（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）基于dftsofdm系統(tǒng)上行鏈路跨層技術(shù)研究.pdfVIP

摘要 摘要 下一代無線通信系統(tǒng)必須能夠與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互 這就需要利用通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與其他通 信系統(tǒng)間的互連互通 但是 現(xiàn)有通信協(xié)議基于o s i 標(biāo)準(zhǔn) 其協(xié)議棧按照嚴(yán)格的分層方式工作 很難適 應(yīng)快速變化的無線通信環(huán)境 通過對(duì)現(xiàn)有協(xié)議棧進(jìn)行改進(jìn) 加入跨層設(shè)計(jì)方案則有助于改善下一代無線 系統(tǒng)性能 因此 跨層設(shè)計(jì)已經(jīng)成為未來無線寬帶發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一 d f t 擴(kuò)展正交頻分復(fù)用技術(shù) d f t s o f d m 是一種物理層傳輸技術(shù) 它具有與單載波傳輸相近的 峰均比性能 并且能夠靈活地分配不同用戶占用的子載波 接收端采用頻域均衡可以獲得較好的誤碼率 性能 因此 d f t s o f i m 技術(shù)是3 g p p 組織提出的e v o l v e d u n 認(rèn)物理層接入上行鏈路中的較有競(jìng)爭(zhēng)力 的傳輸技術(shù) d f t s 旬f d m 系統(tǒng)的頻域成型技術(shù)可以有效的降低系統(tǒng)的p 刪t 在無碼間干擾和接收機(jī)最大輸出 信噪比條件下 文中研究了在加性高斯白噪聲信道中發(fā)送端頻域成型函數(shù)及接收端頻域成型函數(shù)所要滿 足的條件 然后根據(jù)該條件設(shè)計(jì)了頻域成型濾波器 仿真結(jié)果表明 該頻域成型方法不僅可以提高系統(tǒng) 的抗噪聲性能 而且能進(jìn)一步有效降低發(fā)送信號(hào)的峰均比 多輸入多輸出 m i m o 技術(shù)可以顯著增加系統(tǒng)容量 提高頻譜效率 是未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵 傳輸技術(shù)之一 本文主要研究m m od 兀 s o f d m 系統(tǒng)中的跨層聯(lián)合優(yōu)化算法 論文首先介紹了 d f t s 旬m m 技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 對(duì)不同調(diào)制方式下的d f t s o m m 系統(tǒng)和o f i m a 系統(tǒng)的p a p r 性能做了 仿真比較 然后討論了傳統(tǒng)的物理層自適應(yīng)技術(shù)及鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù)等跨層設(shè)計(jì)所涉及的相關(guān)技 術(shù) 文中對(duì)d f t s 旬m m 與m i m o 技術(shù)的結(jié)合問題進(jìn)行了研究 并對(duì)兩發(fā)兩收天線配置給出了傳輸模型 的數(shù)學(xué)表示及接收機(jī)信號(hào)檢測(cè)算法 在此基礎(chǔ)上 重點(diǎn)研究了m i m od f t s o f d m 系統(tǒng)中的跨層聯(lián)合優(yōu) 化算法 主要是物理層的a m c 和鏈路層的a r q 協(xié)議的聯(lián)合設(shè)計(jì) 并在r a y l e i g h 衰落信道中做了大量的仿 真 對(duì)比了跨層自適應(yīng)傳輸與傳統(tǒng)物理層自適應(yīng)技術(shù)在頻譜利用率性能上的差異 通過仿真可以知道 該算法相比傳統(tǒng)物理層自適應(yīng)傳輸 在頻譜利用率性能上有明顯的增益 關(guān)鍵詞 跨層設(shè)計(jì) 自適應(yīng)調(diào)制編碼 多輸入多輸出系統(tǒng) d f t s o f d m 頻域成型 東南大學(xué)碩士論文 a b s t r a c t n e x tg e n e r a t i o nw i r e l e s ss y s t e ms h o u l di n t e r o p e r a t ew i t hi n t e r a c t t h u sp r o t o c o ls t a c ki sn e e d e dt oa l l o wi t t oi n t e r w o r kw i t ho t h e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s h o w e v e r t h ee x i s t i n gp r o t o c o ls t a c kb a s e do no s is t a n d a r d a d o p t ss t r i c tl a y e r e d w o r k i n gm o d e w h i c hm a k e si td i f f i c u l tt oa d a p tt ow i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t w i t hc o n s t a n tc h a n g e s t h e r e f o r et h ee x i s t i n gp r o t o c o ls t a c ki m p r o v e db yc r o s s l a y e rd e s i g nw i l lb eh e l p f u lt o p r o m o t et h ep e r f o r m a n c e so f t h en e x tg e n e r a t i o nw i r e l e s ss y s t e m d f ts p r e a do f d m d f t s o n m i st h ei r a n s m i s s i o ns c h e m ew h i c ha h o w sf l e x m l ea l l o c a t i o no f s u b c a r r i e r sa n di m p r o v e dc o v e r a g eo w i n gt ot h el o wp e a k t o a v e r a g ep o w e rr a t i o p a p r f e a t u r ec o m p a r a b l e t os i n g l e c a r r i e rw a n s m i s s i o ns y s t e m s t h e r e f o r e d f t s o f d mh a sb e e np r o p o s e db y3 g p pa st h ep r o m i s i n g s c h e m ei ne u t r au p l i n kl r a n s m i s s i o n s p e c t r u ms h a p i n gm e t h o d so fd f t s o f d ms y s t e mi ss t u d i e di n t h e s i s i nt h