【摘 要】
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基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波（Offset Quadrature Amplitude Modulation based Filter Bank Multi-Carrier,OQAM/FBMC）作为一种非正交调制技术,以两倍于奈奎斯特速率交替发送实值符号和虚值符号,从而在保证数据符号的实域正交性基础上,实现了调制波形的高时频聚焦性和频谱效率的最大化。相比于经典的正交频分复用调制技术,OQAM
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基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波（Offset Quadrature Amplitude Modulation based Filter Bank Multi-Carrier,OQAM/FBMC）作为一种非正交调制技术,以两倍于奈奎斯特速率交替发送实值符号和虚值符号,从而在保证数据符号的实域正交性基础上,实现了调制波形的高时频聚焦性和频谱效率的最大化。相比于经典的正交频分复用调制技术,OQAM/FBMC技术频谱利用率更高,对多普勒频移和时移的鲁棒性更强,因此受到学术界和工业界的广泛关注。采用OQAM/FBMC调制技术实现更细粒度的频谱控制,同时结合主流的多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）技术并释放多天线复用和分集的潜力,也被认为将在满足未来无线通信需求方面起到决定性作用。本论文主要研究OQAM/FBMC通信系统基于块状导频的信道估计,针对不同天线配置下OQAM/FBMC通信系统的导频开销巨大和信道估计困难问题,提出了频谱高效的块状导频设计及信道估计方案,有效提升了系统通信性能和对多径信道衰落的鲁棒性。本论文的研究内容主要包括:1、研究了单天线OQAM/FBMC通信系统基于块状导频的信道估计理论和方法。针对单天线OQAM/FBMC通信系统信道估计时的噪声敏感性问题,提出了一种复值的频域成对导频设计方法,通过在连续子载波上插入成对的导频符号来估计信道,实现了噪声鲁棒性的增强和信道估计性能的提升。同时,为了降低导频开销,提出以频率翻转的形式构造OQAM/FBMC无线帧结构和导频序列。基于频率翻转结构所带来的非正交干扰自消除特性,进一步提出将导频分割成多个相等大小的子块,并在每个子块内插入频率翻转形式的复值数据符号,从而大幅降低了信道估计过程中所占用的导频开销。仿真结果验证了所提出的频率翻转帧结构的有效性,以及分块导频设计方法相比于传统方法在导频开销和信道估计性能方面的优越性。2、研究了多天线复用OQAM/FBMC通信系统基于块状导频的信道估计理论和方法。针对多天线复用OQAM/FBMC通信系统信道估计时的导频开销过大问题,首先揭示了OQAM/FBMC非正交干扰的系数特性,据此提出了基于非正交干扰利用的块状导频设计方法,通过对导频和非正交干扰的叠加实现了伪导频功率的增大和解调噪声的有效抑制。同时,在导频发送功率约束下建立了可最小化信道估计均方误差的导频优化模型,提出了基于频分复用的导频分配策略,并利用半正定松弛算法实现了不同发送天线数下的导频最优化求解,获得了近似最优的信道估计性能。此外,进一步通过动态调整导频和数据之间的隔离符号数目,显著降低了信道估计时的导频开销,提升了系统的频谱效率。仿真结果验证了所提出方法在信道估计性能方面的高准确性及其高频谱效率优势。3、研究了多天线分集OQAM/FBMC通信系统基于块状导频的信道估计理论和方法。针对非正交干扰下OQAM/FBMC技术与传统多天线分集处理结合困难的问题,首先提出了一种低复杂度的延时分集方法来提高OQAM/FBMC通信系统的传输可靠性。具体地,同一OQAM/FBMC信号的多个延时副本从不同的天线发射出去,通过多天线的延时制造虚拟的频率选择性衰落并增加子信道衰落情况的不相关性,从而在接收端通过信道解码获得有效的频率分集增益。同时,针对多天线延时分集OQAM/FBMC通信系统的信道估计困难问题,从频域、变换域和时域三个方面提出了基于块状导频的信道估计方法。根据不同的信道先验知识,理论推导了最小二乘和线性最小均方误差信道估计量,以及不同估计量对应的方差下界。仿真结果表明所提出方法实现了不同信道条件和先验信息下的高效信道估计。综上所述,本论文主要研究了OQAM/FBMC通信系统基于块状导频的信道估计理论和方法,有效提升了信道估计精度并降低了导频资源开销,为实现低开销高性能的无线通信提供了理论基础和方法支撑。
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