（信息与通信工程专业论文）滤波多音调制技术fmt中信道估计和同步技术研究.pdf

国防科学技术大学研究生院博士学位论文 摘要 未来宽带无线通信系统是满足高速率、大容量的系统，现有技术很难完全满 足未来宽带无线通信系统要求。在这样的背景下，论文以作为多载波调制技术之 一的t m t ( f i l t e r e dm u l t i t o n e ) 为研究对象，主要研究了f m t 信道估计技术和同 步技术。 首先，论文探讨了f m t 实现结构，并详细分析了f m t 信号。首次采用数形 结合方式推导了f m t 系统基于i d f t d f t 快速算法和多相滤波的有效实现结构， 更生动形象地解释了f m t 从原理模型结如何转化为有效实现结构；论文还从时域 和频域两个角度深入分析和研究了f m t 信号，解释了原型滤波器和多径信道与 f m t 信号中有用信号、i s i 和i c i 之间的关系。 其次，研究了f m t 时域信道估计方法。现有f m t 时域信道估计算法均是有 偏的，在高信噪比下会出现地板效应。为此，论文提出了基于p n 码序列的改进无 偏估计算法和基于一种新序列的信道估计算法。相比于现有算法，两种算法均是 无偏估计，估计性能与信道特性无关，估计精度更高。新序列与p n 码序列的互相 关是单值函数，基于该新序列的估计算法具有更低的运算量，实现更加简单。由 于p n 码序列数量有限，选择余地小，论文提出基于o c i ( o p t i m u mc h a n n e l i n d e p e n d e n t ) 序列的短周期甲均信道估计算法。该算法利用序列的正交周期特性 以及周期长度灵活可调的特点，获得了比前面的估计算法更高的估计性能。借助 于i f f t f f t ，算法的复数乘法器数量只相当于序列周期大小。为避免在低信噪比 下小路径增益对估计性能起负面作用，论文提出了噪声功率估计方法，并基于噪 声抑制改善的信道估计性能，通过将淹没在噪声中的小路径增益置零来降低噪声 对估计的影响，提高了低信噪比下的估计性能。 再者，研究了f m t 频域信道估计方法和频域补偿方法。为克服使用时域信道 估计时频繁插入时域导频的缺点，避免采用空时联合信道估计的高复杂度，论文 提出了f m t 频域导频辅助信道估计算法。该算法在频域若干子载波上插入导频数 据，对应子载波信号表现为信道加权频域响应，而加权值是由原型滤波器唯一确 定，由此可获得信道时域响应估计，算法具有较高估计精度并获得较好系统性能； 使用信道时域补偿时需要进行矩阵求逆或伪逆运算，在子载波数较大时，运算量 会很大，为此论文提出了f m t 单抽头频域均衡算法。在非频率选择性衰落信道下， 该算法体现出优于时域补偿的性能，并且具有更低的复杂度和运算量；论文还研 究了c p f m t ( c y c l i cp r e f i xf m t ) ，讨论了c p f m t 下的信道估计和补偿方法以 及实现结构，在频率选择性衰落信道，c p f m t 表现出远高于f m t 的性能。 最后，研究了f m t 同步技术。存f m t 系统中，原型滤波器阶数过大，使f m t 第i 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 信号产生长记忆效应，从而导致时域训练数据周期变长、小数倍载波频率偏差捕 获范围缩小、同步开销大。为解决以上问题，论文提出了短周期循环同步算法。 与其他f m t 同步算法不同，该算法只在若干等间隔子载波上保持训练数据非零， 缩短了时域训练数据周期，扩展了小数倍载波频率偏差范围估计范围，提高了定 时位置估计精度；为进一步提高定时同步性能，降低同步开销，论文提出了可变 窗长同步算法，算法利用接收信号与本地训练数据的相关性获取符号定时偏差和 小数倍载波频率偏差。与之前的算法相比，该算法只需一个符号的同步开销，定 时同步位置估计达到1 0 0 ，小数倍载波频率偏差可扩展到最大范围，而且捕获精 度要高得多；以上同步算法只能估计小数倍载波频率偏差，为纠正整数倍频率偏 差，论文提出了能量检测判决算法、均衡后和均衡前p n 码相关检测算法。能量检 测判决算法利用短周期循环同步算法中训练符号在子载波上能量等间隔分布的规 律来观察子载波能量峰值，能量峰值的偏移即为子载波偏移。该算法只能获取小 于训练符号非零数据间隔的整数倍载波频率偏差，估计精度很高，即使在0 d b 信 噪比下正确捕获概率也可达到9 9 以上；均衡后p n 码相关检测算法首先在均衡判 决后的数据流中通过同步码寻找p n 码在时间方向上的位置，再根据p n 码相关峰 值在子载波频率方向上的偏移来确定整数倍载波频率偏差。算法在低信噪比下仍 表现出高于9 4 的正确捕获概率，但该算法受均衡器性能的限制；均衡前p n 码检 测算法在两个发送符号中插入相同p n 码，在f f t 之后搜索这两个符号与本地p n 码之间的相关峰值，在时间和频率方向该峰值均表现出唯一性，其正确捕获概率 达到1 0 0 。 