i sp a p e r w ef i r s td e r i v et h ec o n d i t i o n so fs p e c 仃u mp u l s es h a p i n gf i l t e r sf o ri s i f r e ea n dm a x i m u m o u t p u ts a to ft h er e c e i v e r a c c o r d i n gt ot h ed e r i v e dc o n d i t i o n s s p e c m l mp u l s es h a p i n gf i l t e r sa r es e l e c t e d s i m u l a t i o nr e s u l ts h o wt h a tt h ed f t s o f d mw i t hp r o p e r l yd e s i g n e s p e c t r u mp u l s es h a p i n gf i l t e r sc o u l d i m p r o v et h eo u t p u ts n r o f t h er e c e i v e ra n df u r t h e ri m p r o v ep a p rp e r f o r m a n c e c r o s s l a y e rj o i n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h mr e s e a r c hi nm i m od f t s o f d ms y s t e m si st h ef o c u s e so ft h i s d i s s e r t a t i o n i nt h i st h e s i sf i r s t l y w em a k eap r e s e n t a t i o na b o u td f t s o f d ms y g e ma n dr e s e a r c ht h ep a p r p e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n to v e ro f d m au n d e rd i f f e r e n tm o d u l a t i o na n da c c o m p l i s ht h es i m u l a t i o n t h e n i n l r o d u c et h er e l a t e dt e c h n o l o g i e so fc t o s s l a y e rd e s i g ns u c ha st h et r a d i t i o n a lt e c h n o l o g yo fa d a p t i v e m o d u l a t i o na n dc o d i n gi np h y s i c a ll a y e ra n de r r o rc o n 仃o lt e c h n o l o g yi nd a t al i n kl a y e r f u r t h e r m o r e t h e t o p t i co fc o m b i n a t i o no fd f t s o f d ma n dm i m oi sa l s od i s c u s s e di nt h i st h e s i s w eg i v et h em a t h e m a t i c e x p r e s s i o na n ds i g n a ld e t e c t i o na l g o r i g h mf o r2 t r a n s m i t t e rw i t h2 r e c e i v e r b a s e du p o nt h ea b o v e t h em a i n c o n t e n to ft h i st h e s i si sc r o s s l a y e rj o i n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h mr e s e a r c hi nm i m od f t s o f d ms y s t e m s w h i c hi st h ec o m b i n a t i o no fa m ci np h y s i c a ll a y e ra n da r qi nd a t al i n kl a y e ra n dt h e na c c o m p l i s ht h e s i m u l a t i o ni nr a y l e i g hf a d i n gc h a n n e l b yc o m p a r et h eg r o s s l a y e ra l g o r i t h mw i t ht h et r a d i t i o n a la m ci n p h y s i c a ll a y e rw ef i n dt h a tt h ec r o s s l a y e rd e s i g nh a so b v i o u sg a i ni ns p e c t r a le f f i c i e n c y k e y w o r d s c r o s sl a y e rd e s i g n a m c m i m o d f t s o f d m s p e c t r u ms h a p i n g 東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明艇呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在蹲師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取褥魏研究殘巢 盡我所知 除了文中特剔加以標(biāo)注釋致謝的地方辨 論文中不包含其飽入已經(jīng)發(fā)表或撰寫過姆研究成巢 也不包含 為獲得東南犬學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證粥而使用過的材料 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任 何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確懿說明并表示了謝意 研究生簽名 日期 塑盟笙絲 復(fù)璺 東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 東南大學(xué) 中國科學(xué)技術(shù)信息磅究耩 國家圖書鍵有權(quán)僳謦本入所送交學(xué)位論文豹復(fù)印 孛稷電子文 檔 可以采用影印 縮印或萁他復(fù)制手段保存論文 本人電予文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致 除 在保密期內(nèi)的保密論文外 允許論文被查閱和借閱 可以公布 包括以電子信息形式刊登 論文的全部 內(nèi)容或孛 英文揍要等蒸分內(nèi)容 論文的公幫 毽括淡毫子嫠意形式列登 授權(quán)東南大學(xué)研筑生院辦理 日期 絲物豳 第一章緒論 第一章緒論 在過去的二十多年內(nèi) 移動(dòng)通信由最初的第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng) 