第五代移动通信上行波形和多址技术研究

摘要

随着通信技术的飞速发展，5G时代已经到来，对于通信系统的要求也随之越来越高。更高的传输速率，超大规模的用户容量，超低的通信时延，更好的用户体验，以及更高的频谱利用率等等特点。本文主要针对提高频谱效率，以及大规模用户通信两个场景进行讨论。
　　对于提高频谱效率，正交频分复用(OFDM)技术作为一种重要的多载波技术，不仅在4G系统中得到了广泛使用，而且作为5G系统的重要候选波形之一仍然被众多研究人员所推崇。但是与前几代移动通信系统相比，5G系统设计时不仅要考虑移动宽带业务，同时也会考虑未来对于海量机器连接以及高可靠低时延业务的支持。OFDM存在一些固有的缺点:比如对于频率同步误差，时间非同步，多普勒扩展等都比较敏感，所以如果对于未来更加多样化的业务，更高的频谱效率以及海量连接，如果继续仅仅使用OFDM一种波形技术是不够的。因此本文主要针对于几种新型的OFDM变形技术进行相关的研究比较与理论分析。同时基于LTE链路级平台，分别在不同调制方式，用户干扰、时延、多径、峰值平均功率比应方度量、误差矢量幅度等几个方面进行相关的仿真验证。展示了在不同情境下，不同波形的优缺点。
　　此外，为了解决大规模用户通信可能产生的拥堵问题，基于竞争的随机接入机制便成为物理层对于未来5G中的一个研究热点。在这种通信模式下，同时多用户传输碰撞会导致信令的扰乱，进而使接收端无法正常的做接收信号的检测。本文针对上述情景设计了一种新型结构的前导序列。可以通过这种具有特定结构的前导序列来检测碰撞用户，同时在碰撞检测的过程中也可以估计信道。本文对提出的前导序列方案在衰落信道，多径信道以及异步等场景进行了理论分析与仿真验证。仿真结果证实了本文提出方案的准确性与鲁棒性。

目录

声明

致谢

摘要

序言

1．1．1 5G技术背景及研究意义

1．1．2 5G演进目标

1．1．3 5G市场发展现状

1．2 国内外研究现状

1．3 发展趋势

1．4 论文的主要内容

2 新型波形与新型多址技术研究

2．1 新型波形技术研究

2．1．1 滤波器组多载波

2．1．2 通用滤波多载波

2．1．3 广义频分复用

2．1．4 加滤波器与加窗的正交频分复用

2．2 新型多址技术研究

2．2．1 稀疏码多址技术

2．2．2 非正交多址

2．2．3 图样分割多址

2．2．4 多用户共享访问

2．3 本章小结

3 上行通信OFDM波形的演进

3．1．1 F-OFDM技术简介

3．1．2 W-OFDM技术简介

3．2 W-OFDM与F-OFDM仿真性能评估

3．2．1 功率谱密度特性

3．2．2 CP-OFDM误码性能评估

3．2．3 F-OFDM和W-OFDM误码性能评估

3．3 降峰均比OFDM与DFT-S-OFDM技术

3．3．1 峰值平均功率比／立方度量

3．3．2 功率谱密度特性

3．3．3 误差矢量幅度EVM

3．3．4 误码性能评估

3．3．5 最小耦合损耗

3．3．6 覆盖率分析

3．3．7 上行控制信道

3．4 本章小结

4 通信过载下碰撞检测技术设计

4．1 系统模型与前导序列结构

4．2 碰撞检测以及信道估计

4．2．1 碰撞检测的理论模型

4．2．2 衰落信道下的碰撞检测

4．2．3 在异步场景下的碰撞检测

4．2．4 多径效应和噪声对于碰撞检测的影响

4．3 碰撞检测算法

4．4 仿真结果与分析

4．5 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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