主题词：滤波多音调制，时域信道估计，频域信道估计，导频，带循环前缀f m t ， 符号定时同步，载波同步 第i i 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 a b s t r a c t af u t m ew i r e l e s sb r o a d b a n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e mw i l ln e c e s s a r i l yb ef lh i g h s p e e d a n dl a r g e c a p a c i t ys y s t e m t h a tc a nn o tb e s u p p o r t e db y a l l e x i s t i n g c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s i nt h i sc a s e ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e df m tt e c h n o l o g y ，o n e o fm u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o nt e c h n o l o g i e s ，w h e r ec h a n n e le s t i m a t i o nt e c h n o l o g ya n d s y n c h r o n i z a t i o nt e c h n o l o g ya r et w om a i n l yr e s e a r c h e da s p e c t s f i r s t l y t h i sp a p e rr e s e a r c h e sa ne f f i c i e n ti m p l e m e n t a t i o no ff m ts y s t e m sa n d a n a l y z e df m ts i g n a l i nd e t a i l am e t h o dw i t hm a t h e m a t i c sr e a s o n i n ga n dg r a p h a n a l y z i n gi sf i r s tu s e dt os h o wh o wt ot r a n s f o r n la ni r r e a l i z a b l et h e o r ys t r u c t u r ei n t oa n e 伍c i e n ti m p l e m e n t a t i o ns t r u c t u r e t h ee f f i c i e n ts t r u c t u r ei sb a s e do ni f f t f f ta n da p o l y p h a s es t r u c t u r eo fap r o t o t y p ef i l t e r a n dt h e nf m ts i g n a li sf i r s ta n a l y z e di nt i m e d o m a i na n d f r e q u e n c yd o m a i n ，w h i c he x p l a i n st h er e l a t i o n sb e t w e e nap r o t o t y p ef i l t e r ，a m u l t i p a t hc h a n n e la n dt h r e ec o m p o n e n t so ff m ts i g n a li n c l u d i n gt h eu s e f u ls i g n a l ，i s i a n di c i s e c o n d l y t h i sp a p e rr e s e a r c h e sf m tc h a n n e le s t i m a t i o nm e t h o d si nt i m ed o m a i n b e c a u s et h ee x i s t i n gt i m e d o m a i ne s t i m a t i o na l g o r i t h m sa r eb i a s e d ，af l o o re f f e c t a p p e a r sw h e ns n r i sh i g h t h e r e f o r e ，t w oa l g o r i t h m sa r ep r e s e n t e di n t h i sp a p e r t h e o n ei sam o d i f i e du n b i a s e de s t i m a t i o na l g o r i t h mb a s e do np nc o d e ，a n dt h eo t h e ri sa e s t i m a t i o na l g o r i t h mb a s e do nan e ws e q u e n c ew h o s ec o r r e l a t i o nw i t hp nc o d ei sa n u n i f o r mf u n c t i o n c o m p a r e dw i t ht h ee x i s t i n ga l g o r i t h m s ，t h e s et w oa l g o r i t h m sa r eb o t h u n b i a s e da n dh a v ep e r f o r m a n c e si n d e p e n d e n to fc h a n n e l c h a r a c t e r i s t i c s t h e i r e s t i m a t i o np r e c i s i o n sa r eh i g h e r a n dt h es e c o n da l g o r i t h mc a nb er e a l i z e dm o r ee a s i l e r f o