第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展 到了第三代多媒體通信系統(tǒng) 如今正向大系統(tǒng)容量 高服務(wù)質(zhì)量 多業(yè)務(wù)的方向發(fā)展 未來的移動(dòng)通信 系統(tǒng) 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究工作也已展開i 隨著社會(huì)進(jìn)步和新技術(shù)的不斷出現(xiàn) 人們對(duì)自由通信的要求越來越強(qiáng)烈 任何時(shí)間 任何地點(diǎn) 都能與任何人進(jìn)行快速可靠的交流 已經(jīng)成為了下一代移動(dòng)無線通信系統(tǒng)的主要目標(biāo) 由于傳統(tǒng)的語音 業(yè)務(wù)與爆炸式發(fā)展的因特網(wǎng)融合的實(shí)現(xiàn) 對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的性能提出了更高的要求 無線頻譜資源也變得異 常緊缺 因此人們?cè)跓o線接入技術(shù) 傳輸技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面做了大量的研究 并提出了多種有效的 方案 其中跨層設(shè)計(jì)的提出被視為未來無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一 1 1 論文背景 移動(dòng)通信正在飛速發(fā)展 從第一代主要采用頻分多址 兀 m a 方式的模擬蜂窩系統(tǒng) 如a m p s t a c s 等 發(fā)展到目前廣泛采用的的第二代以時(shí)分多址 r m a 或碼分多址 c d m a 為主的數(shù)字蜂 窩系統(tǒng) 如g s m i s 9 5 等 以及正在投入商用的能夠提供全球漫游 支持多媒體業(yè)務(wù)且有足夠容量的 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)和正在大力開展研究的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) 目前人們正在經(jīng)歷3 g 時(shí)代 3 g 是指第三代數(shù)字通信 主要特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多 媒體服務(wù) 3 g 的帶寬可達(dá)5 m h z 以上 傳輸速率最低為3 8 4 k b i t s 最高為2 m b i t s 它將高速移動(dòng)接入和 基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)結(jié)合起來 用以提高無線頻譜利用率 能夠提供包括衛(wèi)星在內(nèi)的全球覆蓋并實(shí)現(xiàn) 有線和無線以及不同無線網(wǎng)絡(luò)之間的無縫連接 在第三代移動(dòng)通信的發(fā)展過程中 隨著r 9 9 r 4 r s r 6 和r 7 各個(gè)系統(tǒng)版本技術(shù)規(guī)范的發(fā)布 第 三代合作伙伴計(jì)劃 3 g p p 作為w c d m a 和t d s c d m a 這兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要組織 為 基于c d m a 技術(shù)的第三代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用 近年來這些系統(tǒng)逐漸進(jìn)入了商用的進(jìn) 程 3 g 技術(shù)己經(jīng)在許多國家得到了具體應(yīng)用 如美 歐 日 韓等國家和地區(qū) 使用人口已經(jīng)達(dá)到了1 億多 隨著人們對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的各種需求與日俱增 目前投入商用的2 g 2 5 g 系統(tǒng)和部分投入使用的3 g 系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)日益增長的高速多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求 因此 對(duì)b e y o n d3 g 4 g 移動(dòng) 通信系統(tǒng)的研究也正在如火如茶的進(jìn)行 以正交頻分復(fù)用 o f d m 技術(shù)為代表的各項(xiàng)新技術(shù)在近幾年成 為熱點(diǎn) 并且逐漸走向產(chǎn)業(yè)化 特另4 是這些新技術(shù)在無線寬帶接入系統(tǒng)中的出現(xiàn) 將無線通信的接入速 率提升到了1 0 0 m b p s 篚j 范疇 同時(shí)開始加強(qiáng)對(duì)終端移動(dòng)性的支持 在此基礎(chǔ)上 一些學(xué)者又進(jìn)行了未來 移動(dòng)通信系統(tǒng)的新構(gòu)想一后三代移動(dòng)通信系統(tǒng) b 3 g b e y o n d3 g 的先期研究 b 3 g 系統(tǒng)致力于滿足如 下技術(shù)要求 2 1 全艫分組的數(shù)據(jù)傳輸 在固定或者低速移動(dòng)的情況下達(dá)到l g b p s 在高速移動(dòng)情況下達(dá)到l o o m b p s 的數(shù)據(jù)速率 高系統(tǒng)容量和高傳輸質(zhì)量 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的誤碼率低于1 曠 東南大學(xué)碩士論文 高頻譜利用率和功率效率 在不同的速率之間能夠自動(dòng)切換 保證通信質(zhì)量 因此 b 3 g 系統(tǒng)必須在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 空中接口 傳輸體制 編碼與調(diào)制以及天線與射頻等各個(gè)方面有 創(chuàng)新的模式 b 3 g 采用許多新的技術(shù)和新的方法來支撐 包括自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù) a m c a d a p t i v e m o d u l a t i o na n dc o d i n g 自適應(yīng)混合 a r q a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t 技術(shù) 多輸入多輸出 m i m o m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t 和正交頻分復(fù)用 o f d m o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 技術(shù) 等 3 j 1 2d f t s o f d m 技術(shù)概述與研究現(xiàn)狀 目前3 g p p l t e 上行鏈路有四種候選技術(shù) o f d m a 正交頻分復(fù)用 s c f d m a 單載波f d m a m c w c d m a 多載波w c d m a m c t d s c d m a 多載波t d s c d m a 后兩者不是以o f d m 為核 心技術(shù) 不利于向3 g 演進(jìn)和兼容 只是在c d m a 基礎(chǔ)上增加了多載波技術(shù) 