一种新的OFDM-CPM系统实现与研究

来源 :中国科学院声学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huaweihbl999
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为满足未来无线多媒体应用的要求,无线通信系统必须能提供宽带高速数据传输。实现宽带无线接入需要解决的首要问题之一是信号的多径传输,能有效对抗多径衰落的正交频分复用(OFDM)技术成为首选。   为提高OFDM系统有效信息传输速率,在频带受限的情况下,OFDM的每个子载波尽量采用高阶调制。目前采用的调制方式主要是QAM,然而QAM信号必须采用相干解调。相干解调信道估计的计算量大,导致0.DM系统的复杂度提高。连续相位调制(CPM)是一类恒包络调制技术,由于相位连续,它具有其它调制技术难以比拟的功率和带宽效率,因而在卫星通信和移动通信等诸多领域得到广泛应用。更主要的是CPM是一种有记忆的调制方式,信号前后之间是关联的,这种内在的相位记忆特性使CPM调制具有错误纠正的能力和希望的频谱特性。   本文把CPM调制引入OFDM系统,构建一个新的OFDM-CPM映射调制方案。利用CPM的记忆特性在OFDM系统中引入相关,从而可以进行多符号检测,而不是象传统无记忆映射那样逐符号检测。理论推导和仿真结果都表明这样的OFDM-CPM系统比传统的OFDM具有更好的误码性能。   论文首先介绍了近年来无线通信的发展趋势,分析了OFDM技术在无线数字通信中的优势。在介绍OFDM传输基本原理的基础上,重点研究了OFDM抗多径的机理。同时分析了OFDM实现过程中的关键技术,对于OFDM的存在的问题也进行了分析。   在分析CPM调制原理之后,提出了把OFDM和CPM相结合构建的新的调制方案。引出OFDM-CPM定义的同时,分析了OFDM-CPM信号的相位状态极其频谱特性。对峰值平均功率比(PAPR)敏感是OFDM系统主要的问题。CPM调制因为是恒包络调制,所以在不做任何PAPR相关处理的情况下,相对于QAM也具有更低的PAPR。文中分析了线性分组编码和部分传输序列(PTS)方法对OFDM-CPM的影响。   提出了OFDM-CPM多符号检测的最佳接收机模型,并推导出误码率的联合边界。最佳接收机的复杂性随观察长度和子载波数目的增加而指数增加,在实际系统中并不适用,于是提出简单实用的频域接收机。对0.DM解调之后的频域信号,利用基于最大似然序列原理的维特比算法进行CPM解调。在加性高斯白噪声和瑞利衰落不同信道环境下进行仿真,和传统OFDM系统进行性能比较。在没有信道估计的情况下,OFDM-CPM系统的误码性能优于OFDM-PSK。本文采用了最简单的信道估计,仿真结果表明OFDM-CPM的性能有了更加明显的提高。   自适应调制OFDM系统就是通过对信道状态信息(CSI)的充分利用,在衰落幅度较大的子载波上采用低阶调制方式,而在衰落幅度较小的子载波上采用高阶调制方式,并分配相应的功率。本文提出了利用CPM调制构建新的自适应OFDM-CPM调制系统。针对CPM的特性,分析了OFDM系统经典的比特功率分配算法后,使用子带分配算法进行比特功率分配。将子载波进行分组,每个分组作为一个子带(subband),每个子带中的子载波采用相同的调制编码方案,不同子带独立选择调制编码方案。固定速率传输的情况,提出适合OFDM-CPM的比特分配算法,可变速率传输的情况下,使用固定阈值门限法进行自适应调制。并对自适应OFDM-CPM系统的性能进行了仿真分析。   研究了把OFDM-CPM信号和空时分组编码(STBC)相结合的扩展应用,空时编码可以在频率选择性信道中提供有效的分集增益,同时由于CPM在系统中引入相关,使STBC OFDM-CPM比传统的STBC OFDM具有更好的误码性能。
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