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小波包多载波通信系统的符号定时同步与峰均功率比问题研究

王可  
【摘要】: 随着对实时多媒体及互联网络接入等宽带通信业务需求的不断增加,第四代无线通信系统(4G)的设计被提上日程,4G所要求的极高信息传输速率使得多载波调制成为4G系统中的关键技术。多载波调制大大提高了无线频谱利用率,具有广阔的发展空间。基于小波包变换的多载波通信系统结合了多载波调制和小波包函数的特点,具有抗衰落和抗干扰能力强、频谱效率高、易于实现多速率传输等众多优良特性。本文针对小波包多载波通信系统的符号定时同步和峰均功率比问题进行了研究,主要内容包括如下几个方面。 首先对小波/小波包理论进行了详细的介绍,分析了几种基于小波/小波包变换的多载波调制方案,选择了小波包复用(WPDM)作为本文中小波包多载波通信系统的调制方案。在描述了符号定时偏差对小波包多载波通信系统的影响后,着重介绍了现有的应用于WPDM系统的面向判决最大似然估计(MLDD)符号定时同步算法,通过对该算法的分析,指出算法在外来突发延时影响下需要较长时间才能恢复同步。针对这种情况,提出了一种基于模糊控制的改进算法。通过在系统内引入了模糊控制模块对原有算法的估计值进行补偿,以加速收敛。仿真结果表明新算法大大提高了系统的同步恢复能力。 本文的第二部分是对WPDM系统的峰均功率比(PAPR)进行了研究,对比了不同小波包基函数和不同子载波路数对系统峰均功率比的影响。着重介绍了两种常用的降低OFDM系统峰均功率比的概率类技术——选择性映射(SLM)和部分传输序列(PTS)。针对两种技术在旋转向量生成算法上的不足,引入了工程试验中常用的部分因子设计,分别提出了基于均匀设计的SLM方案和基于正交设计的PTS方案,并将两种算法应用于WPDM系统中。改进的SLM方案通过查取均匀表进行表值转换来生成旋转向量,克服了传统SLM算法中通过随机方式生成旋转向量而致使其均匀性不足的缺点,仿真结果证明了改进的SLM算法可以在不增加任何系统复杂度的情况下获得比传统SLM技术更好的PAPR性能;改进PTS算法中的旋转向量生成方法与改进的SLM技术相似,不同之处是通过正交表来指导的。根据正交设计的性质,改进PTS算法的结果具有规律性,通过参数估计可估计出最佳的旋转向量。仿真结果证实了改进的PTS算法在大大降低运算量的同时获得了与传统PTS相接近的PAPR性能。 文中又尝试了将降低OFDM系统PAPR技术中的限幅类技术移植到WPDM系统中。提出了交织限幅法,交织是一种概率类技术,仿真证实了交织技术可获得与SLM技术相近的PAPR性能;但作为概率类技术的一种,它不能保证将系统的PAPR降至门限值以下。文中同时证明了直接限幅法对WPDM系统的影响小于功率放大器的非线性影响,所以在WPDM系统中可以进行直接限幅,结合交织与限幅技术可很好的改善WPDM系统的PAPR性能;文中最后又提出了一种基于新的变换函数的压缩扩展算法,新的压缩扩展函数扩展了小信号功率,压缩了大信号功率,并且保持均值功率附近的中值信号不变,最大程度的保持系统的正交性,维持系统抗噪性能,仿真结果证明了新的压缩扩展函数在降低系统PAPR上的有效性,在整体性能上是两种常用的压缩扩展算法的折衷。


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