頻譜效率較低 r a k e 接 收機(jī)難以實(shí)現(xiàn)而被3 g p pl t e 否決 在上行多址技術(shù)是選用o f d m a 正交頻分復(fù)用 還是s c f d m a 單載波f i m a 3 g p p 成員分為2 種觀點(diǎn) 大部分廠商因?yàn)閷?duì)o f d m 的上行峰均比p a p r 將影響 手持終端的功放成本和電池壽命 有顧慮 主張采用具有較低p a p r 的單載波技術(shù) 另一些公司 主要 是積極參與w i m a x 標(biāo)準(zhǔn)化的公司 建議在上行也采用o f d m 技術(shù) 并用一些增強(qiáng)技術(shù)解決p a p r 的 問題 經(jīng)過激烈的討論和艱苦的融合 3 g p p 最終選擇了大多數(shù)公司支持的方案 即下行o f d m 上行 s c 只 m a l t e 主要討論了兩種s c f d m a 多址方案 皿m 交織頻分多址 和d f t s o f d m 而i f d m a 有很多缺點(diǎn) 首先它比o f d m 矩形波需要更大的傳輸帶寬 即頻譜效率比較低 其次 在i f d m a 系統(tǒng) 中 多徑導(dǎo)致的i s i 需要更復(fù)雜的接收機(jī)才能消除 最后i f d m a 設(shè)計(jì)不如m c c d m a 靈活 因?yàn)樗?支持自適應(yīng)的子載波分配 由于以上的原因 l t e 已經(jīng)暫時(shí)放棄了i f d m a 作為上行鏈路接入的候選技 術(shù) d f t s o f d m 技術(shù)是在o f d m 與單載波頻域均衡技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 近年來受到了越來越 多的關(guān)注 d f t s o f d m 在傳統(tǒng)o f d m 傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上采用頻域處理的數(shù)據(jù)擴(kuò)展方式 即在傳統(tǒng)的 o f d m f d m a 多址接入上預(yù)先通過一個(gè)用戶子載波數(shù)目大小的d f t 擴(kuò)展模塊 4 該技術(shù)具有與單載波 傳輸相接近的峰均比性能 并且能夠靈活的分配不同用戶占用的子載波 滿足上行鏈路的要求 采用頻 域均衡的接收機(jī)可以獲得較好的鏈路性能p j d f t s o f i m 技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)有 1 傳輸信號(hào)時(shí) 符號(hào)能量分布在整個(gè)傳輸頻帶 因此獲得比o f d m 系統(tǒng)相低的峰均比性能 2 比i f d m a i n t e r l e a v e df r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 更有效的頻譜利用率 3 提供了較方便的頻域資源分配方式 并能通過頻分復(fù)用保證小區(qū)內(nèi)的正交性 4 和使用中的o f d m a 接入技術(shù)相同的系統(tǒng)參數(shù) 比如子載波間隔 最大采樣頻率等 因此 d f t s o f d m 技術(shù)成為3 g p p 組織近期提出的e v o l v e du t r a 物理層接入上行鏈路中的較有競(jìng) 爭(zhēng)力的傳輸技術(shù)州 目前對(duì)d f t s 旬f d m 上行鏈路物理層的研究大多集中在以下幾個(gè)方面 2 第一章緒論 1 上行參考符號(hào)設(shè)計(jì) 上行參考符號(hào)位于兩個(gè)s c f d m a 短塊中 用于n o d e b 的信道估計(jì)和信道質(zhì)量 c q d 估計(jì) 參考符 號(hào)的設(shè)計(jì)需要滿足兩種s c f d m a 傳輸一局部式 l o c a l i z e d s c f d m a 和分布式 d i s l r i b u t e d s c f d m a 的需要 由于s c f d m a 短塊的長度僅為長塊的一半 s c f d m a 參考符號(hào)的子載波寬度為數(shù)據(jù)子載波寬 度的2 倍 與下行相似 上行參考符號(hào)也可能采用正交設(shè)計(jì) 以支持多個(gè)m i m o 天線之間 多個(gè)u e 之間 的參考符號(hào)區(qū)分 上行正交參考符號(hào)也可以用f d m t d m c d m 或上述方法的混合方法實(shí)現(xiàn) 其中c d m 方法通過一個(gè)c a z a c 序列的不同循環(huán)位移樣本實(shí)現(xiàn) 2 調(diào)制和編碼 l t e 下行主要采用o p s k 1 6 q a m 6 4 q a m 三種調(diào)制方式 上行主要采用位移b p s k p 2 s h i f tb p s k 用于進(jìn)一步降低d f t s o f d m 的p a p r q p s k 8 p s k 和1 6 q a m 另一個(gè)正在考慮的降p a p r 技術(shù)是頻 域?yàn)V波 s p e c t r u ms h a p i n g 另外也已明確 立方度量 c u b i cm e t r i c 是比p a p r 更準(zhǔn)確的衡量對(duì)功 放非線性影響的指標(biāo) 在信道編碼方面 l t e 主要考慮t l l r b 0 碼 但如果能獲得明顯的增益 也將考慮其 他編碼方式 如l d p c 碼 為了實(shí)現(xiàn)更高的處理增益 還可以考慮以重復(fù)編碼作為f e c 前向糾錯(cuò) 碼 的補(bǔ)充 3 上行m 衛(wèi)m 0 和發(fā)射分集 上行m o 的基本配置是2 2 天線 正在考慮發(fā)射分集 包括c s d 和空時(shí) 頻塊碼 s d m 和預(yù)編 碼等技術(shù) 同時(shí) l t e 也正在考慮采用更多天線的可能性 考慮到某些雙天線u e 可能只有一套射頻發(fā)射 系統(tǒng) l t e 也正在考慮天線選擇技術(shù) 上行m i m o 還將采用一種特殊的m u m m o s d m a 技術(shù) 即 上行的m u m o 也即已被w i m a x 采用的虛擬 正卟廈o 技術(shù) 此項(xiàng)技術(shù)可以動(dòng)態(tài)的將兩個(gè)單天線發(fā)送 的u e 配成一對(duì) 進(jìn)行虛擬的m i m o 發(fā)送 這樣2 個(gè)m i m o 信道具有較好正交性的u e 可以共享相同的時(shí) 頻資源 從而提高上行系統(tǒng)的容量 這項(xiàng)技術(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的影響 主要是需要u e 發(fā)送相互正交的參考符 號(hào) 以支持m i m o 信道估計(jì) 此外還包括 上行鏈路自適應(yīng)技術(shù) 異步地 r q 或自適應(yīng)h a r q 功率控制 上行隨機(jī)接入 非同步 隨機(jī)接入和同步隨機(jī)接入 同步問題 切換等主要研究問題 1 3 跨層技術(shù)及其發(fā)展 傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)廣泛采用開放系統(tǒng)互連 o s i 