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外文翻译
如前几节所述，3G标准都是基于CDMA技术的。 在本节中，我们简要介绍CDMA的原理，这是几种可能的多址技术之一。 多址技术控制用户对可用射频（RF）资源（时隙，频率，代码）的访问，使得所有用户都可以在一段时间内访问RF资源。 通过适当地为每个用户分配RF资源，通信系统可以支持多个用户。 主要多址技术可以分为时分多址（TDMA），频分多址（FDMA）和码分多址（CDMA）。 FDMA方法可能是最简单和最老的多址技术，因为它可以追溯到早期的移动系统。
频分在模拟广播无线电系统中也有着悠久的历史。对于FDMA系统，通过为其中的每一个分配不同的非重叠频道来容纳多个用户。对于TDMA系统，不同的用户使用不同的非重叠时隙传输信号而不会干扰其他用户。当然，这需要集中定时控制，以精确调整每个用户信号的传输定时。相比之下，CDMA系统在整个传输时间内使用整个分配的频谱带，例如，对于基于CDMA的2G蜂窝标准IS-95，整个824-849MHz的下行链路带宽用于BSS将信号发送到活跃用户。商用CDMA系统区分用户的方式是通过直接序列扩频（DS-SS）技术的原理，其中每个用户的窄带数据信号通过用户唯一的扩频码在频率上扩频。传播导致用户信号占用比其信息内容所需要的宽得多的带宽。传播也产生较低的功率谱密度水平。扩频技术也可以通过跳频（FH）实现，其中信号的载波频率在传输过程中发生变化。 FH-SS技术主要用于军事应用。
扩频信令方法最初是针对第二次世界大战中的军事通信系统提出的，其中信号安全性非常重要。 扩频的使用使得通信系统比非扩展系统有很多优点。 例如，扩频系统对干扰，故意（干扰）具有鲁棒性，并且由于类似噪声的信号结构，DS-SS信号难以被未知传播知识的未授权用户检测和拦截 在发射机上使用的代码。
除了增加DS-SS信令方案的安全级别外，其宽带宽有助于抵御多径衰落，这通常是无线通信系统性能下降的主要原因。 具体而言，由于发射信号的宽带宽，接收机能够解析不同的传播路径，并且当这些可解析的路径被相干地组合（即，最大比率组合（MRC））时，在这种多路径环境中性能大大提高。 由于DS-SS的这些吸引人的特性，所有3G标准都基于DS-CDMA技术。
对于DS-CDMA系统，在传输时，用户信号占用整个单向（或双向用于TDD）带宽;因此，每个用户都会对其他用户造成干扰。结果，CDMA系统的容量受到活动用户数量或多址干扰（MAI）的限制。
为了攻击CDMA的这一局限性，研究人员将MAI视为非结构化干扰或“类似噪声”的信号，但将其视为具有某些可用于提高性能的已知属性的信号。这导致了所谓的多用户检测技术。在[27]中提出了最大似然序列估计（MLSE）多用户检测（MUD）技术，以最优地消除所有用户的所有干扰。文献[27]提出的算法是采用维特比算法联合检测所有用户的传输数据，是（序列）最优MUD算法。不幸的是，这个最优MUD的复杂性是用户数量的指数函数，即随着用户数量的增加，MLSE的计算复杂度呈指数增长，这在很大程度上阻止了它在实际系统中的实现。
为了降低计算复杂度，已经提出了一些次优MUD方案。 这包括“减法”方案，如连续干扰消除[28]和并行干扰消除[29]。 在这些方案中，干扰用户的信号被估计，重新生成并从接收信号中减去。 所有其他用户信号的重新生成要求接收器对所有用户信号具有准确的参数估计，并且最重要的是，计算上相当昂贵。 具体而言，SIC的计算复杂度是用户数量的线性函数，并且是PIC的用户数量和迭代次数的乘积的线性函数。 两种方案SIC和PIC的计算复杂度都不如MLSE方案的计算复杂度。
来自不同用户的MAI也可以被类似地处理为来自同一用户的符号间干扰（ISI）。因此，可以使用ISI抵消技术来消除导致两个多用户检测器的MAI的影响：解相关检测器和最小均方误差（MMSE）检测器。去相关检测器和类似于迫零（ZF）均衡器，可以完全消除MAI。它表明去相关检测器具有许多有吸引力的特性，例如，不需要幅度信息，在近远环境等是强壮的。然而，因为它消除了MAI而没有考虑背景噪声的功率和相关性在期望的和干扰的用户之间，在一些情况下，它增强了背景噪声，这大大地降低了其错误表现。为了规避解相关检测器噪声增强的缺点，提出了MMSE检测器。与MMSE均衡器类似，MMSE检测器平衡背景噪声和信号功率，并因此具有比解相关检测器更好的错误概率性能。
