802.16e的关键技术

1.3.1 OFDM和OFDMA技术

1.4论文选题及结构

第二章无线信道模型

2.1概述

2.1.1信道的概念

2.1.2无线信道的概念

2.2无线信道的特性

2.2.1衰减特性

2.2.2多径特性

2.2.3时变特性

2.2.4角度扩展与相干距离

2.3多径信道模型

2.4 MIMO信道模型

2.4.1 MIMO技术简介

2.4.2 MIMO信道建模

2.4.3 MIMO信道容量

2.5本章小结

第三章OFDMA技术概述

3.1 OFDMA基本原理及模型

3.2 WiMAX技术中的OFDMA

3.2.1 OFDMA的帧结构

3.3 OFDMA上行子载波分配

3.4可扩展的OFDMA

3.5本章小结

第四章OFDMA上行链路载波频偏估计及多址间干扰消除

4.1 OFDMA上行链路发射模型

4.2 OFDMA上行载波频偏估计算法

4.3 OFDMA上行链路载波间干扰的产生

4.4 OFDMA上行链路多用户间干扰消除算法

4.4.1算法分析

4.5算法仿真及结果分析

4.6本章小结

第五章OFDMA下行链路多天线技术

5.1发送分集和接收分集

5.2空时编码

5.2.1空时分组码(STBC)

5.2.2空时格码

5.2.3空时分层码

5.3 MIMO技术与OFDMA技术结合的下行系统

5.3.1 D-STTD原理

5.3.2系统的数学模型

5.3.3接收机算法

5.4仿真结果分析

5.5本章小结

第六章总结

6.1主要工作总结

6.2下一步研究工作

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果