快速移动环境下多天线-网格正交频分复用系统信号优化与处理方法研究

Nowadays, the common concern about how to efficiently enhance the data rate of wireless link access in fast-mobile environments is igniting intense world-wide interests. For the key candidate, known as MIMO-OFDM, its leading role on high-rate transmissions is significantly challenged by its natural sensitivity to time-varying channel conditions, while a new shaping technique, called LOFDM, attracts more interest for its potentials in co-channel interference resistance with about 10 dB performance enhancement. And a new shaping technique, called LOFDM, pave the new way for its development and has been igniting wide interest for its outstanding performance in co-channel interference resistance with about 10 dB gains. However, all this that is based on lattice-type signal structure is bought at the price of tight relations between sub-branches. One critical impact on the combination "MIMO-LOFDM" under time-varying multipath channels is the fountain of the long-symbol interference, a phenomenon that is extremely unusual will make the receiver out of run with gigantic computations..In this project, the following issues will be discussed: 1) multi-objective signaling for symbol conjunction length control; 2) adaptive receiver with low complexity reliable symbol recovery under long symbol interferences. More theoretical results and method are expected for its developments.

如何有效增强通信链路在快速移动场景下的传输能力是目前无线通信领域亟待研究的重点问题。虽然多天线正交频分复用MIMO-OFDM优势地位明显，但在快速移动条件下OFDM对时变信道敏感的固有缺陷将导致系统传输效率成倍下降。网格正交频分复用LOFDM的出现不仅印证了性能提升的可能性(中强散射信道下其邻道串扰抑制水平可较前者提高近10dB)，同时也开辟了有效的途径。但所有这些都是以其特有的网格结构为基础、以增加子信号关联程度为代价换取的，在MIMO与LOFDM结合时，最突出的影响就是：在快时变信道下以往极端的"长符号干扰现象"将变得极其平常，并使得接收端的处理难度变得不可控。.结合快时变无线信道及MIMO-LOFDM自身的特殊性，本项目拟研究下述关键问题：1）多目标约束下的最佳信号设计，使符号关联长度得以有效控制；2）研究自适应接收机设计和存在长符号干扰下低复杂度检测方法，以提供一般的依据和方法。

项目背景：网格正交频分复用是针对OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的改进型多载波并行传输技术，其网格状的信号能量分布可使空中信号获得更大的欧氏距离，从而改善移动终端设备抗时变、抗多径性能。但由于符号彼此交叠，长符号串扰问题变得十分普遍，随着数据吞吐量特别是多天线个数的增加，接收处理将备受重负。为此，本项目依托国家自然科学基金-青年基金项目“快速移动环境下多天线-网格正交频分复用系统信号优化与处理方法研究”进行研究。.研究工作及意义：项目任务涉及包括电波传播环境及移动性、信道估值效用、信号自身特性及器件限制等在内的多方面因素及条件限制，对应工作包括发端信号设计及预处理、接收机构造及处理方法等：1）针对发端信号优化，重点研究了波形尺度设计、网格信号更高PAPR及其压扩抑制策略，使信号在信道非理想及器件限制等条件下非线性失真及串扰水平显著降低，同时使带外辐射得到有效抑制，降低了接收过程中因带外辐射过大而造成的信号失真，在此基础上论证其在现有LTE标准的兼容性能；2）针对网格信号接收设计，基于框架集合提出了新型网格接收机结构，以完成散射分量的无损接收；而针对快速移动场景，基于统计域处理思想，利用多天线结构和加权网络处理可有效完成信号相干分量自适应提取，以减少非相干散射分量对符号星座的影响，进而降低后续处理负担；3）针对收端预处理，课题分情况进行研究。针对中低速及以下移动环境，信道信息相对可靠，项目组研究了低复杂度接收处理与判决方法，包括基于Bussgang等效噪声估计与消除方法、格基缩减等技术手段；针对快速移动环境，利用统计域处理模型，提出了基于参考系统或同步信号等在内的低阶自适应权系数调整算法，以实现多天线加权接收网络的快速调整。.项目执行及成果：先后在《Electronic Letter》、《Journal of Sensors》、《ETRI Journal》、《Chinese Journal of Electronics》等国际核心期刊发表论文8篇，国际会议论文3篇，合计11篇，其中SCI检索7篇，EI检索4篇；申请国家发明专利4项，2项已获授权。培养博士研究生2名，硕士生1名，1人被评为理工大学校级优秀硕士学位论文培育对象；构建起兼容LTE标准的网格正交频分复用仿真平台，顺利完成了合同规定的目标要求。