由于DS-CDMA系统被广泛应用于商业蜂窝网络，它们是未来无线通信计划(如3G和未来网络)的潜在候选。尽管有它的优势，但CDMA确实有一些缺点。它的缺点之一是对ISI的潜在易感性。对于高数据率应用程序，即多媒体和高速网络，符号持续时间比信道分散时间短得多。虽然RAKE接收器可以帮助对抗信道的分散，但是需要大量的RAKE来捕获所有或大部分分散在通道中的能量，用于这些高数据率应用程序。因此，在这种情况下，接收器的复杂性和成本大大增加。因此，研究人员正在寻找对付ISI的方法。一种方法是在时域或频域上使用均衡器，以减少ISI，这将不可避免地增加系统的复杂性和成本。另一种解决ISI问题的方法是增加符号持续时间。这可以通过多载波传输信号来实现。其中一个多载波传输方案是正交频分复用(OFDM)。在OFDM信令方案中，高速率数据流是第一个串行并行(S:P)转换成多个较低速率的数据流，而这些低速率流是通过正交子载波传输的。这个S:P转换将极大地增加符号的持续时间，当符号持续时间比信道频散长得多，信道分散引入的ISI效应大大降低。因此，接收器的均衡器被简化，甚至可以避免。
在l971年，当温斯坦和埃伯特用傅立叶变换(FT)而不是一组子载波振荡器来实现OFDM信号方案时，OFDM的使用并没有引起足够的重视。在他们的工作中，他们还介绍了在传输的符号之间使用一个保护时间的想法，以避免ISI的影响。随着DSP技术的进一步发展，OFDM可以通过快速傅立叶变换(FFT)实现高效的实现。近年来，OFDM方案已被广泛应用于有线和无线应用领域。例如，OFDM被选为欧洲数字视频广播标准，若干无线局域网(WLAN)标准IEEE 802.11a/g/n和未来固定无线接入标准IEEE 802.16a/e。
最近，研究人员一直致力于将DS-CDMA和OFDM技术相结合，为通信系统带来两者的优势。 该组合导致（至少）三种类型的调制方案：MC-CDMA，MC-DS-CDMA和MT-DS-CDMA [37]。 研究表明，这些多载波扩频调制方案对于信道衰落以及窄带干扰[2]是稳健的，这使得它们对于未来的无线通信系统非常有前途。 尽管它们具有性能上的优势，但这些多载波调制方案可能会遇到较大的峰均功率比（PAPR）以及对同步误差（频率偏移）的敏感度。 在下一章中，我们将详细介绍这些多载波方案的MC-SS系统配置，PAPR降低方法和同步算法。
最近的研究还表明，MC / MT-DS-CDMA非常有可能支持下一代无线网络的需求。 然而，MC / MT-DS-CDMA系统，甚至是由[38]，[39]提出的“广义”MC-DS-CDMA，都采用所有副载波的通用参数设置。 具体而言，它们在每个副载波上采用相同的数据速率，码片速率，幅度和频率间隔。 这将固有地限制系统设计的灵活性。
在本论文的工作中，我们提出了一种新的MC-SS方案，称为谱形广义多音频直接序列频谱（SSG-MT-DS-SS）。
该方案允许MC-SS的所有参数可调或可选。通过调整这些参数，我们可以在不使用任何种类的脉冲整形滤波器的情况下自由地对发送信号的频谱进行整形，本文从其频谱整形能力、PAPR分布以及AWGN和色散信道中的单个和多个用户的误差性能等方面研究了该方案。所有这些都是对所有数字波形使用简单的矩形脉冲完成的。为了扩展我们的方案的能力，我们还研究了正弦芯片波形的SSG-MT-DS-SS的误差性能。正弦码片波形用于SSG-MT-DS-SS的每个副载波，使得在正确设计的码片波形和接收器的情况下，具有正弦码片波形的SSG-MT-DS-SS的误码性能优于传统的MC-DS-CDMA在色散衰落信道中。
本论文的其余部分安排如下：第2章回顾了各种类型MC-SS的相关工作;第3章介绍了SSG-MT-DS-SS的基本思想，描述了它的频谱整形机制，AWGN信道中的误码性能，PAPR分配以及可补充和增强其性能的可能的纠错编码方案。第4章研究了SSG-MT-DS-SS在色散衰落信道中的误码性能，并提出了设计指导。在第5章中，我们研究了SSG-MT-DS-SS在色散通道中的正弦波形波形的误差概率性能，第6章总结了论文的工作，并概述了未来的工作。
在本章中，我们回顾了关于MC-SS的主题的相关研究，MC-SS是结合了OFDM和DS-SS的调制方案。如第1章所述，DS-SS可用于通过CDMA为多个用户提供服务。这种多址接入能力是通过为每个用户分配一个用户特定的扩频码来完成的。广泛用于有线和无线应用的OFDM技术是调制方案而不是多址方案。因此，当需要多用户服务时，必须使用TDMA，FDMA或CDMA来为基于OFDM的系统提供多址接入能力。在最近的IEEE 802.16e标准中可以找到使用TDMA和FDMA的示例OFDM系统。为了寻求更好的技术，研究人员最近致力于将DS-CDMA和OFDM技术结合起来，为通信系统带来两者的优势。 DS-CDMA和OFDM（通常称为多载波CDMA）的组合导致（至少）三种类型的调制方案：MC-CDMA，MC-DS-CDMA和MT-DS-CDMA。三种多载波CDMA方案MC-CDMA，MC-DS-CDMA和MT-DS-CDMA可以分为两种类型，这取决于如何进行扩频。对于MC-CDMA方案，从某种意义上说，频谱在“频域”进行传播，其中输入数据流通过扩频码进行扩频，扩频信号的每个码片通过正交副载波传输。与将频谱扩展到“频域”相反，MC-DS-CDMA和MT-DS-CDMA方案将频谱扩展到“时域”，其中输入数据流是串行到并行的（S： P）转换以形成每个副载波的数据流，然后这些数据流被DS扩展并通过（可能正交的）副载波发送。
