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双选择性衰落信道下FBMC-OQAM技术研究

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双选择性衰落信道下FBMC-OQAM技术研究

作者：李文山桂林电子科技大学

学位级别：硕士

与传统的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)多载波系统相比,偏移正交幅度调制的滤波器组多载波(Filter Bank Multi Carrier with Off-set Quadrature Amplitude Modulation,FBMC-OQAM)系统具有更高的频谱利用率和一定的抗频偏能力,因此受到越来越多的关注。在双选择性衰落信道下,频率选择性衰落和时间选择性衰落使得FBMC-OQAM的固有虚部干扰被串扰为复数干扰,产生严重的符号间干扰(Inter Symbol Interference,ISI)和子载波间干扰(Inter Carrier Interference,ICI),使得FBMC-OQAM系统性能恶化。本文研究了双选择性衰落信道下FBMC-OQAM系统信号检测方法,探索了利用信号处理方法提高FBMC-OQAM系统性能的可行方案,主要工作和贡献有:1、提出一种FBMC-OQAM过采样干扰消除方法。通过对FBMC-OQAM接收端信号过采样,以改变接收信号中干扰的分布,获得更好的信干噪比(Signal to Interference and Noise Ratio,SINR)采样点,进而通过检测算法最小化或消除干扰,实现抑制双选信道下接收端严重的ICI和ISI的目的。此外,考虑到FBMC-OQAM系统的ICI主要来自于相邻子载波,提出一种低复杂度过采样信号接收机,该接收机能够有效降低检测运算复杂度。仿真结果表明提出方案在双选信道下能够有效消除接收端ISI和ICI。2、提出一种FBMC-OQAM共轭过采样系统。该系统在发射端采用共轭调制方式调制信息,在接收端对共轭信号过采样,通过检测算法最小化干扰完成检测,然后对检测后的共轭信号线性合并,实现了对双选信道和系统固有虚部干扰带来的ISI和ICI的消减。并提出一种子块MMSE共轭过采样信号接收机,用来降低信号检测运算复杂度。仿真结果表明在相对移动速度为300km/h和600km/h下,提出的FBMC-OQAM共轭过采样系统的性能比FBMC-OQAM过采样方案在BER为-410时分别提升了约9d B和11d B。3、提出一种基于深度学习分类技术的FBMC-OQAM共轭信号检测方案。首先自制星座点冗余实数数据集,接着以星座点分类的方式训练神经网络模型,然后用最优网络模型对FBMC-OQAM共轭信号进行检测,并直接恢复出发送端原始数字符号。该检测方案中,网络模型能够学习到OQAM后处理和共轭信号合并的所有操作原理,进而以深度学习的方式实现了FBMC-OQAM共轭系统的干扰消除和线性合并分集。测试结果表明该方案提升了系统综合检测性能。

关键词：双选信道 FBMC-OQAM 过采样共轭深度学习

一种降低PCSI反馈速率的自适应SC-FDE方案

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北京大学学报（自然科学版） 2011年第1期47卷 23-28页

作者：王武军许文龙尚勇梁庆林北京大学信息科学技术学院北京100871 北京理工大学信息与电子学院北京100081

针对自适应单载波频域均衡的部分信道状态信息(PCSI)反馈速率过大问题,基于恒定速率自适应单载波频域均衡模型,提出一种降低PCSI反馈速率的自适应单载波频域均衡(FR-ASC-FDE)方案,得到了确定PCSI反馈间隔的归一化反馈因子判据,并针对不... 详细信息

针对自适应单载波频域均衡的部分信道状态信息(PCSI)反馈速率过大问题,基于恒定速率自适应单载波频域均衡模型,提出一种降低PCSI反馈速率的自适应单载波频域均衡(FR-ASC-FDE)方案,得到了确定PCSI反馈间隔的归一化反馈因子判据,并针对不同城市应用环境给出了该方案的PCSI反馈设计。研究和仿真表明,所提出的FR-ASC-FDE在保证良好的误比特性能前提下,针对不同衰落速度的双选信道环境,均显著降低了PCSI反馈速率。

