基于混合载波多模通信系统的制式切换驱动机理研究

The future wireless communication systems and devices should have the capabilities of supporting different networks and standards, and could alter the communication modes to access the proper one, which are known as the multi-mode and reconfigurability. The convergency of single carrier and multi-carrier schemes is the foundation of physical layer technologies which support the capabilities, while the strategies of system modes altering become a subject that is worth studying. ..Against the background of heterogeneous network convergence and green communication, a hybrid carrier scheme communication system is modeled based on the weighted-type fractional Fourier transform (WFRFT), by means of researching the multi-mode reconfigurable communication system and its technologies. The proposed model is then verified by investigating the compatibilities with key technologyies such as anti-jamming and radio access, and the signal characteristics such as peak to average power ratio, nonlinear distortion and so on. Moreover, with the help of nonlinear programming theory, the project plans to solve some multi-constraint optimization problems on modes altering, selection of homo-technologies and parameter adjustment; and proposes two different driven motivations of interference and energy respectively. Finally, a more comprehensive strategy is taken into consideration, in the context of a multi-cell network with dynamically adjustable base coverage...With all the aforementioned research contents, this project aims at promoting the transmission performances and resource efficiency of multi-mode communication systems, as well as optimizing the reconfiguration strategies and implementation architectures.

未来无线通信系统和设备需要具有支持多种网络和标准、并根据需要动态切换的多模式可重构通信能力，其中单载波与多载波体制的融合是支撑这种能力的物理层技术基础，而系统制式切换策略则是值得研究的重要问题。本课题以网络融合与绿色通信的需求为背景，以多模可重构通信系统和技术为具体研究对象，以加权分数傅立叶变换为数学手段，利用其同时包含单、多载波调制的物理特征建立一种混合载波体制通信系统模型。通过探索该模型与抗干扰、无线接入等关键技术的结合方式，以及峰均功率比、非线性失真等信号特征，论证模型合理性；并在此基础上借助非线性规划理论，拟解决多约束条件下的通信制式切换、关键技术选择和系统参数调整等关键问题。据此定义了干扰驱动、功率驱动等不同类型切换策略，并在基站覆盖范围可动态调整的多小区网络背景下，寻求不同策略的融合方案。课题通过上述研究，以期提升多模系统的传输性能和资源效率、优化多模设备的重构算法和实现结构。

未来无线通信系统和设备需要具有支持多种网络和标准、并根据需要动态切换的多模式可重构通信能力，其中单载波与多载波体制的融合是支撑这种能力的物理层技术基础，而系统制式切换策略则是值得研究的重要问题。本课题以网络融合与绿色通信的需求为背景，以多模可重构通信系统和技术为具体研究对象，以加权分数傅立叶变换为数学手段，利用其同时包含单、多载波调制的物理特征建立一种混合载波体制通信系统模型。通过探索该模型与抗干扰、无线接入等关键技术的结合方式，以及统计特性、峰均功率比等信号特征，论证模型合理性；并在此基础上尝试解决不同约束条件下的通信制式切换、关键技术选择和系统参数调整等关键问题，并据此定义了干扰驱动、功率驱动等不同类型切换策略。. 项目研究得到了WFRFT信号的概率密度函数解析表达式。信号的概率分布可以用来推导信道容量、BER、PAPR等指标的闭合表达式，并有助于客观评价信号体制性能、求解最优参数等理论问题。对于QPSK信号而言，其经过WFRFT后的概率密度函数等于16个高斯函数的平移和叠加。由于不同载波体制信号的PAPR不同，导致其可发射的最大功率不同，从而不同载波体制信号的覆盖范围可能不同。项目研究提出了功率驱动混合载波制式切换方案，建立了相关系统模型，为进一步研究混合载波多目标优化信号设计与处理等问题奠定了基础。. 项目研究揭示了WFRFT信号中单载波成份与多载波成份的内在联系。基于这一内在的特点，在频率选择性衰落信道下，得到了带有频域迫零均衡和最小均方误差均衡的混合载波系统误比特率和误符号率的闭合表达式，为客观评价混合载波系统性能、建立混合载波通信系统技术体系提供理论支持。同时，基于这一内在特点，提出了一种混合载波系统的功率分配算法，并分析了频偏对与混合载波误码率性能的影响。. 此外，项目研究采用了联合分析与统计的技术手段，在窄带干扰信道下提出了选取优化WFRFT参数的方法，并对混合载波系统的优势机理进行了进一步的阐释。该方法和具体技术手段有利于复杂信道环境下优化WFRFT参数选取问题的最终解决。