ri t sl o w e rc o m p u t i n gc o s t b e c a u s et h el i m i t e da m o u n to fp nc o d er e s u l t si nas m a l l s e l e c t e dr a n g e ，t h i sp a p e rp r e s e n t e da na v e r a g e ds h o r tp e r i o dc h a n n e le s t i m a t i o n a l g o r i t h mb a s e do no c i ( o p t i m u mc h a n n e li n d e p e n d e n t ) s e q u e n c e o c is e q u e n c ei s p e r i o d i c a n do r t h o g o n a lw i t ha n a d j u s t a b l ep e r i o d t h ec o m p u t i n g c o s t o n l y a p p r o x i m a t e st h ev a l u eo ft h es e q u e n c e sp e r i o db yv i r t u eo fi f f t f f t ，w h i c hi sl o w e r t h a nt h ef i r s ta b o v ea l g o r i t h m t h i sa l g o r i t h ma l s og a i n sb e t t e rp e r f o r m a n c et h a nt h e a b o v et w oa l g o r i t h m s t oa v o i dan e g a t i v ee f f e c to ne s t i m a t i o np e r f o r m a n c ef r o ms o m e s m a l lr a yg a i n s ，t h i sp a p e ra l s op r e s e n t e dm e t h o d sf o re s t i m a t i n gt h en o i s ep o w e r a m e t h o do fr e s t r a i n i n gn o i s e ，b a s e do nt h ee s t i m a t e dn o i s ep o w e r ，i su s e dt oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c e o fc h a n n e le s t i m a t i o n s t h e s em e t h o d ss e tt h es m a l lr a yg a i n s u n d i s t i n g u i s h a b l ef r o mn o i s et oz e r o s t h e yr e d u c et h ee f f e c to ft h es m a l lg a i n so n e s t i m a t i o n sa n di m p r o v ee s t i m a t i o np e r f o r m a n c ew h e ns n ri sl o w t h i r d l y ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e sae s t i m a t i o nm e t h o da n dac h a n n e le q u a l i z a t i o n m e t h o di nf m t f r e q u e n c yd o m a i n w h e nac h a n n e le s t i m a t i o ni si m p l e m e n t e di nt i m e 第i i i 页 国防科学技术大学研究生院博_ 上学位论文 d o m a i n ，t i m ep i l o td a t aw i l lb ef r e q u e n t l yi n s e r t e d a n dw h e ns p a c e t i m ejo i n tc h a n n e l e s t i m a t i o ni sa d o p t e d ，ah i g hc o m p l e x i t yi sa l s oi n e v i t a b l e t oo v e r c o m et h ea b o v et w o d e f a u l t s ，f m tf r e q u e n c yp i l o ta s s i s t e dc h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h mi sp r e s e n t e d w h e n p i l o t sa r ei n s e r t e di nf r e q u e n c yd o m a i n ，s i g n a l s i nc o r r e s p o n d i n gs u b c a r r i e r sa r e e x p r e s s e da saw e i g h e df r e q u e n c yr e s p o n s eo fc h a n n e lw h e r ew e i