关键词：单载波频域均衡部分信道状态信息双选信道相关时间一阶自回归

高速移动场景下OFDM系统的联合信道频响估计和数据检测算法

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自动化与信息工程 2015年第3期36卷 28-31页

作者：徐珙揭阳职业技术学院

提出一种高速移动场景下OFDM系统的联合信道频响矩阵(CFR)估计和数据检测算法。使用CFR矩阵的MMSE近似模型减少未知参数量,并提出基于EM算法的迭代算法,求解联合CFR矩阵估计和数据检测问题。计算机仿真表明:该算法可以在较少的迭代次数... 详细信息

提出一种高速移动场景下OFDM系统的联合信道频响矩阵(CFR)估计和数据检测算法。使用CFR矩阵的MMSE近似模型减少未知参数量,并提出基于EM算法的迭代算法,求解联合CFR矩阵估计和数据检测问题。计算机仿真表明:该算法可以在较少的迭代次数下收敛,并且检测误比特率接近接收端已知理想信道状态的情况。

关键词： OFDM 双选信道信道估计数据检测

OFDM系统中的载波干扰抑制技术研究与仿真

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OFDM系统中的载波干扰抑制技术研究与仿真

作者：张剑电子科技大学

学位级别：硕士

正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术由于具有抗多径衰落、频谱利用率高以及易于和多输入多输出（Multiple input multipleoutput，MIMO）技术相结合等优点，被广泛应用于数字音频广播，数字电视广... 详细信息

正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术由于具有抗多径衰落、频谱利用率高以及易于和多输入多输出（Multiple input multipleoutput，MIMO）技术相结合等优点，被广泛应用于数字音频广播，数字电视广播，移动广播通信等无线通信系统中。3GPP的长期演进（Long Term Evolution，LTE）选定OFDM作为下行的基本传输技术，OFDM已经成为从超3代移动通信（Beyond3rd generation，B3G）向第4代移动通信（4th generation，4G）过渡的关键技术。然而，OFDM技术自身存在着一些问题，其中一个就是它的性能对载波频率偏移十分敏感，这是由于OFDM采用多个互相重叠且正交的子载波来发送信号所致。频率偏移会破坏子载波之间的正交性，造成子载波之间的干扰（Inter-CarrierInterference，ICI）。频偏主要来自多普勒扩展以及收发两端不稳定的晶振抖动。其中，较大的多普勒扩展会让信道具有时变性，由于信道本身具有多径效应，则生成了所谓的双选信道。双选信道引起的ICI会严重降低系统传输性能。因此，研究消除子载波干扰以提高性能的算法就显得十分有必要。由收发端的晶振抖动造成的频偏只需要在接收信号乘以一个相位旋转因子就能够消除，这里主要讨论由多普勒扩展引起的干扰的消除方法。第一章介绍了多载波系统和多天线系统的基本结构和主要应用，并且说明本文的主要研究工作。第二章说明多普勒扩展对信道造成的影响以及公式推导了收发端数据在双选信道下的联系。在此基础上介绍几种传统的ICI消除算法，并指出其局限性。第三章研究单天线OFDM系统在高速移动环境下的ICI抑制方法。首先分析了双选信道ICI产生的原因。以此为基础介绍频域转移矩阵的带状近似模型和最大化信号干扰比（Signal Interference Noise Ratio，SINR）的检测算法，并且介绍几种新型的低复杂度ICI抑制算法以及其改进算法。最后通过仿真分析性能以验证其有效性。第四章首先研究多天线OFDM系统在双选信道下的ICI抑制方法。并且将第三章的最大化SINR方法扩展到多天线情况下，根据SINR定义的不同可在接收端采用不同的均衡方法。接着提出一种新的模型——部分天线高速移动环境下的ICI抑制方法。这里给出一种通过分割频域转移矩阵逐步检测，并且联合判决反馈的方法，达到降低复杂度的目的。最后通过仿真验证了提出算法的有效性。第五章对全文进行总结，说明论文贡献，并指出未来的继续研究方向。

