高速移动场景下多载波系统的数据传输

摘要

随着高速铁路、高速公路、磁悬浮列车等的飞速发展，高速移动场景已然成为第五代移动通信(5G)应用的一个重要场景。多载波系统由于传输速率高且能有效对抗多径衰落造成的码间串扰，使其在无线通信系统中得到了广泛应用，主要包括正交波形技术和非正交波形技术。其中第四代移动通信(4G)中普遍采用的是正交频分复用(OFDM)技术，但其数据传输性能受到多方面因素的制约，例如较大的多普勒频移、多径信道以及非高斯噪声等。因此，多载波系统采用的波形技术研究重点由传统的OFDM技术转向非正交波形技术。论文主要工作如下:
　　第一，评估了高速移动场景下正交波形技术和非正交波形技术性能传输的优劣。由于现有的文献中只给出了单一非正交波形技术与OFDM技术的比较，缺乏在高速移动场景下多种非正交波形技术之间的横向比较，因此本论文参照3GPP TR38.900中的高速移动信道参数建模，通过仿真评估各波形的误码率性能。仿真结果表明，从实现复杂度和误码率性能方面来看，资源块滤波正交频分复用(RB-F-OFDM)技术相比于通用滤波正交频分复用(UFMC)技术、滤波器组多载波(FBMC)技术以及OFDM技术，更适用于高速移动场景。
　　第二，研究了理想加性高斯白噪声下的OFDM系统的频偏估计与补偿。在OFDM系统中，由于多径信道造成的多个多普勒频移和环境中的高斯噪声存在，增加了频偏估计的难度，降低估计精度。为此，本论文采用了两种频偏估计算法，一种是基于循环前缀的频偏估计算法，该算法复杂度低且易实现，但只能估计出最大多普勒频移，无法估计出振荡器频偏，且算法精度较低;另一种则是基于波束赋形的频偏估计算法，该算法复杂度较高，但可实现最大多普勒频移和振荡器频偏的联合估计，算法精度较高。推荐采用后者应用到后续频偏估计工作中。
　　第三，研究了冲击噪声下的OFDM系统的频偏估计与补偿。由于实际环境中噪声一般是具有冲击特性的非高斯噪声，即冲击噪声。根据冲击噪声的分布函数，通过仿真建模模拟实际环境中的冲击噪声，分析了冲击噪声对OFDM系统传输以及频偏估计性能的影响。当冲击噪声的影响超出了系统的承受范围时，采用冲击噪声的检测和抑制算法。本论文应用了三种冲击噪声检测方法，通过对冲击噪声进行检测抑制提高频偏估计精确度和数据传输性能。仿真结果表明，对冲击噪声进行抑制后，最大值检测器相比于Fisher二次判别检测器和高斯假设估计检测器，对系统性能的改善更为显著。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景及研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 多载波波形技术

1．2．2 多载波的参数估计

1．3 论文章节安排

2 高速移动场景下多载波波形技术评估

2．1 多载波波形原理概述

2．1．1 正交波形技术

2．1．2 基于滤波器的非正交波形技术

2．2 高速移动无线信道

2．2．1 高速无线信道的特点

2．2．3 高速无线信道建模和参数

2．3 性能分析

2．3．1 误块率vs．SNR

2．3．2 误块率vs．CFO

2．4 本章小结

3 高速移动场景加性高斯白噪声下的频偏估计

3．1 基于循环前缀的频偏估计

3．1．1 系统模型

3．1．2 算法描述

3．1．3 振荡器频偏对多普勒频移估计的影响

3．2 基于波束赋形的频偏估计

3．2．1 系统模型

3．2．2 算法描述

3．3 两种频偏估计算法性能分析

3．4 本章小结

4 高速移动场景冲击噪声下的频偏估计

4．1 冲击噪声概述

4．1．1 冲击噪声的分类和模型

4．1．2 冲击噪声的影响

4．2 冲击噪声检测和抑制

4．2．1 冲击噪声检测

4．2．2 冲击噪声抑制

4．3 频偏估计性能分析

4．4 本章小结

5 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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