【摘 要】
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随着无线通信技术的不断发展,人们对于信息的传输速率有了越来越高的要求。6G通信作为未来新一代无线通信技术,在传输速率、网络延迟等方面将有更高目标,正受到越来越多的关注,也面临着严峻的技术挑战。毫米波传输是6G通信非常有潜力的方式,而多天线的大规模MIMO系统作为毫米波传输的核心技术之一,其传输频率高、天线阵元数量多等特点,对信号的功率利用率提出了更高的要求。从这个角度来看,高功率效率物理层设计的重
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随着无线通信技术的不断发展,人们对于信息的传输速率有了越来越高的要求。6G通信作为未来新一代无线通信技术,在传输速率、网络延迟等方面将有更高目标,正受到越来越多的关注,也面临着严峻的技术挑战。毫米波传输是6G通信非常有潜力的方式,而多天线的大规模MIMO系统作为毫米波传输的核心技术之一,其传输频率高、天线阵元数量多等特点,对信号的功率利用率提出了更高的要求。从这个角度来看,高功率效率物理层设计的重要性需要被重新认识。恒包络调制能够有效地降低信号的峰均比,可以适应非线性功率放大器,在保障高功率效率的同时还不用担心功放带来的非线性失真对系统性能的影响。因此,对恒包络调制波形的设计与研究具有重要的意义。本学位论文针对恒包络调制及其应用,围绕基于两种系统的物理层波形设计展开,具体研究内容如下:本文首先研究恒包络调制中比较典型的调制方法――连续相位调制（CPM）的基本原理、基本模型和接收检测方法,为后续研究打下基础。与传统的正交振幅调制（QAM）、相移键控（PSK）等调制方式不同,CPM的核心思想是将发送信息包含在载波相位中,且载波的相位是连续变化的。这种调制方法具有相位连续、包络恒定、频谱利用率高等优点,已受到人们广泛关注。文中研究了该调制系统的基本原理,然后介绍了CPM发射机和接收机的结构,还提出了一种新颖的前导设计以及和这种前导对应的到达检测、时频同步方法。除此之外,文中还介绍了恒包络正交频分复用（CE-OFDM）技术,这是一种将恒包络调制与传统正交频分复用（OFDM）结合的技术,它借助相位调制或频率调制等恒包络调制技术,将OFDM信号二次加调在恒包络载波信号的频率或相位信息中,解决了OFDM高峰均比的问题。然后本文对多用户场景下恒包络调制系统的应用做了研究。文中提出了多用户场景下的连续相位调制（MU-CPM）,并介绍了MU-CPM的基本原理、基本模型以及收发机结构。MU-CPM的核心思想是分别用信道化码对不同用户的信息进行预处理,在经过传统CPM调制,得到一个包含多用户信息的CPM信号。另外,本文还将CE-OFDM拓展到多用户场景下,提出了多用户恒包络正交频分复用（MU-CE-OFDM）,并提出了其基本模型和收发机结构。MU-CE-OFDM的思路是将多用户信息分配到OFDM的不同子载波上,再对多用户OFDM信号进行恒包络约束。这里所提出的多用户恒包络调制方法,在保持信号恒包络特性的同时,解决了单波束信号覆盖多个用户的场景下,基站与多用户通信的问题。最后本文研究了一种面向恒包络波形的两段式预编码方案,这种方案有效地利用大空间自由度（Do F）增益来减少射频链路的数量以及信道状态信息信令开销,同时保持信号的恒包络特性。两阶段预编码方案包含一个高维相位的射频预码器和一个低维基带预码器。一方面,由于不同的用户波束在空间域能很好地分割,因此可以利用全局统计信息（空间相关矩阵）的知识来设计RF预码器,以减少波束间干扰。另一方面,可以利用低维有效CSI的信息设计基带预编码器,在n个波束内实现空间复用增益。所以,所提出的两阶段预编码在保持信号恒包络特征的同时,可以降低CSI信号开销和发送数据所用到的射频链数量,并且实现较大的空间复用增益。
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