单载波与多载波体制协同的时频联合抗衰落与抗干扰机理

单载波信号适合具有多普勒扩展的时变信道，多载波信号则更适合在密集多径信道下传输，将它们协同传输可以获得在高信息速率、高速运动条件下的时频双弥散(衰落)信道中更优的传输性能。而目前的技术是单载波、多载波二选一，或上下行链路分别使用不同体制，二者不能无缝兼容；且单一载波体制在双弥散信道下性能不佳，原因是比特能量在时频平面上分布不够均匀。对此，本项目提出采用以加权类分数傅立叶变换为基础的"载波体制协同"方法，研究单载波和多载波体制协同的基础理论、融合机理、关键技术及可行性。研究和设计的传输信号是一种同时包含单载波与多载波的混合调制信号，可根据信道状态通过参数控制自适应调整二者的混合方式，以此来适应不同类型的时频衰落信道，获取更优的传输性能；并实现在单载波与多载波间无缝平滑过渡，体制上兼容OFDM、单载波频域均衡等现有系统。课题研究的基础性将为未来无线通信系统体制设计及抗干扰技术选择提供理论支持。

基于加权分数傅里叶变换(Weighted Fractional Fourier Transform, WFrFT)的数字通信系统同时具有单载波和多载波的混合信号特征，其利用对单载波和多载波信号进行加权的形式可以实现单载波和多载波的融合，从而可以将其看作是一种实现两种载波体制兼容的方法，从而为现有的多种通信体制的统一提供了一种可行的途径，因此对这一系统的研究具有重要的意义。在本项目中，主要针对如下的方面展开研究：.首先，针对现有蜂窝移动通信系统经常面临的时域-频域双选择性衰落信道，研究了基于加权分数傅里叶变换的信号在经历这一衰落信道时具有较为平稳性能的机理，并利用这一特性实现了相比于传统单载波和多载波信号更好的误码率性能和抗干扰性能。.在此基础上，本项目还研究了基于加权分数傅里叶变换的系统中的关键技术，主要包括均衡技术和抗干扰方法。其中，针对基于加权分数傅里叶变换的系统，搭建了混合载波体制下的频域均衡迭代均衡基带接收系统模型，并分别针对两种不同的截短方式提出了相应的频域线性均衡算法，仿真结果表明，项目组提出的均衡方法取得了较传统单载波均衡和多载波均衡更好的性能。在此基础上为了解决传统基于部分FFT 解调的信道均衡算法的高复杂度，提出了基于部分FFT 解调的带状MMSE 信道均衡算法，仿真结果表明混合载波-部分FFT解调系统要比其他两个载波系统，在相同的带状MMSE均衡下，具有较为明显的优势。.此外，利用WFrFT系统时频能量均匀分布在不同的时频资源上这一特点，分析了WFrFT系统抗衰落及抗干扰的机理，研究了带有频域线性均衡的混合载波系统抗干扰的能力；在此基础上，搭建了WFrFT扩展OFDM系统的结构框图，以窄带干扰和突发干扰为研究对象，提出基于频率映射的WFrFT系统抗窄带干扰方案， 分析了WFrFT扩展OFDM系统抗单频干扰的性能，并给出了求取最优变换阶数的方案及其对应的性能。仿真结果表明，WFrFT扩展OFDM系统抗干扰的性能明显优于另外两种传统体制的系统。.最后，为了验证本项目所提方案的有效性，基于FPGA平台搭建了基于加权分数傅里叶变换的半实物硬件演示验证平台，实现了基于加权分数傅里叶变换的基带信号的传输，同时也分析了不同变换阶数对实际系统性能的影响。