GFDM系统的低复杂度检测和分集技术研究

发布时间：2020-04-20 08:45

【摘要】：广义频分复用(GFDM)技术作为一种新型的多载波传输技术,其独特的系统结构带来了很多优势,比如频谱传输效率高、带外辐射功率低、灵活性好、时延低等,这些优点满足了未来无线通信系统的诸多需求。但是GFDM系统采用了非正交的脉冲成形滤波器,引入自干扰,导致接收机复杂度太高,系统可靠性降低。因此,本文主要研究在多径瑞利衰落信道下GFDM系统的低复杂度检测和分集技术。本文主要的研究工作如下:1.详细介绍了GFDM系统原理和三种接收机检测技术,它们分别是匹配滤波(MF)检测、迫零(ZF)检测和最小均方误差(MMSE)检测,并对其性能进行了仿真和分析。2.对GFDM频域调制矩阵的特性进行了深入研究,发现其结构具有分块对角稀疏性,然后研究了GFDM调制矩阵的奇异性,通过提高上采样倍数解决了特定情况下GFDM调制矩阵不可逆的难题,保证了系统的可靠性和灵活性。在此基础上,建立了频域等效信道模型,分别设计了低复杂度GFDM系统频域ZF检测和MMSE检测方法,通过研究相关矩阵特性,利用矩阵的稀疏性和分块对角阵的快速求逆算法降低接收机复杂度。最后,通过复杂度分析和仿真结果表明,相比传统GFDM系统接收机,本文提出的频域GFDM系统检测方法可以将接收机复杂度降低1~10~3个数量单位,且不会引起误符号率性能损失。3.针对基于分块对角快速求逆算法的低复杂度MMSE接收机只适用于GFDM系统子符号数较小的情况,本文利用频域等价信道自相关矩阵的共轭对称性,设计了一种基于L-BFGS迭代算法的MMSE检测方法,该方法将矩阵之间的运算转化成了向量之间的运算,进一步将MMSE接收机复杂度降低了10~10~5个数量单位,还节省了存储空间。仿真结果表明,该方法会带来大约1dB的误码率性能损失,但是相比于降低的复杂度来说,这些性能损失在可接受范围之内。特别地,当上采样倍数大于子载波数时,该算法下的MMSE接收机有更低的复杂度和更好的误符号率性能。4.在准正交编码的基础上设计了GFDM系统分集传输方法,通过设计信号编码方案,结合升余弦滤波器的对称性消除了子载波间的干扰,同时设计信号译码方案消除子符号间的干扰。通过仿真验证,该方法可以带来明显的分集增益,有效提高系统可靠性。
【图文】：

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改善了 OFDM 系统频谱效率低的缺点。此外，GFDM 系统采用了低旁瓣的非矩形脉冲成形滤波器，在频域表现为低通性，有效地减小了系统的带外辐射功率，但是会引起子载波的非正交性，引入系统自干扰，同时还增加了接收机的复杂度，但是通过现有技术能较好地消除干扰。本章将对 GFDM 系统的基本原理作全面阐述，主要分为两部分：GFDM 系统发射机原理介绍和不同信道下的接收机检测技术的原理概述，并比较 GFDM 系统在不同接收机检测技术下的误符号率性能。2.1 GFDM 系统原理下面分别详细介绍 GFDM 的发射和接收原理，并对不同的 GFDM 系统接收机检测技术进行分析。2.1.1 GFDM 系统发射机原理GFDM 系统发射机原理如图 2.1 所示。

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第二章 GFDM 系统原理概述 2,modSj knNk m S Sg n g n mN MN e (2-5)GFDM 系统两种调制矩阵的结构示意图如图 2.2 所示。图 2.2 中左图表示子载波数 K 64，子符号数 M 5，上采样倍数SN K时的调制矩阵KA 的结构示意图，，从图中可看出这种调制方式下的 GFDM 系统矩阵是块循环矩形。图 2.2 中右图表示子载波数 K 64，子符号数 M 5，上采样倍数SN K时的调制矩阵MA 的结构示意图
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713

【参考文献】