g h t sa r ed e t e r m i n e d o n l yb yt h ep r o t o t y p ef i l t e ra n dt h em a t c h e df i l t e r t h i sa l g o r i t h ms h o w sag o o d e s t i m a t i o np e r f o r m a n c et h a th e l p sf m tt og e tag o o ds y s t e mp e r f o r m a n c e i ti sk n o w n t h a to p e r a t i o n si n c l u d i n gm a t r i xi n v e r s eo rp s e u d o i n v e r s ea r ei n e v i t a b l ew h e nt h ef m t s i g n a li se q u a l i z e db yt h ee s t i m a t e dc h a n n e li nt i m ed o m a i n t h a tw i l lb r i n gav e r yh i g h c o m p u t i n gc o s te s p e c i a l l yw h e nt h ea m o u n to fs u b c a r r i e r s i s g r e a t t h e r e b y a f r e q u e n c y d o m a i ns i n g l et a p p e de q u a l i z a t i o nm e t h o di sp r e s e n t e d w h e nt h ec h a n n e li s n o tf r e q u e n c ys e l e c t i v e 。t h ep e r f o r m a n c eo ft h i sa l g o r i t h mi sb e t t e rt h a nt h a to fa t i m e - d o m a i ne q u a l i z a t i o n a n di th a sal o w e rc o m p l e x i t ya n dal o w e rc o m p u t i n gc o s t t h i sp a p e ra l s or e s e a r c h e se s t i m a t i o na n de q u a l i z a t i o nm e t h o d so fc p - f m t ( c y c l i c p r e f i xf m t ) i naf r e q u e n c ys e l e c t i v ec h a n n e l ，c p f m tp e r f o r m sb e t t e rt h a nf m t l a s t l y ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e sf m ts y n c h r o n i z a t i o nt e c h n o l o g i e s i nf m ts y s t e m s ， t h eh i g h o r d e rp r o t o t y p ef i l t e rc a u s e sl o n gm e m o r yb e t w e e ns u c c e s s i v et r a n s m i t t e d f m ts y m b o l s b e c a u s eo ft h i s ，t h ep e r i o do ft i m e d o m a i nt r a i n i n gd a t ai sl o n gt h a t i n c r e a s e ss y n c h r o n i z a t i o no v e r h e a d s ，a n ds h r i n k sar a n g eo ft h ec a p t u r e df r a c t i o n a l c a r r i e rf r e q u e n c yo f f s e t t os e t t l et h ea b o v eq u e s t i o n s ，t h i sp a p e rp r e s e n t e das h o r t e n e d c y c l i cs y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h m i ti n s e r t sn o n z e r ot r a i n i n gd a t ai ns u b c a r r i e r sw i t ha s a m ei n t e r v a l c o m p a r e dw i t ho t h e rf m ts y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h m s i td e c r e a s e st h e p e r i o do ft i m e d o m a i nt r a i n i n gd a t aa n ds h r i n k st h es y n c h r o n i z a t i o nw i n d o w t h e r e f o r e ， i te x t e n d st h er a