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相比于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM),基于交错正交幅度调制的滤波器组多载波(OffsetQuadratureAmplitudeModulation based Filter Bank Multicarrier,OQAM/FBMC)采用了设计良好的原型滤波器,可以获得更低的旁瓣性能。并且,OQAM/FBMC不需要使用循环前缀(Cyclic Prefix,CP),具有更高的谱效。因此,OQAM/FBMC技术成为了未来无线通信系统的物理层备选技术之一。此外,多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术可以极大改善通信系统性能,一直是工业界和学术界的研究热点。因此,OQAM/FBMC 与 MIMO技术的结合将在未来无线通信系统中扮演非常重要的角色。本论文主要研究 MIMO-OQAM/FBMC系统发射分集技术,包括Alamouti发射分集和延迟分集技术,具体研究内容包括:
1、提出了OQAM/FBMC系统发射端块状Alamouti编码方案。在OQAM/FBMC系统中,虚部干扰受到周围数据的影响并具有随机性。通过对虚部干扰系数进行分析,证明了虚部干扰系数存在特殊的反演对称性。基于这一发现,提出了块状Alamouti分集方案。该方案利用反演对称性对 OQAM/FBMC 发送数据进行合理的分组编码,使得加上虚部干扰后形成的复数数据能够满足正交形式,从而可以在接收端成功译码,获取分集增益。在块状Alamouti分集方案基础上,进一步去掉了保护间隔,并对引入的干扰进行了分析和均衡。
2、针对 OQAM/FBMC 系统 Alamouti 发射分集方案在高频率选择性信道下存在性能损失的问题,提出了基于频率扩展的 Alamouti 接收机方案。CP 的引入简化了OFDM系统在高频率选择性信道下的接收端均衡处理。而OQAM/FBMC没有使用CP,只能依靠原型滤波器对抗多径衰落信道,在高频率选择性信道下使用简单的均衡处理已经无法满足需求。为了改善 OQAM/FBMC 在高频率选择性信道下的性能,提出了一种基于频率扩展的Alamouti接收机方案,将Alamouti译码模块移动到频率解扩模块之前。与传统的基于子载波的Alamouti译码方案不同,提出的Alamouti译码方案可以在更细粒度的频率点上进行,从而能够更好地对抗频率选择性衰落。此外,通过在Alamouti译码模块之前引入相位因子,可以在每个频率点上实现满分集增益。仿真结果表明,在高频率选择性衰落信道下,传统分集方案在高阶调制下误码性能存在很高的平台,几乎无法有效工作。而本方案可以突破这一瓶颈,并且在低信噪比时相比传统方案仍有4dB的性能提升。
3、研究了OQAM/FBMC系统延迟分集方案。提出了两种基于频率扩展快速实现架构的 OQAM/FBMC 循环延迟分集方案。所提方案均是在频率解扩前的频点上进行等效信道均衡处理。但第一种方案在发射端是直接对每个符号进行循环延迟处理,在延迟量比较大时会引入较大的干扰。为了解决这一问题,第二种方案通过采用循环卷积替代线性卷积的方式,对 OQAM/FBMC 发射数据进行了分块处理,每个数据块都添加了CP。之后再对每个数据块进行循环延迟处理时,循环延迟量不再有限制。由于CP是对每个数据块进行添加,引入的开销比OFDM系统小。仿真结果表明,第一种基于线性卷积的方案比较适合平坦衰落信道。第二种基于循环卷积的方案在频率选择性衰落信道下仍然能够获取较高的分集增益。
综上所述,本文研究了OQAM/FBMC系统下的Alamouti发射分集和延迟分集方案。所提方案在平坦衰落及频率选择性衰落信道下都能获取较高的分集增益,保障了通信可靠性。
1、提出了OQAM/FBMC系统发射端块状Alamouti编码方案。在OQAM/FBMC系统中,虚部干扰受到周围数据的影响并具有随机性。通过对虚部干扰系数进行分析,证明了虚部干扰系数存在特殊的反演对称性。基于这一发现,提出了块状Alamouti分集方案。该方案利用反演对称性对 OQAM/FBMC 发送数据进行合理的分组编码,使得加上虚部干扰后形成的复数数据能够满足正交形式,从而可以在接收端成功译码,获取分集增益。在块状Alamouti分集方案基础上,进一步去掉了保护间隔,并对引入的干扰进行了分析和均衡。
2、针对 OQAM/FBMC 系统 Alamouti 发射分集方案在高频率选择性信道下存在性能损失的问题,提出了基于频率扩展的 Alamouti 接收机方案。CP 的引入简化了OFDM系统在高频率选择性信道下的接收端均衡处理。而OQAM/FBMC没有使用CP,只能依靠原型滤波器对抗多径衰落信道,在高频率选择性信道下使用简单的均衡处理已经无法满足需求。为了改善 OQAM/FBMC 在高频率选择性信道下的性能,提出了一种基于频率扩展的Alamouti接收机方案,将Alamouti译码模块移动到频率解扩模块之前。与传统的基于子载波的Alamouti译码方案不同,提出的Alamouti译码方案可以在更细粒度的频率点上进行,从而能够更好地对抗频率选择性衰落。此外,通过在Alamouti译码模块之前引入相位因子,可以在每个频率点上实现满分集增益。仿真结果表明,在高频率选择性衰落信道下,传统分集方案在高阶调制下误码性能存在很高的平台,几乎无法有效工作。而本方案可以突破这一瓶颈,并且在低信噪比时相比传统方案仍有4dB的性能提升。
3、研究了OQAM/FBMC系统延迟分集方案。提出了两种基于频率扩展快速实现架构的 OQAM/FBMC 循环延迟分集方案。所提方案均是在频率解扩前的频点上进行等效信道均衡处理。但第一种方案在发射端是直接对每个符号进行循环延迟处理,在延迟量比较大时会引入较大的干扰。为了解决这一问题,第二种方案通过采用循环卷积替代线性卷积的方式,对 OQAM/FBMC 发射数据进行了分块处理,每个数据块都添加了CP。之后再对每个数据块进行循环延迟处理时,循环延迟量不再有限制。由于CP是对每个数据块进行添加,引入的开销比OFDM系统小。仿真结果表明,第一种基于线性卷积的方案比较适合平坦衰落信道。第二种基于循环卷积的方案在频率选择性衰落信道下仍然能够获取较高的分集增益。
综上所述,本文研究了OQAM/FBMC系统下的Alamouti发射分集和延迟分集方案。所提方案在平坦衰落及频率选择性衰落信道下都能获取较高的分集增益,保障了通信可靠性。