论文部分内容阅读
宽带无线数字传输是目前通信技术研究最为活跃的领域之一。而正交频分复用(OFDM)技术，凭借其优秀的抗频率选择性衰落特性和高效的频谱利用率，成为当前这一领域中的核心技术。众多宽带无线数字传输技术都是围绕OFDM技术展开的。而OFDM与码分复用(CDM)的结合，即OFDM-CDM，由于能凭借CDM带来的频率分集效应显著提升系统性能，成为OFDM相关技术研究的一大方向。近几年提出的载波干涉(CarrierInterferometry，CI)技术在OFDM中的应用，包括CI/OFDM和PO-CI/OFDM(PO，PseudoOrthogonal，准正交)系统，就属于OFDM-CDM的范畴。
与传统的OFDM-CDM系统所不同的是，载波干涉OFDM系统不仅具备OFDM-CDM系统抗多径和频率分集的性能特点，而且凭借其核心元素——CI信号的高时间分辨率特性，可以有效的提高系统的传输容量，并且降低系统的峰均功率比(PAPR)。本文在深入分析无线信道衰落、信道模型和OFDM技术原理的基础上，重点对载波干涉技术，及其在OFDM系统中的应用展开了深入的研究，并取得了一些创新性的研究成果，主要包括以下几个方面：
1.CI信号正交与准正交特性分析
在现有的文献中，关于CI信号的正交与准正交特性的理论分析都仅局限于实信号调制状况，如BPSK。而PO-CI/OFDM系统正是凭借CI信号的准正交特性，得以在BPSK调制情况下使系统的传输容量增加一倍。本文则对CI信号的正交与准正交特性，在复信号调制情况下进行了理论分析和计算机仿真验证。结果表明，CI信号的正交特性在复信号调制情况下仍然满足，而准正交特性则不再成立。因此PO-CI/OFDM系统只适用于实信号调制。该方面工作完善了CI技术的相关理论基础，有利于展开进一步的研究工作。
2.CI扩展与解扩的优化实现
载波干涉OFDM属于OFDM-CDM系统。在OFDM-CDM系统中，扩展码的扩展和解扩往往通过扩展矩阵与数据矢量相乘来实现。本文在分析CI扩展码和PO-CI扩展码特性的基础上，提出用快速傅立叶变换(FFT)和反快速傅立叶变换(IFFT)来实现载波干涉OFDM系统的数据扩展和解扩。使CI/OFDM系统和PO-CI/OFDM系统的信号处理速度分别提高约2N/(log2N)和2N/(1+log2N)倍。凭借FFT/IFFT算法的高效性和通用性，该优化实现方法有助于促进载波干涉OFDM系统的实际应用。
3.CI-POCI/OFDM系统的设计
PO-CI/OFDM系统能使系统容量提高一倍，但却只适用于实信号调制。本文在分析CI/OFDM系统和PO-CI扩展码扩展/解扩的FFT/IFFT实现基础上，提出了一种新的载波干涉OFDM系统结构——CI-POCI/OFDM。CI-POCI/OFDM系统同时利用了CI扩展码的正交特性和PO-CI扩展码的准正交特性，既可以如CI/OFDM系统一样支持复信号调制，又可以像PO-CI/OFDM系统一样使系统传输容量提高一倍，克服了PO-CI/OFDM系统只适用于实信号调制的缺憾。因此，CI-POCI/OFDM系统具备更为广阔的应用前景。
4.载波干涉OFDM系统的PAPR分析
现有的相关文献主要从CI信号结构的角度来分析载波干涉OFDM系统的低PAPR特性，并且相关分析局限于子载波数量较小的情况。在此基础上，本文从OFDM-CDM系统信号包络入手，提出一种定性地分析不同OFDM-CDM系统PAPR特性的方法。根据这一方法，从扩展码相关特性的角度来分析载波干涉OFDM系统的PAPR特性。找到了产生载波干涉OFDM系统最大PAPR的BPSK序列结构。与此同时，分析了子载波数量的增加对OFDM-CDM系统PAPR特性的影响。理论分析和仿真结果表明，无论系统子载波数量的大小，包括CI-POCI/OFDM在内的载波干涉OFDM系统都能有效地克服传统OFDM系统的高PAPR问题。