n g eo ft h ec a p t u r e df r e q u e n c yo f f s e ta n di m p r o v e st h ee s t i m a t i o n p r e c i s i o no ft h et i m eo f f s e t i no r d e rt of u r t h e rs y n c h r o n i z a t i o np e r f o r m a n c ea n dr e d u c e s y n c h r o n i z a t i o no v e r h e a d s ，t h i sp a p e rp r e s e n t e das y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h mw i t ha n a d j u s t a b l ew i n d o w i te s t i m a t e st h et i m eo f f s e ta n dt h ef r e q u e n c yo f f s e tb a s e do nt h e c o r r e l a t i v i t yb e t w e e n t h er e c e i v e ds i g n a la n dt h el o c a lt r a i n i n gd a t a i tr e q u i r e so n l yo n e t r a i n i n gs y m b o la n de s t i m a t e st h et i m eo f f s e tw i t hap r o b a b i l i t ya s10 0 i ta l s oe x t e n d s t h er a n g eo ft h ef r e q u e n c yo f f s e tt om a x i m u ma n di m p r o v e st h ee s t i m a t i o np r e c i s i o n a p p r o x i m a t i n g10 0 c a r r i e rf r e q u e n c yo f f s e ti n c l u d e saf r a c t i o n a lo f f s e ta n d a ni n t e g e r o f f s e tr e l a t i v et oaf r e q u e n c yi n t e r v a lb e t w e e ns u b c a r r i e r s t h ea b o v es y n c h r o n i z a t i o n a l g o r i t h m so n l ye s t i m a t et h ef r a c t i o n a lo f f s e t t h e r e f o r e ，i no r d e rt od e t e r m i n et h e i n t e g e rc a r r i e rf r e q u e n c yo f f s e t ，t h i sp a p e rp r e s e n t se n e r g yd e t e c t i n ga n dd e c i d i n g a l g o r i t h m 、p o s t - e q u a l i z e ra n dp r e e q u a l i z e rp nc o r r e l a t i v ed e t e c t i n ga l g o r i t h m s t h e f i r s to n ed e t e c t sa ne n e r g yd i s t r i b u t i o no fa l ls u b c a r r i e r st h a ti sb a s e do nt h ee n e r g y d i s t r i b u t i o n r u l eo ft r a i n i n gs y m b o l su s e di nt h es h o r t e n e dc y c l i cs y n c h r o n i z a t i o n a l g o r i t h m t h eo f f s e to ft h ee n e r g yp e a ke q u a l st ot h en o r m a l i z e di n t e g e rc a r r i e r 第i v 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 f r e q u e n c yo f f s e tw i t ht h ef r e q u e n c yi n t e r v a l i t sp r e c i s i o ni ss oh i g ht h a tt h ep r o b a b i l i t y c a nb el a r g e rt h a n9 9 e v e ni fs n ri s0 d b h o w e v e r t h i sa l g o r i t h mo n l yd e t e r m i n e s t h ei n t e g e rc a r t i e rf r e q u e n c yo f f s e ts m a l l e rt h a nt h ei n t e r v a lb e t w e e nn o n z e