OFDMA无线接入中的测距系统关键技术研究

发布时间：2019-10-22 13:54

【摘要】：正交频分复用多址（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access，OFDMA）上行链路的多用户接入同步是由IEEE802.16标准定义的测距过程来完成，它涉及到接入用户的测距码设计，接入信道的资源分配，基站对多个接入用户进行多用户检测和同步参数估计等多个方面。由于测距信道的衰落、接入用户的定时偏差、测距码的相关性和测距信号功率差异导致的远近效应等问题使基站收到的测距信号产生畸变，在测距信道上存在多址干扰（Multiple AccessInterference，MAI），严重地影响OFDMA测距性能，限制了接入用户容量，不能满足新一代OFDMA无线通信的接入要求。本文针对这些问题，从测距信号波形设计方法、干扰消除多用户检测方法和多天线测距方法等方面对OFDMA测距关键技术进行了深入研究和分析，论文的主要研究内容和贡献包括以下几个方面： 1.针对OFDMA上行链路多用户接入系统，阐述了测距过程和时频资源分配，给出了OFDMA测距系统结构和信号模型，研究了频域相关测距方法，给出了多用户接入的正确检测概率和虚警检测概率的理论分析。针对OFDMA测距性能很大程度上取决于测距信道的MAI大小，分析了测距信道的衰落、测距码的频域相关性和活动的接入用户数等因素对OFDMA测距性能影响。 2.在测距码设计和预编码测距方法研究方面，根据OFDMA测距系统特点，提出了测距码数量多、相关性好和峰均比低的测距码设计原则。在预编码测距方法研究中，根据蜂窝半径大小和测距信号的多符号结构，对接入用户的测距码进行预编码，提出了微小区和宏小区的预编码测距信号波形设计。在预编码测距波形设计基础上，利用预编码矢量的正交性对测距信号进行译码分组，提出了一种新的OFDMA测距方法。仿真结果表明，所提方法减少了同组内的活动接入用户数，抑制了检测过程中的累积MAI，提高了测距性能和接入用户容量。 3.在干扰消除的多用户检测研究方面，在分析连续多用户检测（SuccessiveMultiUser Detection，SMUD）和干扰消除测距方法的基础上，利用最大信号干扰噪声比（Signal to Interference Plus Noise Ratio，SINR）准则选取测距信号的有效径，通过消除有效径系数估计的MAI干扰，提出了基于SINR的连续干扰消除OFDMA测距方法。同SMUD方法相比，所提方法提高了有效径系数估计精度，减少了测距过程中的残留MAI，从而提高了测距系统的多用户检测性能。针对SMUD方法的计算复杂度过高问题，利用测距信号的有效径并行检测和参数估计，提出了低复杂度的迭代并行干扰消除OFDMA测距方法，分析了有效径系数估计精度和迭代次数对检测性能的影响。仿真结果表明，所提方法提高了有效径系数估计精度，降低了计算复杂度，提高了测距系统的多用户检测性能和接入效率。 4.在多天线OFDMA测距方法研究中，研究了基站接收端多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）天线和智能天线模式的测距方法。在基站MIMO天线模式下，利用有限的测距信道状态信息，提出了一种相干合并的MIMO-OFDMA测距方法，分析了相干合并测距信号的SINR和正确检测概率。仿真结果表明，所提方法提高了测距性能和接入用户容量。在智能天线模式下，分别研究了切换波束和自适应波束的OFDMA测距方法。在切换波束OFDMA测距方法研究中，利用固定多波束矢量将接入小区从空间上划分为若干个小区域，在每个小区域中通过连续干扰消除和自适应门限完成活动用户检测和定时偏移估计。所提方法能够降低小区域中的活动用户数，抑制了测距过程中的MAI，提高了测距系统性能，增加了接入用户容量。在自适应波束OFDMA测距方法研究中，针对测距信号分量的到达角（Angle of Arrival，AOA）差异，利用自适应波束对准期望的有效径测距信号，通过有效径参数估计和干扰消除，提出了自适应波束OFDMA测距方法，分析了自适应波束成形的残留信号和计算复杂度。仿真结果表明，所提方法通过波束成形的空域滤波，累积的残留MAI较小，在计算复杂度略有增加的代价下显著提高了测距性能和接入用户容量。在多天线OFDMA测距系统中，与MIMO测距方法相比，智能天线测距方法能能够更好地提高测距性能和接入用户容量。
【图文】：

帧结构,方式,子帧,子信道

图 2.1 OFDMA-TDD 方式帧结构下行子帧之后是 TTG 间隔，然后发送上行子帧。上行子帧包括测距子信道和突发子信道。测距子信道的组成由 UL-MAP 消息指定，主要给移动台用于执行闭环时间、频率和功率调节、带宽申请以及切换请求。最后是 RTG 间隔。（2）测距的时频资源OFDMA测距过程定义了测距信道、测距时隙和测距码。在OFDMA-TDD帧中，上行子帧为测距过程分配了特定带宽，称为测距信道，它由一组或多组连续的逻辑子信道组成。测距时隙定义了测距信道所占用的时频资源，即在时域上占用的OFDMA符号个数和频域上用于测距的子载波个数，测距信道的时频资源结构如下图2.2所示。

资源结构,时频,子信道,子载波

辑子信道组成。测距时隙定义了测距信道所占用的时频资源，即在时域上占用的OFDMA符号个数和频域上用于测距的子载波个数，测距信道的时频资源结构如下图2.2所示。图2.2 测距信道的时频资源结构按照IEEE 802.16标准[25]，，测距信道由6个测距子信道构成，每个测距子信道由6个片（Tile）组成，每个Tile包含4个连续子载波，则每个测距子信道由24个子载波组成，测距信道在频域上占用144个非连续子载波。OFDMA测距信号在时域上13
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN92

【参考文献】