梳状谱码和基于它的多址技术及蜂窝组网策略

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多址技术是影响蜂窝通信系统组网策略和频谱效率的重要因素之一,因此针对下一代移动通信系统的多址技术及其蜂窝组网策略的研究是当前无线通信领域的重要课题。本论文在研究分析传统循环前缀(CP-)CDMA技术的基础上,提出了正交频率分组(OFDG)扩频码的概念,并由此导出了梳状谱(CS:CombSpectrum)码;然后,利用CS码的特性,设计了适用于下行链路的CS-CDMA技术和适用于上行链路的组分多址(GDMA)技术;论文最后研究了CS-CDMA系统的下行蜂窝组网问题,提出了基于码组负载的小区分层组网策略,并据此构造了一种CS-CDMA和OFDMA的混合蜂窝系统。 传统的CP-CDMA是一种适用于宽带环境的高频谱效率的多址技术,但是在实际应用中存在以下两个问题:下行接收机中全频点FFT(IFFT)和频域均衡带来的复杂度问题和上行多信道均衡无法实现的问题。本文首先针对其复杂度问题,利用空间分解提出了OFDG码的设计思想。该思想将整个扩频码集分成多个码组,每个码组占用整个频带的部分频点,使得接收端可以利用部分FFT(IFFT)代替全频点FFT(IFFT)实现信号的时频转换和码组分离,并只需进行部分频点的均衡,从而降低接收机复杂度。在该思想的指导下,论文提出了CS码,其最大优点是码组分离更加简单,可以简化为时域的跳加运算,进一步降低了接收机复杂度。而且,CS码可以用传统的正交扩频码通过简单的重复排列和频率平移得到。基于CS码,论文提出了下行CS-CDMA技术,并发现传统的CP-CDMA和OFDM是该技术的两个特例:当码组数为1时,CS-CDMA退化为CP-CDMA;当码组数等于扩频比时,其退化为OFDM的形式。分析和仿真结果表明,选择合适码组数的CS-CDMA系统能够在保持与传统CP-CDMA系统性能相近的基础上,大大降低接收机复杂度;对比MC-CDMA系统,CS-CDMA系统具有低峰均比的优势。 针对CP-CDMA的上行多信道均衡问题,论文根据CS码组的频率正交特性提出了适用于上行的多址技术:GDMA。该技术将不同码组的CS码分配给不同用户,由于各用户码组占用不同的梳状频点,接收机可以采用上述码组分离方法(即跳加运算)实现用户信号的分离。而每个用户不同码道上的信号由于经历了同样的信道,可以实施频域均衡。论文通过理论推导得到了GDMA系统在高速移动环境下由多普勒频散造成的信噪比损失因子的解析表达式,并通过仿真验证了理论推导的正确性。最后,论文研究了下行CS-CDMA系统基于扰码的同频蜂窝组网策略。在这项研究中,我们首先将宽带CS-CDMA系统与传统窄带DS-CDMA系统进行了仿真比较,结果表明,二者在传统同频蜂窝组网的情况下可以支持相近的负载因子,从而达到大致相同的频谱效率;然后根据CS码组的频率正交性,提出了一种适用于CS-CDMA系统的小区分层组网策略。该策略将小区分为内外两层,每层分配不同的CS码组。小区外层的码组维持上述负载因子,而小区内层由于距相邻基站较远,所受同频干扰较小,其码组可以支持较大的负载因子,因而提高了整个系统的频谱效率。在上述分层组网策略的基础上,论文还提出了一种CS-CDMA和OFDMA的混合蜂窝组网系统,利用低负载CS-CDMA系统的抗同频干扰能力覆盖小区外层,而利用满负载OFDMA系统在高载干比时的优异性能覆盖小区内层。
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