滤波器组多载波系统中降低峰均比的研究

摘要

滤波器组多载波（Filter Bank Multicarrier,FBMC）技术具有更少的带外干扰，并且频带利用率高，被认为是克服正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术中现存问题的有效手段，也是第五代移动通信系统中的关键技术。FBMC系统作为多载波系统，传输的信号由多个子载波信号相叠加而成，具有很高的峰值功率，因而面临着高峰均比的问题。在本文中分析了FBMC系统的基本原理，研究了峰均比的产生及影响，并对有失真算法和无失真算法进行分类，进而提出了两种有效抑制峰均比的算法。 一方面，分析了预编码原理，通过在发送端引入预编码矩阵进而影响系统的峰均比性能，主要研究了离散傅里叶变换矩阵和哈达玛矩阵。在已有μ律压扩算法的基础上引入离散傅里叶变换矩阵，提出了基于离散傅里叶变换和μ律压扩（Discrete Fourier Transform-μLaw,DFT-μLaw）联合算法。为了更好地降低峰均比，采用Na和Choi引入多个候选信号的思路，进一步提出了基于改进的离散傅里叶变换和μ律压扩(modified DFT-μLaw,mDFT-μLaw）联合算法。该算法中首先利用离散傅里叶变换，通过改变相移模式使系统更有效地利用单载波效应，并且改变信号的形式来增加多个候选信号，最后将该信号进行压扩处理。通过仿真验证，该mDFT-μLaw算法相较与μLaw，DFT-μLaw算法具有更好的峰均比性能。 另一方面，着重研究了选择映射算法，分析了直接将选择映射算法应用于FBMC系统的不可行性，进而从FBMC信号自身结构出发，提出了低复杂度色散选择映射（Low Complexity Dispersive Selective Mapping,LDSLM）算法。该算法考虑了信号的重叠特性，并且对信号平均功率进行分析，分析发现信号功率主要集中在[nT+T,nT+3T]因此只考虑功率集中区域来缩短搜索范围，降低了系统的复杂度。接下来进一步对有失真限幅滤波（Clippingand Filtering,CAF）算法进行分析，并将LDSLM算法和CAF算法进行结合提出了C-LDSLM算法。该联合算法采用了级联的方式，通过合理调整限幅率，权衡了两种该算法的利弊。通过仿真验证，相比于LDSLM，CAF算法，该C-LDSLM联合算法在保证系统误码率的基础上，可以达到更有效降低系统峰均比的效果。

目录

1 绪论

1.1 移动通信的发展历程

1.2 5G中多载波调制技术

1.3 国内外研究现状

1.4 论文内容及组织结构

2 滤波器组多载波系统基本原理以及峰均比问题

2.1 多载波通信系统

2.2 滤波器组载波系统的实现结构

2.2.1 原型滤波器的设计

2.2.2 多相滤波器组实现

2.2.3 OQAM原理分析

2.2.4 FBMC系统基本框架

2.3 滤波器组多载波系统中的峰均比问题

2.3.1 峰均比的产生及影响

2.3.2 降低峰均比的算法

2.4 本章总结

3 基于预编码和μ律压扩算法的降低峰均比技术研究

3.1 预编码技术

3.2 μ律压扩算法

3.2.1 μLaw算法原理

3.2.2 MATLAB仿真结果与分析

3.3 基于改进离散傅里叶变换和μ律压扩联合算法

3.3.2 mDFT-μLaw算法

3.3.2 MATLAB仿真结果与分析

3.4 本章总结

4 改进色散选择映射联合算法的降低峰均比技术研究

4.1 低复杂度色散选择映射算法

4.1.1 SLM算法原理

4.1.2 LDSLM算法

4.1.3 MATLAB仿真结果与分析

4.2 限幅滤波算法

4.2.1 CAF算法原理

4.2.2 MATLAB仿真结果与分析

4.3 改进色散选择映射联合算法

4.3.1 C-LDSLM算法

4.3.3 算法复杂度分析

4.3.4 MATLAB仿真结果与分析

4.4 本章总结

结论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