分層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想 包括物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 傳 輸層和應(yīng)用層等 該模型采用分層結(jié)構(gòu) 各層都獨(dú)立設(shè)計(jì)和工作 層間接口也是靜態(tài)的 網(wǎng)絡(luò)各層的限 制與應(yīng)用無關(guān) 該模式極大地簡化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 并具有很好的魯棒性 在設(shè)計(jì)協(xié)議棧時(shí) 假設(shè)其在通信 條件最為惡劣的情況下進(jìn)行工作 在無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域 新興的網(wǎng)絡(luò)必須支持各式各樣不斷變化的業(yè)務(wù)類型及其服務(wù)質(zhì)量 q o s 要求 并 支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化 由于無線通信環(huán)境具有快速變化的特性 而基于分層結(jié)構(gòu)的協(xié)議棧只能在相 鄰的層之間以固定的方式進(jìn)行通信 現(xiàn)有的協(xié)議棧就無法靈活地適應(yīng)無線移動(dòng)環(huán)境的變化 從而使得在 協(xié)議棧無法對(duì)有限的頻譜資源以及功率進(jìn)行有效的利用1 7 為了解決這個(gè)問題 人們提出跨層反饋機(jī)制 即通過在協(xié)議棧的各層之間傳遞特定的消息來協(xié)調(diào)協(xié) 議棧各層之間的工作過程 使之與無線通信環(huán)境相適應(yīng) 從而使系統(tǒng)能夠滿足各種業(yè)務(wù)的不同需求 8 9 3 東南大學(xué)碩士論文 跨層設(shè)計(jì)思想將分散在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)子層的特性參數(shù)協(xié)調(diào)融合 以提升整體網(wǎng)絡(luò)的性能 提高通信協(xié)議的效 率 降低設(shè)備功耗 提高頻率利用率 它強(qiáng)調(diào)在研究各網(wǎng)絡(luò) 各層性能優(yōu)化時(shí) 更要關(guān)注物理層 鏈路 層或網(wǎng)絡(luò)層以及上層之間的互相協(xié)調(diào)配合對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響 其核心就是使協(xié)議棧能夠根據(jù)無線信道的 變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的自適應(yīng)優(yōu)化配置 例如 鏈路控制層及媒體接入控制層利用物理層的信道特征來調(diào) 整數(shù)據(jù)的發(fā)送方式 跨層反饋機(jī)制的示意圖如下 業(yè)務(wù) q o s 鏈路狀 信道信 應(yīng)用層 傳輸層一 網(wǎng)絡(luò)層 鏈路層 物理層 信道信息 信號(hào)處理 技術(shù) 圖1 i 跨層反饋機(jī)制示意圖 跨層設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了當(dāng)今無線通信研究的熱點(diǎn)技術(shù) 文獻(xiàn) l o 提出了一種跨層策略 它根據(jù)信道狀態(tài) 和應(yīng)用層需求信息來實(shí)現(xiàn)吞吐量 穩(wěn)定性和時(shí)延的折中 從而提高分級(jí)視頻傳輸?shù)聂敯粜院陀行?文 獻(xiàn)i l l 在單載波系統(tǒng)中 將物理層的自適應(yīng)調(diào)制和卷積編碼與數(shù)據(jù)鏈路層的自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)協(xié)議結(jié)合 在保 證時(shí)延和性能的情況下 物理層選擇合適的a m c 組合 從而在保持所需性能的基礎(chǔ)上 使數(shù)據(jù)的頻譜 利用率最大 文獻(xiàn) 1 2 則把這種思想與空時(shí)碼結(jié)合應(yīng)用于m i m o 系統(tǒng)中 文獻(xiàn) 1 3 則將研究的重點(diǎn)放在 m i m o 系統(tǒng)中的跨層無線資源分配和保障q o s 上 為了提高網(wǎng)絡(luò)尤其是t c p 的整體性能 文獻(xiàn) 1 4 1 提出 了兩種跨層反饋機(jī)制 一種方法是將用戶反饋加到協(xié)議棧中 從而可以動(dòng)態(tài)控制移動(dòng)主機(jī)上應(yīng)用的t c p 吞吐量 另一種方法是利用低層的連接和斷開信息 此外 在移動(dòng)a dh o c 和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 跨層 設(shè)計(jì)也獲得了相當(dāng)大的應(yīng)用 1 5 1 6 1 刀 1 4 論文的主要工作及結(jié)構(gòu) d f t s o f d m 是基于o f d m 的一種改進(jìn)技術(shù) 吸取了o f d m 和s c f d e 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 它從一提出 來就備受關(guān)注 已經(jīng)成為了長期演進(jìn)計(jì)劃 l t e 中上行鏈路的重要傳輸方案 而跨層自適應(yīng)傳輸技術(shù) 適應(yīng)未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的高頻譜利用率和q o s 是很有前景的一種傳輸技術(shù) 本論文將跨層自適應(yīng)傳輸技術(shù)應(yīng)用于m i m od f t s o f d m 系統(tǒng) 主要從傳統(tǒng)物理層自適應(yīng)技術(shù)和 鏈路層的自動(dòng)請(qǐng)求重傳協(xié)議入手 研究了物理層與鏈路層之間的跨層自適應(yīng) 文中詳細(xì)討論了m i m o d f t s o f d m 系統(tǒng)并將跨層自適應(yīng)算法應(yīng)用在系統(tǒng)中 并對(duì)其性能進(jìn)行了分析 在衰落信道中進(jìn)行了大 量的仿真 將跨層算法和傳統(tǒng)的物理層自適應(yīng)算法以及固定調(diào)制算法進(jìn)行了對(duì)比 通過對(duì)比可以看出 跨層算法可以使得系統(tǒng)可以利用有限的延時(shí)和存儲(chǔ)代價(jià)在滿足系統(tǒng)差錯(cuò)率要求的前提下最大限度地提 高頻譜利用率 同時(shí) 本文還研究了d f t s o f d m 系統(tǒng)的最優(yōu)的頻域成型 可以使其在誤碼率性能和 4 第一章緒論 峰均比性能方面均達(dá)到最優(yōu) 論文的結(jié)構(gòu)安排如下 第一章為緒論 從現(xiàn)代移動(dòng)通信的技術(shù)背景出發(fā) 介紹了d f r s 旬f d m 技術(shù)和跨層設(shè)計(jì)的基本概念 和研究現(xiàn)狀 第二章是對(duì)無線信道和d f t s o f d m 系統(tǒng)的一個(gè)概述 首先介紹了無線信道的主要特點(diǎn)并對(duì)無線 信道進(jìn)行建模 然后討論了d f