关键词：正交频分复用子载波间干扰多普勒扩展双选信道

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新型无源反向散射系统的估计理论研究

新型无源反向散射系统的估计理论研究

作者：朱玥北京交通大学

学位级别：硕士

物联网技术的核心思想为万物互联,该技术的提出与发展打破了只有特定设备才能接入网络的局限。5G的快速发展为万物互联提供了可靠的技术支持。然而随着联网设备的增多,物联网大规模通信将面临一系列挑战,包括传感器能源和成本问题、大... 详细信息

物联网技术的核心思想为万物互联,该技术的提出与发展打破了只有特定设备才能接入网络的局限。5G的快速发展为万物互联提供了可靠的技术支持。然而随着联网设备的增多,物联网大规模通信将面临一系列挑战,包括传感器能源和成本问题、大规模接入算法设计、复杂信道参数估计和信号检测方法设计等。学术界提出的新型反向散射技术是解决物联网设备能源和成本问题的潜在技术,已成为物联网未来发展的关键技术之一,也是学术界移动互联网领域的当前研究热点之一。传统反向散射技术通常需要特定的射频源供电,导致有效通信距离短。近年来以环境反向散射为代表的无源反向散射技术不断被提出,该技术能够利用现有通信系统中的无线射频能量,实现绿色通信,在物联网的发展过程中具有重要的应用价值与前景。信道估计是无线物理层的重要基础理论,对系统整体设计有重要的影响。然而无源反向散射系统的信道估计理论尚未成熟,亟待学者研究。由于无源反向散射系统与传统反向散射技术在载波信号、信道组成等方面存在差异,现有估计方法不能直接应用于无源反向散射系统。当前已有研究仅针对于平坦衰落信道下的无源反向散射系统模型,与实际场景仍存在差异。因此本文旨在研究新型场景下无源反向散射系统的信道估计理论,并通过仿真实验验证所提出估计算法的性能。本文首先介绍了无源反向散射技术的系统模型与通信特点,分析了信道的衰落特性并对信道进行建模,同时讨论了多种信道估计算法。接着文章构建了两种新型场景下的无源反向散射系统模型,并研究了相应的信道估计算法:（1）第一种为城区场景,由于建筑物等障碍物的存在,信道模拟为频率选择信道模型更符合实际。由于标签呈反射状态时接收机收到的信号为两路信号的叠加,本文通过设计该场景下无源反向散射系统的通信协议和导频格式,提出了基于两路信道特性的迭代估计算法。迭代估计器以最小二乘法（Least Square,LS）为估计准则,同时还推导了克拉美罗下界的理论值。最后通过实验仿真结果验证了迭代估计器的性能。（2）第二种为高速移动场景,当采用无人机等设备作为射频源时,本文建立了基于时间-频率选择信道的无源反向散射系统模型,标签可利用现有的正交频分复用系统中的能量实现通信。通过设计系统间的通信协议和梳状导频格式,论文提出了模型驱动的新型信道估计器。该估计器将传统的LS估计和神经网络模型相结合,提高了估计性能。同时分析了网络方法的复杂度,结果表明该改进算法的复杂度较传统最优方法变化较小。最后仿真验证了新算法的估计性能更优。

关键词：无源反向散射信道估计频率选择信道双选信道神经网络

OFDM系统基于krylov子空间的低复杂度检测算法研究

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OFDM系统基于krylov子空间的低复杂度检测算法研究

作者：赵晓君西安电子科技大学

学位级别：硕士

正交频分复用(OFDM)具有诸多优点,因而在通信领域得到了广泛地关注,成为下一代移动通信系统中的关键技术之一。但实际通信中信道的时变特性非常明显,当信道为快衰落时,由多普勒频移导致了子载波间正交性的破坏,从而带来了严重的子载波... 详细信息

