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MC-CDMA通信系统关键技术研究

张忠民  
【摘要】:正交频分复用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)已成为无线高速数据通信中非常引人关注的多载波传输技术,OFDM在无信道均衡情况下对多径衰落具有鲁棒性。码分多址(CDMA, Code Division Multiple Access)具有更高的系统容量,且能够有效地克服频率选择性衰落信道带来的影响。为了在高速数据通信中支持成倍增加的用户,采用多载波码分多址(MC-CDMA, Multicarrier Code Division Multiple Access)技术来应对这些挑战。MC-CDMA融合了OFDM技术和CDMA技术,使得MC-CDMA具备OFDM和CDMA的优点,即具有频谱利用率高、通信容量大和抗频率选择性衰落强等。MC-CDMA系统采用了CDMA中的扩频技术,扩频码的性能直接决定了MC-CDMA系统的性能,同时由于MC-CDMA系统也采用了OFDM技术,则使得MC-CDMA也继承了OFDM的缺点,即峰均功率比(PAPR, Peak to Average Power Ratio)较高,同时由于采用多载波传输体制,则相比单载波来说,MC-CDMA对系统的定时同步和载波同步要求也更为严格,而MC-CDMA对频偏的很敏感,使得同步的好坏直接决定了MC-CDMA的系统性能,因此,虽然MC-CDMA在未来移动通信中具有美好的应用前景,但是必须解决MC-CDMA在实际应用转换遇到的PAPR的抑制、定时和载波同步等方面的关键技术问题。 论文介绍了OFDM技术和CDMA技术,分析了OFDM及CDMA的理论基础、主要特点及将两者相结合优点。论文主要研究了OFDM与CDMA相结合的三种方案之一的MC-CDMA的关键技术,从载波干涉扩频序列、峰值平均功率比(PAPR)抑制和定时载波同步三个方面展开研究,论文主要包括以下内容: 1.简要介绍了OFDM技术和CDMA技术的工作原理及优缺点,介绍了OFDM和CDMA的三种结合方式,给出了MC-CDMA系统的发射模型和接收模型,从子载波数和激活用户数两个方面,分析了对MC-CDMA系统性能的影响。 2.载波干涉(CI, Carrier Interferometry)序列的研究。介绍了载波干涉序列和准正交载波干涉(POCI, Pseudo Orthogonal Carrier Interferometry)序列的构成方法,理论推导了采用载波干涉码的MC-CDMA系统与采用WH序列的MC-CDMA系统在抗多址干扰方面的区别,并对采用准正交载波干涉码的MC-CDMA系统进行了改进,验证了改进后的方案能够提高系统的性能,降低了系统的误码率。论文也对准正交载波干涉码进行了改进,改进后的扩频码的性能在误码率方面优于准正交载波干涉码。 3. MC-CDMA系统中峰均功率比(PAPR)的抑制方法的研究。论文引入了自适应峰值抑制(APS, Adaptive Peak Suppression)算法,分析了APS算法的原理及算法实现步骤,同时也指出了算法存在的问题,对该算法进行了改进,减小了APS算法的计算复杂度。论文分析了利用改进后的APS算法对MC-CDMA系统的上行链路和下行链路中峰均功率比的抑制。 4. MC-CDMA中的定时同步和载波同步的研究。对定时同步偏差和载波同步偏差对MC-CDMA系统性能的影响进行了分析,介绍了利用迭代最大似然估计算法对MC-CDMA系统载波频偏进行估计,提出了利用类MUSIC算法对MC-CDMA系统载波频偏进行估计,分析了在频率选择性衰落信道下,多用户的情况对算法的影响,仿真结果表明该算法的频偏估计精度较高。


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