t s o f d m 系統(tǒng)的模型和基本原理 并著重討論了d f t s o f d m 系統(tǒng) 的頻域均衡技術(shù)和峰值均值功率比性能 第三章研究了加入頻域?yàn)V波的d f t s o f d m 系統(tǒng)以及最優(yōu)的頻域成型方法 首先推導(dǎo)出無碼間干擾 和接收機(jī)最大輸出信噪比條件下發(fā)送頻域成型函數(shù)及接收頻域成型函數(shù)所要滿足的條件 然后根據(jù)此條 件來設(shè)計(jì)頻域?yàn)V波器 并給出了仿真 從仿真結(jié)果可以看到 頻域成型方法不僅對(duì)系統(tǒng)有無碼間干擾的 特性和抗噪聲性能有重要影響 而且對(duì)發(fā)送信號(hào)的峰均比也有重要影響 第四章介紹了跨層設(shè)計(jì)以及其相關(guān)技術(shù) 首先介紹了跨層反饋機(jī)制的基本原理 然后討論了鏈路層 自適應(yīng)技術(shù) 分析了自適應(yīng)調(diào)制編碼o 蝴c 系統(tǒng)中的相關(guān)技術(shù) 如判決準(zhǔn)則 判決門限的獲得等 最后 介紹了鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù) 第五章介紹了m i m od f t s o m m 系統(tǒng)及其跨層設(shè)計(jì) 首先介紹了m m od f t s d m m 系統(tǒng) 然后 在未編碼系統(tǒng)和編碼系統(tǒng)中運(yùn)用跨層聯(lián)合優(yōu)化算法 并在r a y l e i g h 衰落信道中做了大量的仿真 我們著重 分析了未編碼系統(tǒng)中跨層算法的性能 并與傳統(tǒng)物理層自適應(yīng)算法和固定調(diào)制算法進(jìn)行對(duì)比 可以看到 跨層算法可以提高系統(tǒng)的頻譜利用率 第六章是對(duì)論文所做工作的總結(jié) 并且對(duì)進(jìn)一步的研究工作提出建議 5 第二章無線信道模型和d f t s o f d m 系統(tǒng) 第二章無線信道模型和d f t s o f d m 系統(tǒng) 2 1移動(dòng)信道 移動(dòng)信道屬于無線信道 它既不同于傳統(tǒng)的固定有線信道 也與一般具有可移動(dòng)功能的無線接入的 無線信道有所區(qū)別 它是移動(dòng)的動(dòng)態(tài)信道 取決于用戶所在地環(huán)境條件的客觀存在 其信道參數(shù)是時(shí)變 的 在利用這類復(fù)雜的移動(dòng)信道進(jìn)行通信時(shí) 我們就要分析和掌握信道的基本特點(diǎn)和實(shí)質(zhì) 并對(duì)移動(dòng)信 道進(jìn)行數(shù)學(xué)建模 2 1 1 移動(dòng)無線信道特性 無線通信信號(hào)主要是通過電磁波傳播的 電磁波傳播的機(jī)理總體上可以分為反射 繞射和散射 無 線電信號(hào)通過無線信道時(shí)所受到的衰減損害總的來說可以分為三種類型 路徑損耗 陰影衰落 慢衰落 和小尺度衰落 無線電信號(hào)通過無線信道后的總的衰減為上述三種衰減效應(yīng)的綜合作用 具體描述如下 1 路徑損耗 無線電波在自由空間內(nèi)傳播 其信號(hào)功率會(huì)隨著傳播距離的增加而減小 這種損耗一般用平均路徑 損耗來衡量 它是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)間距離的函數(shù) 平均路徑損耗與距離的關(guān)系如下 瓦 d 一其中瓦表 示平均路徑損耗 d 為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離 n 稱為路徑損耗指數(shù) 根據(jù)不同的環(huán)境 r 在2 至r j 6 之間取值 2 慢衰落 當(dāng)電磁波在空間傳播受到地形起伏 高大建筑物的阻擋 在這些障礙物后面會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的陰影 造成場(chǎng)強(qiáng)中值的變化 從而引起衰落 被稱作慢衰落 慢衰落由地形或建筑物的陰影效應(yīng)造成 其表現(xiàn) 為接收信號(hào)功率的緩慢變化 研究表明 陰影衰落服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布 對(duì)數(shù)正態(tài)分布的概率密度函數(shù)為 p p f x 2 艫 2 1 其中 x 是一個(gè)隨機(jī)變量 表示陰影衰落的值 單位為d b p 和仃分別為x 的均值和標(biāo)準(zhǔn)差 單 位均為 m 3 多徑衰落 又稱快衰落 用尺 孑 表示 這是由于移動(dòng)傳播環(huán)境的多徑傳輸引起的衰落 它描 述的是在中等小尺度范圍內(nèi) 接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的瞬時(shí)值呈現(xiàn)快速變化的特征 其衰落特性一般符合瑞利分 布 主要是由接收端周圍物體產(chǎn)生的反射波相疊加引起的 7 東南大學(xué)碩士論文 曼 霄 中 顰 炬商 艨 圖2 1 某一衰落信號(hào)的路徑損失 慢衰落與快衰落 圖2 1 給出了某一衰落信號(hào)的路徑損失 慢衰落和快衰落的示意圖 從移動(dòng)通信系統(tǒng)工程的角度看 傳播損耗和陰影衰落主要影響到無線區(qū)的覆蓋 而多徑衰落則嚴(yán)重影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量 必須采用抗衰 落技術(shù)來減少其影響 要研究這些技術(shù) 首要工作便是了解無線信道對(duì)于數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠绊?并在此 基礎(chǔ)上研究信道的統(tǒng)計(jì)特性 建立合適的隨機(jī)信道模型 無線信道對(duì)于數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠绊懼饕?1 多徑時(shí)延擴(kuò)展和相干帶寬 多徑傳播信道中由于反射及反射物的存在導(dǎo)致發(fā)射波到達(dá)接收機(jī)時(shí)形成在時(shí)間 空間上相互區(qū)別的 多個(gè)無線電波 不同的多徑成分具有的隨機(jī)相位和幅度引起信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng) 導(dǎo)致小尺度衰落 信號(hào)失真 等現(xiàn)象 多徑傳播常常延長信號(hào)基帶部分到達(dá)接收機(jī)所用時(shí)間 并產(chǎn)生碼間干擾引起信號(hào)模糊 多徑信 道的沖激響應(yīng)可以表示為 h t f 以 f 弦 f k 2 2 l 其中a m 為狄拉克函數(shù) t 為第k 徑的延遲時(shí)間 由于載體的移動(dòng)性 k k t 為各徑相互獨(dú)立的 均值為零的廣義平穩(wěn)窄帶高斯復(fù)過程 假設(shè)對(duì)各徑功率的和進(jìn)行了歸一化處理即 e 嚏 f 1 2 l 2 3 i 并認(rèn)為 f 具有經(jīng)典多普勒譜 其譜密度為 p t f 其中紅 f 為最大多普勒頻移 同時(shí)氣 f 的自相關(guān)函數(shù)r 0 可以表示為 8 2 4 第二章無線信道模型和d f t s o f d m 系統(tǒng) r f e 吃 f f