正交频分复用(OFDM)具有诸多优点,因而在通信领域得到了广泛地关注,成为下一代移动通信系统中的关键技术之一。但实际通信中信道的时变特性非常明显,当信道为快衰落时,由多普勒频移导致了子载波间正交性的破坏,从而带来了严重的子载波间干扰(ICI)。本文介绍了OFDM技术的基本原理,分析了双选衰落信道模型,ICI产生机制。针对降低ICI的课题,介绍了几种经典的检测均衡算法。针对基扩展模型与OFDM系统,本文重点从信道的时频表达式变换角度证明了频域信道带状近似等效于时域信道用复指数基扩展模型表示。本文推导证明了,频域信道带状近似是通过对时域信道加一个对角阵构成的窗函数实现的,经过一系列变换,可以变换成复指数基扩展模型形式。另一方面,OFDM系统以块为单位进行传输,而基扩展模型(BEM)就是基于块的信道模型,BEM信道建模利用时变信道的窄带特性,将时变信道转化为少量正交分量的加权线性叠加,这是对信道的一种新的理解,因而OFDM信道模型与BEM信道模型有诸多相似点。针对上述相似点,本文介绍了一种基扩展模型的一个具体应用:针对krylov子空间迭代检测算法中,将BEM用于预处理矩阵的设计,从而引出了预处理矩阵的设计课题。本文提到了krylov子空间算法是通过迭代系统矩阵来近似求解最小二乘问题,系统矩阵的特征值分布影响了算法的迭代次数,在性能相同的情况下,系统矩阵特征值越集中,迭代次数越少,复杂度越低。通常用预处理矩阵对系统矩阵进行处理,以达到使系统矩阵特征值集中的效果。接下来文章首先介绍了krylov子空间算法的具体实现:LSQR及共轭LSQR算法的实现;并且介绍了krylov子空间算法预处理矩阵的设计,由于有效避免了迭代算法中有效信号子空间噪声信号子空间完全混淆,用修正方法产生预处理矩阵对信道矩阵加以处理,可以得到更集中的信道矩阵特征值分布;最后提出了用修正后预处理矩阵处理系统矩阵应用于LSQR的算法,并从算法复杂度及性能两方面分析了创新算法可以实现算法复杂度与性能间良好的平衡。

关键词： OFDM BEM 双选信道 krylov子空间低复杂度均衡

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基于混合载波系统的载波间干扰抑制算法

无线电通信技术 2016年第3期42卷 42-45页

作者：李勇刘爱侠通信网信息传输与分发技术重点实验室河北石家庄050081 中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081 石家庄柯棣华职业专修学院河北石家庄050080

针对双选信道下信号传输受到严重的载波间干扰(Inter Carrier Interference,ICI)的问题,首先利用部分FFT解调技术对局部干扰进行了分析,进一步在基于加权分数傅里叶变换的混合载波系统的抗干扰理论的基础上,提出了基于混合载波-部分FFT... 详细信息

针对双选信道下信号传输受到严重的载波间干扰(Inter Carrier Interference,ICI)的问题,首先利用部分FFT解调技术对局部干扰进行了分析,进一步在基于加权分数傅里叶变换的混合载波系统的抗干扰理论的基础上,提出了基于混合载波-部分FFT解调的信道ICI抑制算法,设计了这种算法的实现结构,最终将这种新的算法应用到双选信道下。仿真表明,相比较于传统单载波和OFDM系统,该算法具有误码率性能上的明显优势。

关键词：双选信道载波间干扰混合载波部分FFT解调

OFDM系统下基于阻尼LSQR的低复杂度检测算法研究

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移动通信 2017年第16期41卷 75-80页

作者：赵晓君曹琲琲河北农业大学信息科学与技术学院河北保定071001 西安电子科技大学通信工程学院陕西西安710071

为了解决OFDM系统随着检测符号规模的增大,检测算法(如经典的MMSE检测算法)复杂度过高的问题,采用迭代方法替代经典算法中矩阵的相乘运算。研究了阻尼LSQR迭代算法,并提出一种改进的低复杂度检测算法,即通过使用特殊预处理矩阵去处理阻... 详细信息

为了解决OFDM系统随着检测符号规模的增大,检测算法(如经典的MMSE检测算法)复杂度过高的问题,采用迭代方法替代经典算法中矩阵的相乘运算。研究了阻尼LSQR迭代算法,并提出一种改进的低复杂度检测算法,即通过使用特殊预处理矩阵去处理阻尼LSQR迭代算法中的迭代矩阵,使算法迭代速度加快,从而降低了算法的复杂度。通过理论验证与算法仿真可知,改进的算法与MMSE算法相比,可在不引起明显性能损失的前提下显著降低算法复杂度。

关键词：正交频分复用阻尼LSQR 双选信道低复杂度检测