面向新一代宽带短波通信的MIMO-OFDM和时频二维联合扩展的理论与技术研究

Modern high frequency (HF) communications are in the significant development stage beyond the third generation (3G) development and starting up the next generation theoretical and technical research. We think that the wide band and high speed will become the main characteristics of the new generation HF communications in future. Aiming at this requirement, the project will research new theory and technology used to greatly enhancing transmision rate of future HF communications on the basis of multiple input multiple output orthogonal frequency division multiplex (MIMO-OFDM) and combined time/frequency spreading which have been widely studied and employed in the field of mobile communications. The researches in the project includes: reseaching the distributed/centralized MIMO in two propagation modes of groundwave and skywave, which will enhance transmision rate by employing space diversity and space channel multiplex; studying the effects on OFDM caused by the skywave propagation dispersion, and presenting the corresponding solution; by means of the combined time/frequency spreading, synchronously obtaining the diversity gain of two fields of time and frequency; building the experiment system and obtaining the operable theory and engineering parameters, which is based on the deep theoretical research of fact channel data and realtime transmition experiment of important theory and algorithm. The project possesses important significance for the exploring of theory and key technology of high speed transmition in the future new generation wideband HF communications, and its research achievements will provide theoretical and technical support for the development of the new generation wideband HF communication systems.

现代短波通信正处于第三代发展后期和启动未来新一代理论与技术研究的重要发展阶段。我们认为，未来新一代短波通信将以"宽带高速"为主要特征。面向这种需求，本项目拟运用在移动通信领域受到广泛关注并已得到实践认可的MIMO-OFDM和时频二维联合扩展的基本思想和原理，探索能够极大地提高未来短波通信传输速率的新理论与新技术。研究内容包括：地波与天波传播条件下的集中式和分布式MIMO，从空间分集和空间信道复用的角度提高传输速率；研究天波传播导致的严重时域弥散对宽带OFDM的影响，提出克服其影响的技术方法；通过时频二维联合扩展，同时获得时、频两个域上的分集增益；构建实验系统，使用实际信道数据深化理论研究，并对重要理论和算法进行实时传输试验，以获得可行性理论和工程参数。本项目对于探索未来新一代宽带短波通信的高速传输理论和关键技术具有重要意义，其研究成果可为发展新一代宽带短波通信系统提供理论和技术支持。

短波通信正处于第三代发展后期和启动未来新一代理论与技术研究的重要阶段。本项目紧密围绕未来宽带短波通信的发展，借鉴当前移动通信领域的新思想新方法，研究多天线、多载波和码分多址相结合的宽带短波通信理论和关键技术。. 短波MIMO空间分集。从理论上分析了分布式MIMO异步协作中继性能，改进了功率分配；分析了Golden Code用于短波相关信道的性能并提出了改进方法；提出了地波传播主-辅协作中继和天波传播抗干扰协作分集方法。. 短波MIMO空间复用的研究。改进了半径自适应K-Best算法，提出了多组并传空时编码等效模型ZF解码方法和多组独立子信道分配预编码算法，使之适应大规模天线阵列。. 短波宽带OFDM调制。从理论上进一步分析了PAPR、多径传播对系统星座图影响的内在特性，获得了新的认识。提出了同时考虑数字预失真与降低PAPR的新方法；提出了通过帧结构和扩频序列设计抑PAPR的新方法。. 短波多载波CDMA。在符号定时序列结构设计、零相关区多相序列集合构造、多ZCZ子集构造、组间互补序列集合构造等方面形成了自身特色；提出了两种适用于短波多进制扩频通信系统的互补序列配对集合生成方法；提出了具有低值同相互相关（IPCC）特性的正交多子集序列集合设计方法和基于循环移位的低值IPCC正交多子集设计方法。. 实验系统及相关技术。研究了发射机功放预失真以及MIMO发射机多通道串扰问题，解决了OFDM系统载波频偏估计难点，设计了2发4收（2×4）宽带短波MIMO-OFDM系统，完成了4通道接收机和2通道发射机硬件设计和制作，完成了信号检测算法FPGA实现。. 本项目获得了短波MIMO系统空间分集、空间复用、宽带OFDM调制以及短波CDMA序列设计的若干新理论、新方法，在一些关键技术上获得了突破，对于宽带短波通信理论发展具有重要科学意义，其研究成果可为发展新一代宽带短波通信系统提供理论和技术支持。. 本项目发表论文25篇，期刊论文8篇，其中国外期刊5篇；国际学术会议17篇。发表论文被SCI收录4篇，EI收录15篇。申请国家发明专利9件。