定义
，
其中N是每个副载波的处理增益，PTc（t）是码片波形。 值得注意的是，MC-DS-CDMA和MT-DS-CDMA方案具有类似的发射机结构，这两种方案之间的唯一区别是子载波间隔。 对于MC-DS-CDMA，相邻子载波的子载波间隔是每个子载波的码片速率，而子载波间隔是MT-DS-CDMA的每个子载波的数据速率。 MT-DS-CDMA的数据速率是符号速率，其等于比特率除以代表一个传输符号的比特数（或者比特率除以高数据速率中的子载波数， 频率分集形式）。 通常，对于MC / MT-DS-CDMA的每个副载波使用二相相移键控（BPSK）或正交相移键控（QPSK），并且在这种情况下，符号速率是BPSK调制的比特速率， 比特率为QPSK的一半。
对于一个好的MC-CDMA系统设计，每个副载波的带宽小于信道的相干带宽是很重要的，即每个副载波应该经历频率非选择性衰落。由环境决定的相干带宽是衰落相关的带宽，它与环境的均方根延迟扩展（RMS-DS）有关，这通常通过现场测量获得。
因此，在这些MC-CDMA方案中，在复制之前，我们可能需要串并转换输入数据以降低每个子载波的数据速率，使得在扩展之后，每个子载波的码片持续时间对于每个子载波足够长经历平坦的褪色。MC-CDMA的性能与频率选择性瑞利信道中的单载波DS-CDMA的性能相比较。比较了同步MC-CDMA和DS-CDMA的BER性能，并提出了MC-CDMA的最优参数选择。随着信道RMS-DS的增加，MC-CDMA的最佳子载波数和保护间隔增加。同样在本文中，作者表明MC-CDMA在带宽占用或BER方面与DS-CDMA相比没有明显的优势，因为两种系统在相同的带宽和数据速率条件下具有相似的误码性能。我们需要注意的一点是[40]中的比较有利于DS-CDMA，因为它假设DS-CDMA接收机能够捕获信道在时间上散射的所有（显着）多径分量能量，所有的多径回波。这种假设并非总是如此，因为由于接收机复杂度和每分量信噪比（SNR）的限制，通常难以检测和相干地组合所有多径回波。但是，对于MC-CDMA，接收机需要合并频散的能量，即通过几个频率分开的子载波发送相同的信息。由于发送相同信息的子载波被接收器所知，并且所有子载波都经历平坦衰落，所以可以容易地执行组合处理。因此，对于相似的接收机复杂度，MC-CDMA在BER性能方面可能优于DS-CDMA。
这些MC-CDMA系统中的用户例如[40]中的用户通过向每个分配正交码来区分;使用的通用代码集是Walsh Hadamard代码。这意味着MC-CDMA系统要求用户同步，以免破坏用户之间的正交性。因此，MC-CDMA通常用于集中式下行链路，例如蜂窝网络中的BS到MS，其中BS同时向所有用户发射。对于上行链路，即从用户到基站的通信，如果在这个方向上的传输是异步的，则用户信号将不再彼此正交，如实践中通常那样。作者研究了异步MC-CDMA在频率选择性瑞利衰落信道中的性能。在这种情况下，用户信号不是正交的，并且通过假设由于在相关器输出端的MUI引起的干扰是高斯随机变量（RV）来研究多用户干扰（MUI）。异步MC-CDMA的误码概率在[41]中给出。在[41]中表明，对于具有指数衰减功率延迟分布（PDP）的频率选择性瑞利信道，异步MC-CDMA优于DS-CDMA。
如前所述，频谱在MC / MT-DS-CDMA方案的“时域”中传播。 MC / MT-DS-CDMA的基本思想是这两种方案的所有副载波上的信号都是DS-SS信号，并且这些DS-SS信号是通过正交副载波传输的。通过将相邻子载波之间的频率间隔设置为每个子载波上的码片速率或每个子载波上的数据速率（这要求在MT情况下针对给定用户的所有子载波上的扩频码相等），可以实现子载波之间的正交性。当频率间隔是码片速率时，该系统是所谓的MC-DS-CDMA，当频率间隔是数据速率时是MT-DS-CDMA。值得一提的是，作为国际3G标准之一的CDMA2000空中接口的可选格式，MC /
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