多载波及其多载波CDMA系统中的关键技术研究

摘要

多载波及其多载波CDMA系统是未来移动通信系统一种很有应用前景的侯选方案,本文针对这两种系统中的峰平功率比减小等关键技术进行了研究,主要内容包括:(1)提出了利用多相互补码对中任一互补码构成多载波信号的方法,研究了多载波信号峰值因子(CF)的上边界.基于互补自相关函数矩阵,分析了构造多相互补码对的方法.对于每一个核心长度,通过改变有关参数可以获得多个多相互补码对.仿真结果和理论分析均表明,利用多相互补码构成的多载波信号,它们对应的峰值因子不大于6dB,且和子载波数无关.(2)分析推导了OFDM系统中峰平功率比(PAPR)的上下边界,并借助于上边界研究了一种降低PAPR的选择性映射(SLM)技术.针对一个16子载波的BPSK-OFDM系统,通过计算仿真验证了SLM技术对该系统PAPR的减小作用.利用Golay互补序列和Reed-Muller码的关系,研究了把输入信息序列编成Golay序列的分组编码算法.为了增加码率,在Golay序列编码算法的基础上提出了一种把输入信息序列编成准Golay序列的编码算法,并利用这两种编码算法对一个16子载波的8PSK-OFDM系统的PAPR特性进行了仿真和比较.对于Golay编码方案,分析了基于快速哈达玛变换的一种高效译码算法.(3)基于越幅率理论推导了带限OFDM信号PAPR的互补累积分布函数(CCDF)的一种新的上边界,并针对一个16QAM-OFDM系统,对不同子载波数的PAPR分布进行了蒙特卡罗仿真,以验证新的上边界的紧密性.仿真结果表明,当子载波数≥64时,新的上边界是紧密的.研究表明,当子载波数较大时,PAPR大于某给定值的概率直接和子载波数成正比,此时,OFDM信号的随机特性起主导作用.(4)分析了M进制相移键控(MPSK)MC-CDMA(基于频域扩频的多载波CDMA)信号包络功率与扩频码序列的部分自相关函数以及部分互相关函数之间的关系,通过仿真研究了不同正交扩频码序列对MC-CDMA系统信号包络功率以及PAPR与用户数之间的关系特性的影响.提出了使用选择性映射(SLM)的MC-CDMA系统模型,并推导了该系统PAPR的上边界.(5)针对工作于慢变频率选择性Rayleigh衰落信道中的部分相干(即本地子载波存在随机相位误差)的MC-DS-CDMA系统(基于时域扩频的多载波CDMA系统),基于随机相位误差的Tikhonov密度分布提出了该系统误码率上边界的一种分析方法.仿真结果表明,随着环路信噪比的增加,相位误差损耗所产生的系统误码率性能损失变得越来越小,当环路信噪比高于系统信噪比20dB以上时,系统误码率性能损失小于0.2dB.

目录

文摘

英文文摘

承诺书

第一章绪论

1.1论文背景

1.2本文的主要研究工作

1.3论文结构

第二章移动无线信道的特性和多载波系统

2.1移动无线信道的特性

2.2多径衰落信道的特征参数

2.2.1时延扩展

2.2.2相干带宽

2.2.3多普勒扩展和相干时间

2.3移动通信中的分集接收

2.3.1分集接收的基本原理

2.3.2分集合并技术

2.4多载波通信系统

2.4.1多载波技术的基本概念

2.4.2 OFDM的实现方法

2.4.3 OFDM的主要优缺点

2.4.4峰平功率比和峰值因子的定义

2.5多载波CDMA技术

2.5.1 OFDM与CDMA结合的三种方案

2.5.2 MC-CDMA与DS-CDMA及OFDM的关系

2.6本章小结

第三章基于多相互补码的多载波信号峰值因子的分析

3.1引言

3.2多载波信号峰值因子的上边界

3.3多相互补码对及其构造

3.3.1 Golay互补序列对

3.3.2多相互补码对的构造方法

3.3.3 MPC码对的构造举例

3.4基于MPC码的多载波CF分析

3.4.1 CF的上边界

3.4.2 CF的仿真结果

3.5本章小结

附图

第四章OFDM系统中的峰平功率比的减小方法

4.1引言

4.2 OFDM系统中的峰平功率比上下边界的分析

4.3利用选择性映射技术减小OFDM系统中的PAPR

4.3.1 SLM技术

4.3.2基于SLM的OFDM系统PAPR减小的仿真结果

4.4减小OFDM信号PAPR的Golay互补序列的编码和译码算法

4.4.1 Golay互补序列

4.4.2 Reed-Muller码

4.4.3编码

4.4.4译码

4.5本章小结

第五章OFDM信号PAPR的分布

5.1引言

5.2系统模型

5.3 OFDM信号PAPR分布的一般分析

5.4 PAPR分布的一种新的上边界

5.5 PAPR分布的仿真结果

5.6本章小结

第六章MC-CDMA系统中峰平功率比的减小措施

6.1引言

6.2 MC-CDMA系统模型和包络功率

6.2.1 MC-CDMA系统模型

6.2.2 MC-CDMA信号包络功率的推导

6.3正交扩频码序列

6.3.1 Walsh序列

6.3.2正交Gold码序列

6.3.3 Frank码序列

6.3.4 Golay互补正交码序列

6.4 MC-CDMA系统峰平功率比的仿真结果

6.5 SLM对MC-CDMA系统峰平功率比(PAPR)的减小作用

6.5.1使用SLM的MC-CDMA系统模型

6.5.2使用SLM的MC-CDMA系统PAPR上边界的推导

6.5.3 SLM中使用的相位序列

6.5.4使用SLM的MC-CDMA系统PAPR的仿真结果

6.6本章小结

附图

第七章部分相干的MC-DS-CDMA系统性能分析

7.1引言

7.2系统模型

7.2.1发射机模型

7.2.2信道模型

7.2.3接收机模型

7.3 MC-DS-CDMA系统性能分析

7.3.1 Chip匹配滤波器的输出

7.3.2相关器的信号输出及其统计特性

7.3.3最大比值合并

7.3.4比特错误概率(BER)的推导

7.4仿真结果及分析

7.5本章小结

附图

第八章结论

8.1研究结论

8.2可以进一步研究、改进的问题

参考文献

致谢

作者攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间参加的主要研究工作