未来无线通信中的N连续多载波传输技术研究

N-continuous multicarrier system is a novel transmission technology for future mobile communication since it is capable of efficiently improving the focusing characteristics of the spectrum. However, N-continuous precoding causes frequency-domain in-band interference and time-domain peak-to-average ratio (PAPR) problems. To solve the above problems, this project will study a new N-continuous multicarrier transmission technology by exploring the signal processing method for optimizing the time-frequency characteristics of multicarrier signals. Firstly, through theoretical analysis, it reveals N-continuous multicarrier transmission performance, and explores the relationship between precoding parameters and the performance of bit error rate and out-of-band radiation suppression. Secondly, it studies the low-interference signal processing technology at the transmitter and the low-complexity signal recovery technology at the receiver, in order to obtain an efficient waveform optimization scheme. Finally, considering the problem of PAPR, a time-frequency joint optimization design will be researched to achieve a balanced trade-off among PAPR, out-of-band radiation, and system transmission performance. The research can effectively develop the theory of multicarrier transmission based on N-continuous criterion, while it is expected to be applied to future wireless communication systems due to its promising theoretical and economic value.

N连续多载波系统可以高效地提升信号的频谱聚焦特性，是面向未来移动通信的新型传输技术。然而，N连续预编码会造成频域带内失真和时域峰均比问题。针对上述问题，本项目将研究新型N连续多载波传输技术，探索优化多载波信号时频域特性的信号处理方法。首先，通过理论分析，揭示N连续多载波传输性能，探索预编码参数与误码率、带外抑制性能的制约关系；其次，研究低失真的发射端信号处理技术和低复杂度的接收端信号恢复技术，获得高效的波形优化方案；最后，探索兼顾峰均比特性的时频联合优化设计方案，在峰均比、带外辐射、系统传输性能之间取得较好的平衡。本项目的研究可以完善基于N连续准则的多载波传输理论，并有望应用于未来无线通信系统，具有重要的理论及经济价值。

基于本项目的科学问题和研究目标，项目组研究了新型N连续多载波传输理论，建立了新型多载波传输技术的性能分析模型，深入研究了新型多载波传输的关键技术。项目组紧扣研究任务，共发表论文12篇（SCI期刊论文9篇，EI会议论文3篇），申请发明专利4项（3项已授权），培养硕士9名，圆满完成了项目的预定研究目标和考核指标。.项目的主要研究内容包括：.1）性能分析和基于干扰抑制的性能优化.本项目推导得出了精确的功率谱密度渐进表达式，给出了理想信道估计下的误码率闭合表达式，分析了存在同步误差时接收信号的信噪比表达式，提供了有效的时间同步估计方法；基于相关变量的中心极限定理，本项目证明了当数据量趋于无穷大时，正交时频空多载波符号和子符号均弱收敛于平稳高斯分布。由此，根据卡方随机过程的极限理论，推导了平稳和非平稳正交时频空信号的峰均比概率表达式。.2）高效的N连续收发信机设计.为了提高相位噪声估计和补偿的精度，本项目提出了一种改进的线性内插方法，其特征在于通过选择多对观测样本来计算多个插值斜率，然后根据最小二乘准则选择线性拟合度最大的插值斜率；通过在误差函数中引入基于范数的惩罚项，提出了一种改进的非线性方法。针对高动态的无线信道环境，本项目提出了一种基于深度神经网络的信道均衡架构。而且，为了加快深度神经网络的收敛速度，本项目提出了一种基于分类加权的优化算法。.3）时频域波形联合优化.本项目研究了一种时域N连续广义频分复用技术，以提升波形的时频聚焦性；通过构造恢复矩阵来消除平滑信号引入的干扰，提出了一种迭代的信号检测算法；同时分析评估了系统的信干比和复杂度。针对广义频分复用信号的高峰均比，本项目提出了一种串并结合的峰值抵消方法，通过引入并行处理方式，增加了算法的处理速度，同时其串行处理方式保证了寻找峰值的精度。