f q 2 j o 2 7 r f s r 2 5 其中吼2 4 紅 叫2 為第七徑功率 為第一類零階貝塞爾函數(shù) 若移動(dòng)無線信道在比發(fā)射信號(hào)帶寬大得多的帶寬內(nèi)具有不變的增益和線性相位 則接收信號(hào)將發(fā)生 平坦衰落 設(shè)定相干帶寬為慝 發(fā)射信號(hào)帶寬為忍則當(dāng)忍 忍時(shí) 我們可以認(rèn)為接收信號(hào)是平坦衰落 的 當(dāng)最 皿時(shí) 則接收信號(hào)為頻率選擇性衰落 2 多譜勒擴(kuò)展和相干時(shí)間 時(shí)變特性或是由移動(dòng)臺(tái)相對(duì)于基站移動(dòng)引起的 或是由信道路徑中物體的運(yùn)動(dòng)引起的 當(dāng)發(fā)射機(jī)與 接收機(jī)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) 接收信號(hào)的頻率會(huì)發(fā)生變化 稱為多普勒 d o p p l e r 效應(yīng) 其值取決于兩者相對(duì) 運(yùn)動(dòng)的速度 多譜勒擴(kuò)展和相干時(shí)間就是描述小尺度內(nèi)信道時(shí)變特征的兩個(gè)參數(shù) 多譜勒擴(kuò)展島是譜 展寬的測(cè)量值 被定義為一個(gè)頻率范圍 其頻率偏移可寫作 石 f o v o o s c p 2 6 f 其中 五為接收端檢測(cè)到的發(fā)射機(jī)頻率的變化量 五是發(fā)射機(jī)的載波頻率 i 是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之 間的相對(duì)速度 c 為光速 9 為移動(dòng)方向與電波入射方向的夾角 多普勒擴(kuò)展描述了無線信道的時(shí)變性 所引起的接收信號(hào)的頻譜展寬稱度 即當(dāng)發(fā)送一個(gè)頻率為兀的信號(hào)時(shí) 接收信號(hào)頻譜分量包含 一 l f d 相干時(shí)間是多譜勒擴(kuò)展在時(shí)域的表示 用于在時(shí)域描述信道頻率色散的時(shí)變特性 它與多譜勒頻移 成反比 信道相干時(shí)間越大 信道變化越慢 信道相干時(shí)間越小 信道變化越快 因此信號(hào)參數(shù)與信道參 數(shù)決定了不同的發(fā)送信號(hào)將經(jīng)歷不同類型的衰落 2 1 2 移動(dòng)信道建模 接收信號(hào)是具有不同幅值 不同相位的多條路徑的疊加 如果各條路徑信號(hào)的幅值和到達(dá)接收天線 的方向角是隨機(jī)的且滿足統(tǒng)計(jì)獨(dú)立 則由中心極限定理可知 接收信號(hào)可以看成是兩個(gè)相互獨(dú)立的零均 值高斯隨機(jī)過程的疊加 r t i f 兒 f 2 7 其包絡(luò)為 月 i t 2 f 乞2 p 2 8 則r t 的概率密度函數(shù)服從瑞利 r a y l e i g h 分布 c 小產(chǎn)既 參工氣 9 東南大學(xué)碩士論文 其中盯2 表示接收信號(hào)包絡(luò)的平均功率 r a y l e i g h 分布是常見的用于描述平坦衰落信號(hào)或獨(dú)立多徑分量接收包絡(luò)統(tǒng)計(jì)時(shí)變特性的一個(gè)分布類 型 接收信號(hào)包絡(luò)不超過特定值的累計(jì)分布函數(shù)為 s 兒姐 s 了 d a 1 e x p 蠆叫2 2 2 1 如果發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的多徑傳播中存在一個(gè)主要的靜態(tài)信號(hào)分量 還存在視距傳播路徑 則接 收信號(hào)的包絡(luò)服從萊斯 r i c e 分布 其概率密度函數(shù)為 一 崇州一警0 爭(zhēng)隊(duì)揣圳 l 7 其中d 表示主信號(hào)幅度的峰值 厶 表示第一類 階修正貝塞爾函數(shù) r i c e 分布也稱廣義r a y l e i g h 分布 其概率密度函數(shù)常用參數(shù)k 來描述 r i c e 因子k 被定義為主信號(hào)的功率a 2 2 與多徑分量的方差 盯2 的比值 或者可以表示為k 翹 10 1 0 9 參船 e 撒e t r i c e 分布 在保持信號(hào)功率不變的情況 下 當(dāng)彳一 0 k 一 一 d b r i c e 分布轉(zhuǎn)為r a y l e i g h 分布 當(dāng)k 一 d b r i c e 分布轉(zhuǎn)變g a u s s 分 信道轉(zhuǎn)變?yōu)閍 w g n 信道 瑞利分布和萊斯分布都是在一定的假設(shè)條件用數(shù)學(xué)方法得到的 但是某些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并不能與之匹 配 一般來說 對(duì)于更一般的衰落分布 我們稱為s a l a g a m i 分布 腫沖 署 磊唧 一m 妒 其中q e 2 為平均功率 m 為n a k a g a m i 衰落參數(shù) 腳 r 則表示伽馬函數(shù) 衰落參數(shù) 肌取不同值時(shí) n a k a g a m i 分布也對(duì)應(yīng)這不同的衰落 當(dāng)肌 1 n a k a g a m i 分布就成為瑞利分布 當(dāng) 肌 k 1 2 2 k 1 則其分布就變?yōu)閰?shù)為k 的萊斯分布 當(dāng)m o o 時(shí) 就得到a w g n 信道 2 2 d f t s o f d m 技術(shù)原理 d f r s o f d m 在傳統(tǒng)o f d m 傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上采用頻域處理的數(shù)據(jù)擴(kuò)展方式 即在傳統(tǒng)的 o f d m 印m a 多址接入上預(yù)先通過一個(gè)用戶子載波數(shù)目大小的d f r 擴(kuò)展模塊 1 刀 該技術(shù)具有與單波傳輸 相接近的峰均比性能 并且能夠靈活的分配不同用戶占用的子載波 滿足上行鏈路的要求 用頻域均衡 的接收機(jī)可以獲得較好的鏈路性能 d f t s o f d m 技術(shù)是3 g p p 組織近期提出的e v o l v e du t r a 物理 層接入上行鏈路中的較有競(jìng)爭(zhēng)力的傳輸技術(shù) 4 5 其系統(tǒng)框圖如2 2 所示 1 0 第二章無線信道模型和d f t s o f d m 系統(tǒng) 強(qiáng)蓁 柑蓁 if 子 fr 1 載 f l 波 ti f 映 h 射 頻 域 均 衡 f f t 并 串 加循 環(huán)前 綴 去循 環(huán)前 綴 串 并 d a 上變 頻 下變 頻 a d 圖2 2d f t s o f d m 的系統(tǒng)框圖 由上圖我們可以得知 二進(jìn)制數(shù)據(jù)首先進(jìn)行信道編碼 調(diào)制 串并轉(zhuǎn)換 然后進(jìn)行f i t 處理由時(shí)域 轉(zhuǎn)換到頻域 映射到各自占用的子載波上 經(jīng)過i f f t 變換后又轉(zhuǎn)化為時(shí)域信號(hào) 再經(jīng)過并串轉(zhuǎn)化 加 循環(huán)前綴過程 數(shù) 模轉(zhuǎn)換后送入射頻單元發(fā)送 信號(hào)經(jīng)過時(shí)變衰落信道后 