r ov a l u e si n t r a i n i n gs y m b o l s t h es e c o n do n es e a r c h e st h ep o s i t i o no fap nc o d ei ns i g n a l sf r o m e q u a l i z e r s w h i c hd e p e n d so n as y n c h r o n o u sc o d eb e f o r et h ep nc o d e t h e nt h eo f f s e ti s d e t e r m i n e db yd e t e c t i n gt h ep o s i t i o no ft h ec o r r e l a t i v ep e 出o ft h ef o u n da n dal o c a lp n c o d ei nf r e q u e n c yd o m a i n t h ed e f a u l ti st h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft h i sa l g o r i t h md e p e n d s o nf m t e q u a l i z e r s h o w e v e r t h i sa l g o r i t h ms h o w sah i g hp r o b a b i l i t yo fd e t e r m i n i n g t h eo f f s e tc o r r e c t l yt h a te x c e e d s9 4 t h et h i r do n ei n s e r t st w os a m ep nc o d e si n t ot h e t r a n s m i t t e df m ts y m b o l si nf r e q u e n c yd o m a i n t h eo f f s e ti sd e t e r m i n e db yd e t e c t i n g t h ec o r r e l a t i v ep e a kb e t w e e nt h et w op nc o d e sa n dal o c a lp nc o d e t h ep e a ki su n i q u e i nt i m ed o m a i na n df r e q u e n c yd o m a i nt h a tr e s u l t si nap r o b a b i l i t y10 0 o fc a p t u r i n gt h e o f f s e tc o r r e c t l y k e y w o r d s f m t ，c h a n n e le s t i m a t i o n i nt i m ed o m a i n ，c h a n n e le s t i m a t i o ni n f r e q u e n c yd o m a i n ，p i l o t ，c p f m t ，t i m i n gs y n c h r o n i z a t i o n ， f r e q u e n c y s y n c h r o n i z a t o n 第v 页 国防科学技术大学研究生院博上学位论文 图目录 图1 1 高斯滤波器的时域响应和频域响应5 图1 2 四种f m 信道均衡器结构图6 图1 3t h d f m e 结构图6 图1 4f m t 空时联合信道估计多天线模型图8 图2 1 离散多径信道的均匀间隔t d l 模型1 9 图2 2 多径数为3 的整数和非整数倍采样信道时域响应2 0 图2 3f m t 原理模型框图2 1 图2 4f m t 调制器基于i d f t 和多相滤波解释图2 2 图2 5f m t 解调器基于d f t 和多相滤波解释图2 3 图2 7 基于m 2 点i d f t d f t 的f m t 有效实现框图2 5 图2 8 基于小波分解的f m t 有效实现框图2 5 图2 9f d m 、f m t 和o f d m 的频谱结构图2 6 图2 1 0 高斯信道下基于理想矩形滤波器的f m t 信号成分3 0 图2 1 1 高斯信道下基于平方根升余弦滤波器的f m t 信号成分3 0 图2 1 2 多径信道下基于平方根升余弦滤波器的信号成分( k m ) 3 1 图3 1f m t 时域信道估计原理图3 3 图3 2 线性反馈移位寄存器3 4 图3 3 周期为6 3 的m 序列的自相关函数3 4 图3 4 插入循环前缀的p n 码序列结构3 8 图3 5 信道i 下f m t 时域信道估计算法估计性能比较4 2 图3 6 信道i i 下f m t 时域信道估计算法估计性能比较4 3 图3 7 信道i i 下f m t 时域信道估计算法误码率比较4 3 图3 8 带零数据的f m t 导频结构4 4 图3 9 基于零数据的噪声功率估计收敛曲线图4 5 图3 1 0 基于零数据的不同信噪比下噪声功率性能图4 5 图3 1 1 路径噪声功率比门限值y 的确定4 6 图3 1 2 基于零数据的噪声抑制辅助信道估计性能4 7 图3 1 3 信道模型i 下基于o c i 序列短周期平均信道估计算法估计性能5 0 图3 1 4 信道模型i i 下基于o c i 序列短周期平均信道估计算法估计性能5 1 图3 1 5 相同导频数据长度下p 在一、= 同取值时算法的估计性能5 1 图3 1 6 基于o c i 序列噪声功率迭代估计收敛曲线5 3 