小波包多載波通信系統(tǒng)的符號定時同步與自適應均衡問題研究.pdf

1、為了滿足未來通信方式尤其是移動通信對實時多媒體以及互聯(lián)網(wǎng)接入等寬帶業(yè)務的需求,隨時隨地、高質量、高速率的無線數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)成第四代無線通信系統(tǒng)(4G)的發(fā)展方向。MCM通信系統(tǒng)以其良好的有效性和可靠性等優(yōu)點成為了4G系統(tǒng)的核心關鍵技術。WPT-MCM通信系統(tǒng)結合了小波理論與MCM的優(yōu)點成為了MCM技術的重要研究方向,它具有頻譜利用率高、易于實現(xiàn)多速率傳輸、抗干擾抗衰落能力強等許多優(yōu)良性能。本文主要針對WPT-MCM通信系統(tǒng)的符號定時同步和

2、自適應均衡問題進行了深入的研究,主要內(nèi)容包括如下幾個方面。
　　 首先,介紹了構成WPT-MCM技術理論與算法基礎的小波/小波包理論,在此基礎上,著重介紹了WPT-MCM技術,以及WPT-MCM系統(tǒng)的功率譜密度和帶寬效率;分析和比較了幾種典型的小波/小波包調制方案:分形調制、WPDM、BH-WPDM等,隨后以WPDM方案作為核心算法,提出了一套完整的WPT-MCM通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方案,為后續(xù)深入地研究WPT-MCM系統(tǒng)的關鍵技術提

3、供了完整的框架。
　　 其次,對WPT-MCM通信系統(tǒng)的符號定時同步問題進行了研究。通過介紹通信系統(tǒng)符號定時同步基本原理,詳細分析了符號定時同步全過程和MCM系統(tǒng)的符號定時同步問題,進而引出了符號定時偏差對WPT-MCM通信系統(tǒng)的影響。在此基礎上,針對傳統(tǒng)符號定時同步算法的不足,提出了一種新的基于判決輔助EKF的自適應符號定時同步算法。通過在AWGN信道和Rayleigh信道環(huán)境下的仿真實驗表明:由于充分考慮了接收信號和時間偏差

4、之間的非線性關系和頻率偏差對符號定時的影響,因此該算法可以準確地修正符號定時偏差,并且在收斂速率、估計MSE和系統(tǒng)BER等方面的性能均優(yōu)于其他傳統(tǒng)符號定時同步算法,極大地提高了WPT-MCM通信系統(tǒng)的同步恢復能力。針對前文所提出的基于EKF算法的符號定時同步方案存在較大計算誤差等缺點,對基于EKF算法的符號定時同步方案進行了改進,提出了一種新的基于UKF算法的符號定時同步方法。同樣,對所提方案分別在AWGN和Rayleigh信道模型下進

5、行仿真實驗,結果表明:與EKF、KF、ML等其他符號同步方法相比,該方案有效地降低了系統(tǒng)的平均BER水平,進一步提高了WPT-MCM通信系統(tǒng)的性能。
　　 最后,對WPT-MCM通信系統(tǒng)的自適應均衡問題進行深入研究。在介紹了均衡基本理論的基礎上,分析討論了WPT-MCM通信系統(tǒng)在不同信道環(huán)境下的性能,和采用均衡技術之后系統(tǒng)性能的提高,從而說明在復雜傳輸條件下,均衡技術對WPR-MCM的重要性。隨后,提出了一種采用EKF作為神經(jīng)網(wǎng)

6、絡學習算法的基于WNN的自適應均衡方案。提出的新均衡方案針對WNN的訓練網(wǎng)絡連接權值的學習過程實際上是對非線性系統(tǒng)的參數(shù)估計這一特點,采用EKF算法對WNN連接權值的計算過程進行線性化處理,估計出滿足最小MSE準則的網(wǎng)絡連接權值。仿真結果表明:與已有的神經(jīng)網(wǎng)絡均衡算法相比,該算法收斂速率快且訓練序列相對較短,具有更好的均衡性能;同時,采用該均衡算法的WPT-MCM通信系統(tǒng)的抗多徑衰落性能也優(yōu)于OFDM通信系統(tǒng);該算法非常適合應用于WPT

7、-MCM系統(tǒng)。
　　 前一均衡方法中EKF學習算法在線性化處理過程中需要計算導數(shù)矩陣(雅克比矩陣),進而產(chǎn)生了對非方陣求逆矩陣的運算過程,這就不可避免地產(chǎn)生了計算誤差,針對EKF這一缺點,提出了一種基于UKF學習算法的RWNN自適應均衡方案。該均衡方案采用UKF作為學習算法,通過擴展訓練序列的方法,避免了計算雅克比矩陣的過程,提高了計算精度。在線性時變和非線性時變多徑信道模型下的仿真實驗結果表明,該均衡算法在收斂速率和系統(tǒng)BER