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多载波码分多址(MC-CDMA)技术具有频率分集、对抗频率选择性衰落能力强、容易实现同步等优点。在下一代移动通信系统的研究和开发中,MC-CDMA技术将是一种主要的物理层数据传输和多址接入解决方案,在未来的语音、数据、视频和多媒体综合业务方面有广阔的应用前景。
将MC-CDMA应用在无线通信系统时,发送信号会受到物理信道中的多径传输和衰落的影响。由于MC-CDMA的符号周期较长,因此每一个子载波经过的信道都可以视作频率非选择性衰落信道。每一个子载波上的信号在无线传输过程中受到线形失真。接收机需要采用频域均衡手段纠正各个子载波的失真,检测出各个子载波上传输的切普数据。
另一方面,在MC-CDMA系统中一个数据符号经过扩频码扩频后,在多个子载波上传输。每个子载波上传输一个扩频后的切普。这使得MC-CDMA具备了频域分集的能力,增加了对抗衰落的能力。为了尽可能减少多址接入干扰和噪声干扰,接收机需要采用最优的合并准则将这些传输相同数据的子载波合并起来。
因此,检测合并技术是MC-CDMA接收机设计与实现中的关键模块。本文以MC-CDMA系统中的检测合并技术作为研究内容,包括MC-CDMA系统的下行链路与上行链路。
为了方便开展对检测合并技术的深入研究,本文首先为MC-CDMA信号构建了正交基,并且总结了上行链路准同步化的设计方法,从而定义了下行链路和准同步上行链路中MC-CDMA接收信号在正交基上的表达式。
然后,本文利用信号的正交基表示,总结了现有文献中提出的正交恢复合并、等增益合并、最大比合并与最小均方误差合并。这四种方法均以单抽头频域均衡器为基础,依赖信道估计结果。本文对它们在上下行链路中的误比特率性能、抗信道估计误差能力以及多激活用户情况下的性能变化情况进行了理论分析和计算机仿真。取得的结果表明,等增益合并与最大比合并最适合于单用户的MC-CDMA下行链路和上行链路,但是不适合用于系统激活用户负荷较大的多址接入系统。而最小均方误差合并仅在系统满负荷时是最优的。另外,仿真结果表明最小均方误差合并的误比特率性能对于信道相位估计误差十分敏感。
为了克服现有检测合并方法的缺点,本文将自适应信号处理技术应用到MC-CDMA的检测合并方法中,提出了递归最小平方(RLS)和判决反馈两种检测合并算法。这两种算法通过对自适应滤波器的训练过程,可以自适应地跟踪信道参数、系统激活用户负荷和信道信噪比的慢变化。仿真结果说明,RLS检测合并的误比特率性能在轻负荷时优于最小均方误差合并,满负荷时与最小均方误差合并性能接近。另外,本文还研究了这两种自适应检测合并方法的收敛速度,结果表明这两种算法可以在两倍扩频码长次迭代内收敛,十分适合在实际通信系统中使用。