图3 1 7 基于o c i 序列噪声功率迭代估计曲线5 3 第l v 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 图3 1 8 基于o c i 序列噪声抑制辅助信道估讨“陛能5 4 图4 1f m t 频域导频信道估计模型图5 8 图4 2f m t 频域导频辅助信道估计算法导频图案6 0 图4 3 频域导频辅助信道估计时域补偿结构图6 3 图4 4f m t 频域导频辅助信道估计算法的估计方差6 4 图4 5f m t 频域导频辅助信道估计算法的误码率曲线6 4 图4 6 存在频率偏差时f m t 频域导频辅助信道估计算法的误码率曲线6 5 图4 7 基于f m t 时域信道估计的单抽头频域均衡结构模型6 8 图4 8 基于f m t 频域信道估计的单抽头频域均衡结构模型6 8 图4 9f m t 单抽头频域均衡下的误码率曲线6 9 图4 1 0c p f m t 系统基于时域信道估计的时域补偿结构图7 l 图4 1 1c p f m t 系统基于时域信道估计的单抽头频域均衡结构图7 2 图4 1 2f m t 与c p f m t 系统性能比较7 2 图5 1 符号定时偏差对f m t 与o f d m 信号的影响比较( ，= 萨d _ 1 ) 7 8 图5 2 符号定时偏差对f m t 和o f d m 信号的影响比较( 1 = n - d ) 7 8 图5 3 载波频率偏差导致f m t 子载波谱频移的示意图7 9 图5 4 载波频率偏差对f m t 和o f d m 信号的影响比较( ，= 肛d _ 1 ) 8 0 图5 5 载波频率偏差对f m t 和o f d m 信号的影响比较( = n - d ) 8 0 图5 6 符号定时偏差同步捕获性能柱状图8 3 图5 7 载波频率偏差同步捕获性能柱状图8 3 图5 8f m t 可变窗长同步算法的同步度量8 5 图5 9 盲同步算法和p n 码同步算法度量8 6 图5 1 0f m t 可变窗长同步算法的载波频率偏差捕获概率8 6 图5 1 1 盲同步算法和p n 码同步算法的频偏估计8 7 图5 1 2 能量检测判决算法度量8 8 图5 1 3 能量检测判决算法检测概率8 9 图5 1 4 均衡后p n 码相关检测算法检测概率9 0 图5 1 5 均衡前p n 码相关检测度量9 l 图5 1 6 均衡前p n 码相关检测算法检测概率9 1 第v 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 表目录 表5 1 循环同步算法和短周期循环同步算法的参数比较8 3 第v l 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文作者签名： 作者指导教师签名： 日期： 日期： 年月 日 年月日 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 第一章绪论弟一早珀t 匕 人类通信发展的最高目标是实现全球个人通信，即用各种可能的网络技术， 实现任何人在任何时间、任何地点与任何人进行任何种类的信息交换。 随着人们生活水平的持续提高和便携移动通信与计算终端的普及，人们不再 满足于当前移动通信网络提供的简单话音通信服务，而是希望移动通信网络能支 持包括数据、图像和视频等在内的更广泛的非语音业务。无线移动通信从第一代 发展到第四代的过程就是一个从声音传输到信息传输，再到多媒体传输，再到家 庭化传输的多元化发展过程。服务内容的日益丰富和通信质量的不断提高促使高 速信息传输成为通信发展的必然趋势，未来通信系统必须是一个满足高速率、大 容量、低费率、多业务、可自适应和可扩展的系统。因此，对于未来无线宽带移 动通信系统，研究如何保证为更多用户提供更高速率和更高质量的服务是十分重 要的课题。 1 1 课题背景 i e e e 曾做出一份研究，研究结果表明无线移动通信进入宽带时代必然带来更 多宽带消费服务内容，包括电子邮箱、新闻网页浏览、搜索引擎、存线音乐和在 线影视( 含下载) 、即时通讯、论坛b b s 等等，其中存线音乐与存线影视的出现 说明宽带业务应用时代已经到来。未来宽带无线通信的主要目的正是要满足各类 用户在非话音业务( 数据、多媒体业务) 方面连接速度和带宽的需要。数据业务 将由以前的从属地位上升为主导地位，数据业务传输的信息量要比语音业务大得 多，优质的语音业务以6 4 k b p s 的传输速率即可实现，而数据信息速率要比这大得 多。 目前，在全球广泛使用的第二代数字移动通信系统( 2 g ) 仍然是以语音传输 为主，传统的g s m 剀络仅能提供9 6 k b p s 的数据传输业务，即使是采用g p r s 或 者e d g e 增强技术，也只能提供最高为1 5 1 k b p s 和3 8 4 k b p s 的分组数据业务【1 】。 相比之下，以c d m a 技术和宽带通信业务为主的第三代移动通信系统( 3 g ) ， 可以提供室内2 m b p s 和室外1 4 4 k b p s 用户数据速率 2 】，包含了话音、数据、视频、 图像、i s d n 和多媒体各种业务。尽管3 g 在通信容量与质量上较2 g 有明显提高， 但由于其核心技术未能发生革命性变革，无法解决在有限无线频率资源上提供广 泛覆盖的问题，也无法满足数据传输速率达到1 0 0 m b p s 以上乃至更高，以提供宽 带移动多媒体业务服务的需求。 如何保证移动通信网络用户上、下行通信链路的有效高带宽，这实际也是 第1 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 3 g 4 g 的最核心问题。现