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国际电信联盟（ITU）于2008年启动了第四代（4G）移动通信技术的提案征集和标准化工作。全球微波互连接入（WiMAX）和长期演进（LTE）这两大技术阵营在众多的4G提案中脱颖而出，二者在表面看似激烈竞争的关系之下却无一例外地采用了正交频分复用（OFDM）技术，这意味着无论最后哪方胜出，OFDM都将毫无疑问地成为4G系统物理层的核心技术，因此对多用户OFDM系统中的关键技术开展研究具有深刻的理论意义和应用背景。相对于近期研究较为充分的下行链路传输，多用户OFDM系统上行链路传输涉及的问题更为复杂，本文选题则正是着眼于此。论文在兼顾WiMAX和LTE两套上行传输模型的基础上针对多用户OFDM系统上行链路物理层诸多关键技术进行了广泛而深入的研究，包括：
1.研究了多用户OFDM系统上行多参数估计技术。本论文针对多用户OFDM系统上行链路提出一种多参数估计算法，通过时域训练序列的循环相关运算实现了对各用户信道冲激响应（CIR）、载波频率偏移（CFO）和符号定时误差（STE）等三类参数的估计。该算法将具有良好自相关性的Zadoff-Chu序列进行不同位数的循环移位后分别分配给各用户作为时域训练序列；基站则利用循环相关运算分离出各用户的接收训练数据，进而通过设计合理的门限检测出循环相关结果中首个相关峰即可实现各用户STE的估计；对不同周期内的循环相关结果求相位差即可实现各用户CFO的估计；从循环相关结果中消除同步误差参数影响即可实现各用户CIR的估计。分析和仿真结果显示：与现有的时/频同步参数估计及信道估计算法相比，本算法能够用同一段训练序列实现三类参数的估计，且对各参数具有更优的估计性能。
2.研究了多用户OFDM系统上行频偏补偿和信号检测的联合迭代接收技术。针对WiMAX体制中的正交频分多址（OFDMA）上行信号，本论文将频率同步补偿技术和频域Turbo均衡检测技术相结合，提出一种频偏补偿和信号检测联合迭代接收机。该接收机实现了基于软信息干扰消除（SIC）的CFO频域补偿、频域均衡和最大后验概率（MAP）信道译码的联合迭代处理。理论分析和仿真结果均表明：与现有的迭代接收机相比，本论文所提出的接收机具有更优的频率同步和误比特率（BER）性能、更快的迭代收敛特性和更低的实现复杂度。类似地，针对LTE体制中的离散傅里叶变换扩展-正交频分复用（DFTS-OFDM）上行信号，本论文亦采用相同思路设计出相应的频偏补偿和信号检测联合迭代接收机。
3.研究了多用户OFDM系统上行多址技术和多天线发射分集技术。首先，本论文引入一种基于空分多址（SDMA）和频分多址（FDMA）相结合的上行空频二维联合多址（SFDMA）思想，并设计出一种基于SFDMA的小区内用户分组模型及其带有空域干扰抑制的频率规划方案。SFDMA将小区划分为若干扇区，上行信号波达方向（DOA）在同一扇区内的不同用户可编为一个DOA分组。组内用户采用OFDMA（或DFTS-OFDM）方式接入，不同的分组则采用频谱重叠的SDMA方式接入；小区内用户分组模型及其频率规划方案则可较好地抑制SFDMA各分组上行信号之间的空域干扰。其次，针对WiMAX上行多载波信号体制，本论文将SFDMA和基于空时分组编码（SFBC）的多天线发射分集技术相结合，提出一种上行传输方案：STBC-OFDM-SFDMA，其中各用户端发送带有STBC双天线发射分集效果的STBC-OFDM信号并以SFDMA方式实现上行接入；基站则采用基于Capon波束形成技术的智能天线接收机，它从空间和频率二方面共同区分各用户上行接入信号，同时通过空时解码得到分集增益。理论分析和仿真结果表明：相对于传统的上行传输方案，STBC-OFDM-SFDMA方案实现了频谱资源利用率、BER和复杂度的良好折中。类似地，针对LTE体制中的上行单载波信号，论文亦采用相同思路设计出相应的上行传输方案：STBC-DFTS-OFDM-SFDMA。
4.研究了多用户OFDM系统上行资源分配技术。本论文针对OFDMA上行链路提出了一种以最大化上行和速率为目标、兼顾各用户分布式功率约束和各用户子载波数目下限的子载波和功率分配次优算法。该算法以带有约束的子载波贪婪分配和功率注水分配为基本策略，将接收信噪比作为挑选子载波的参考依据。理论分析和仿真结果均表明：相对于现有的几种子载波和功率分配策略，本算法能够达到更高的上行传输和速率；相对于采用穷举思想的最优分配策略，本算法具有较低的计算复杂度。