5G新型调制和多址系统的频偏抑制技术研究

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以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术为代表的多载波通信技术,因其抗干扰能力和高频谱效率,成为未来移动通信中不可或缺的物理层传输技术。第五代移动通信系统致力于更高的频谱利用效率、传输速率和通信容量,以满足海量用户和设备接入的应用场景,为此,需要研究基于OFDM的新型多址和传输技术。本文将OFDM与空间调制(Spatial Modulation,SM)、网格映射交分多址(Interleaver-Grid Multiple Access,IGMA)以及重叠码调制-空间调制(Superposition Coded Modulation Aided Spatial Modulation,SCM-SM)相结合,研究了第五代移动通信系统(the 5th Generation communication system,5G)新型调制与多址系统下SM-OFDM、IGMA-OFDM和SCM-SM-OFDM的传输方案。因为采用了OFDM技术,上述新型调制和多址方案对频偏非常敏感,且在多用户或者多天线的情况下,其频偏不能采用简单的单用户检测方式进行补偿。因此,新技术的多频偏抑制仍是亟待解决的问题。本论文就SM-OFDM系统、IGMA-OFDM系统和SCM-SM-OFDM系统的频偏抑制进行了研究,主要的工作和创新点如下:相比于SM系统中传统的干扰抵消算法,提出了将基于频偏矩阵的干扰抵消算法,提高了信号检测的准确性,降低了在迭代过程中差错传播的程度,提高了系统性能。其次考虑到空间调制系统作为多载波系统的高峰均比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)影响,将限幅干扰和频偏因素综合考虑,推导了基于该限幅噪声和频偏的干扰抵消的公式,提出了限幅噪声与频偏干扰联合抵消算法。针对利用交织图案和网格映射区分用户的IGMA系统,首先是分析了IGMA系统发射端与接收端的结构,仿真验证了该系统的用户负载率性能优于IDMA系统,然后在IGMA系统上考虑了频偏的影响,提出了两种用于抑制频偏干扰的算法法。第一种算法是在检测用户数据的时候,首先对信号进行相应的频偏补偿,降低频偏对信号的干扰,然后再进行逐符号迭代检测;第二种算法是将频偏矩阵看做是信道信息的一部分直接进行逐符号迭代检测。针对高传输速率的SCM-SM系统,考虑到频偏的影响,提出了适用于SCM-SM系统的两种抑制频偏的算法,其中第一种是基于频偏补偿的方法,其基本原理是首先进行一次总体补偿,然后在最大合并比检测时解调出天线信息,然后根据天线信息再进行一次精确的补偿。考虑到这种算法需要多次时频转换,复杂度较高,所以第二种算法提出了基于频偏矩阵的方法,该方法将频偏矩阵考虑到信道信息中直接进行多用户迭代检测。
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