单载波频域均衡抗干扰传输技术研究

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无线通信技术正在向高效率、大容量、高可靠的宽带通信技术方向发展。作为性能优越的两种具有较高频谱利用率的宽带无线调制方式,正交频分复用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和单载波频域均衡(SC-FDE, Single-Carrier Frequency-Domain Equalization)受到了各国学者的广泛关注,并已成为未来无线传输的主要调制方案。特别是SC-FDE调制,相对于OFDM具有更好的包络特性,近年来在宽带无线通信领域的研究和应用日益成熟。另一方面,对于宽带无线通信系统,为了保障无线传输的可靠性,如何提高接收机对抗复杂电磁干扰的能力,是一个重要而有价值的研究课题。本文以SC-FDE宽带无线系统的抗干扰传输技术为研究重点,从介绍SC-FDE的特点和接收机原理出发,分析了其可能面临的诸多抗干扰问题;针对SC-FDE到达检测抗干扰预处理、符号定时同步、载波同步抗干扰方法、迭代频域均衡等关键技术进行了深入的讨论和分析,提出了具体的解决方案,给出了系统的计算机仿真,以及对仿真结果较为全面的分析与比较。本文的章节内容安排如下:第一章首先介绍了无线通信的发展概况,在简单阐述移动通信的标准演进、OFDM与SC-FDE的差异与共存以及抗干扰技术的发展之后,给出了本文课题提出的原因和本文的主要工作。第二章对无线信道做了一定的定性分析,并详细介绍了小尺度衰落信道的等效基带冲激响应模型和各相关函数,然后给出了本文仿真系统中采用的无线多径衰落信道模型。第三章从SC-FDE接收机的结构原理入手,分别从到达检测、定时同步、载波同步和频域均衡四个方面提出并分析了宽带无线接收机的抗干扰问题,并在末节给出了本文用于仿真系统的定时同步和频域均衡算法。第四章着重探讨了基于伪随机噪声(PN, Pseudo-random Noise)序列自相关运算的到达检测系统中的窄带干扰(NBI, Narrow-Band Interference)抑制问题,从时域处理和变换域处理两个角度推导了五种NBI抑制算法,并分析比较了PN相关器输出和测试帧漏检概率的仿真结果。第五章重点研究了慢衰落信道下的载波同步问题,推导了两种最大似然(ML, Maximum Likelihood)频偏估计器和两种线性模型频偏估计器,并在多种信道环境下将其估计方差与加性白高斯噪声信道的Cramer-Rao下限做了比较。第六章则综合考虑了SC-FDE宽带无线接收机中各个关键模块,从整体系统误比特率(BER, Bit Error Rate)的角度分析比较了各种抗干扰算法的性能表现。仿真结果表明对于离散多径数目较少、变化较慢的多径信道,本文提出的帧结构结合迭代频域均衡算法能够获得良好的BER性能。对于NBI而言,线性预测法和非线性最小均方自适应滤波法是两种可取的干扰抑制算法,并有着各自的优缺点。此外,ML估计器能够在NBI的干扰下提供精确的频偏估计,但对多普勒频移十分敏感;线性估计器虽然能抵抗较大的多普勒频移,但在慢衰落信道下,不论NBI的存在与否,其BER性能表现均明显差于ML估计器。
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