進(jìn)入接收端 在接收機(jī)端 系統(tǒng)先通過正f t 將信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域 然后用頻域均衡器對(duì)每個(gè)用戶的信號(hào)進(jìn)行均衡 在發(fā)射機(jī)端須插 入c p 以實(shí)現(xiàn)頻域均衡 最后通過d f t 解擴(kuò)展恢復(fù)用戶數(shù)據(jù) 我們可以發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)特點(diǎn) 發(fā)送端發(fā)送的時(shí)域信號(hào) 在經(jīng)過兀t 和i f f t 的變換后 又被轉(zhuǎn)換成 了時(shí)域信號(hào) 和單載波系統(tǒng)相同 這樣p a p r 就被大大降低了 由于在這個(gè)系統(tǒng)中 每個(gè)用戶的發(fā)送 信號(hào)波形類似于單載波 也有人將其看作一種單載波技術(shù) 2 2 1 發(fā)送端模型 由轷 m n 加 子 并 用戶數(shù)據(jù)并 點(diǎn) 載 點(diǎn) 循 串 變 f 波 i 環(huán) f 映 f 前 變 f m 1 f 綴 換 換 瑚磊b t 射 t 圖2 3 發(fā)送端框圖 圖2 3 給出了比較詳細(xì)的上行鏈路d f t s o f d m 發(fā)送端的結(jié)構(gòu)框圖 用戶產(chǎn)生的二進(jìn)制信息通過串 并交換送到調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制 此處根據(jù)信道的信息以及用戶信息來自適應(yīng)的進(jìn)行調(diào)制方式的選擇 從而 取得更好的系統(tǒng)容量與性能 設(shè)第k 個(gè)符號(hào)經(jīng)過調(diào)制后得到的m 個(gè)符號(hào)為 s n 七 i s 0 七 s 1 七 s f l j j r 2 1 3 對(duì)其做m 點(diǎn)的f f r 可得到 東南大學(xué)碩士論文 x o 七 x 1 j i x c m 一1 七 根據(jù)子載波映射的方式不同 d f t s o f d m 也具有兩種模式 局部式和分布式 如下圖所示 f r o m d f t c t o i f f t f r o m d f t t o i f f t 圖2 4 子載波映射方式 局部式 左 和分布式 右 在用戶占用的子載波上映射x k 所對(duì)應(yīng)的子載波分別為乇 t 0 一 其余子載波補(bǔ)0 變?yōu)?川 后 0 1 n 則映射后的子載波的數(shù)據(jù)可以表示為 2 1 4 川瑚 鏟 紫k l t k j 2 5 再做n 點(diǎn)的i f f t 轉(zhuǎn)換為時(shí)域信息 表達(dá)式可以寫為 n 七 去i 簍v 七弘 等一 2 6 o 七 u 1 七 一1 七 r 我們來分析分布式映射中信號(hào)所占子載波均勻的分布在整個(gè)帶寬上時(shí)的情況 此時(shí)應(yīng)該滿足以下條 被映射后對(duì)應(yīng)的子載波為 將v 七 代入可得 n p m 2 1 7 姒護(hù)卜爭(zhēng)瑚扛加以 肛1 p 0 p s e 2 1 8 1 2 耐 堅(jiān)m 一 l 療 l s 腳 j 七 u x 第二章無線信道模型和d f t s o f d m 系統(tǒng) 缸 刀 專美v p m p k 等 舯 專薹1 v f 七弦 等州 擊箋咖膿倍 州眨 萬1 百1m 毳 ix 聊 七聲 窖 齋叩 專x nm o d 螄 爭(zhēng) 由上式可以看出 從發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)u n 七 y 0 1 n 1 可以看做是調(diào)制后的信號(hào) x 7 j 0 1 m 1 重復(fù)串行后 再乘以旋轉(zhuǎn)因子所得 因此 當(dāng)信號(hào)所占子載波均勻的分布 在整個(gè)帶寬上時(shí) d f t s o f d m 的信號(hào)特性與單載波的信號(hào)特性一致 2 2 2 接收端模型 接收端的結(jié)構(gòu)可參照?qǐng)D2 2 接收端采用頻域均衡技術(shù) 并且假定已經(jīng)達(dá)到了理想同步并且已經(jīng)消 除了載波的頻偏影響 基站首先要接收多個(gè)用戶的信息 把接收到的射頻信號(hào)經(jīng)過下變頻變?yōu)榛鶐盘?hào) 做模數(shù)變換 考慮到信道的時(shí)變性 則接收到的第k 個(gè)符號(hào)為 1 9 置n 1 行 t 歷 z j e j 2 露 咒 玎 2 2 0 k l m o 其中置 代表第七個(gè)用戶第j 個(gè)符號(hào)的朋子載波上的數(shù)據(jù)值 蓯 j 代表第后個(gè) 用戶第個(gè) 符號(hào)的r r l 子載波上的信道頻域值 可以表示為 k 芝批刀 2 u i e j 萬舢z 0 艫 刀 2 2 1 其中辦 是信道增益 甜 是方差為 o 的白高斯噪聲 去掉循環(huán)前綴并做h 可變換后變?yōu)轭l 域的值 表達(dá)式可寫為 n i一 堅(jiān)刪 w j 玎 y 叫萬 2 2 2 w o 耽w 1 耽 w n 1 明 每個(gè)用戶提取出自己占用子載波上的數(shù)據(jù) 根據(jù)信道估計(jì)所得信道響應(yīng)做單載波頻域均衡 星座圖 解映射得到用戶信息設(shè)為y 做i f f r 變?yōu)闀r(shí)域信息 表達(dá)式為 上n 字m o y m z e 一 等腳 1 3 東南大學(xué)碩士論文 再經(jīng)過信息解調(diào)和信道解碼后得到用戶信息 2 2 3 d f t s o f d m 系統(tǒng)的頻域均衡技術(shù) 在經(jīng)過衰落信道后 接收信號(hào)都將成為頻率選擇性信號(hào) 如果用戶所占用的子載波上的信道不是常 值的話 就需要均衡器來恢復(fù)信號(hào) 而使用頻域均衡的單載波傳輸方式 在性能 效率和較低的信號(hào)處 理復(fù)雜度方面與o f d m 非常接近拉引 頻域均衡的基本思想是對(duì)頻域的每個(gè)子信道的頻率響應(yīng)場(chǎng)作出估 計(jì) 然后在每個(gè)子信道乘以系數(shù)嘸來補(bǔ)償信道衰落 由于l t e 上行鏈路采用的d f t s o f d m 技術(shù)本質(zhì) 上是一種單載波的調(diào)制技術(shù) 所以在接收端的n 叮和i f f t 模塊間使用頻域均衡技術(shù)是一種必然選擇 頻域均衡器的結(jié)構(gòu)如圖2 5 所示 剖 w 降 r n 叫w 卜 n 點(diǎn) m 點(diǎn) f f t 下t 叫 圖2 5 頻域均衡器的結(jié)構(gòu)圖 設(shè)發(fā)射端映射后的發(fā)送碼元為巳 每m 個(gè) 組成一個(gè)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊 信道沖擊響應(yīng)為丸 則每個(gè) 接收到的數(shù)據(jù)符號(hào)可以表示為 o 吃 刀 0 1 m 一1 2 2 4 假設(shè)發(fā)送信號(hào) 的平均功率是p 式中 為方差為仃2 的加性高斯白噪聲 o 為卷積符號(hào) 經(jīng)過 f i 嚇變換后 頻域表示為 r 彳i 吼 k 七 o l 必一l 2 2 5 峨是信道的頻率響應(yīng) 假設(shè)同步和