小波包多載波通信系統(tǒng)的符號(hào)定時(shí)同步與自適應(yīng)均衡問題研究.pdf

1、為了滿足未來(lái)通信方式尤其是移動(dòng)通信對(duì)實(shí)時(shí)多媒體以及互聯(lián)網(wǎng)接入等寬帶業(yè)務(wù)的需求,隨時(shí)隨地、高質(zhì)量、高速率的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)成第四代無(wú)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(diǎn)成為了4G系統(tǒng)的核心關(guān)鍵技術(shù)。WPT-MCM通信系統(tǒng)結(jié)合了小波理論與MCM的優(yōu)點(diǎn)成為了MCM技術(shù)的重要研究方向,它具有頻譜利用率高、易于實(shí)現(xiàn)多速率傳輸、抗干擾抗衰落能力強(qiáng)等許多優(yōu)良性能。本文主要針對(duì)WPT-MCM通信系統(tǒng)的符號(hào)定時(shí)同步和

2、自適應(yīng)均衡問題進(jìn)行了深入的研究,主要內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面。
　　 首先,介紹了構(gòu)成WPT-MCM技術(shù)理論與算法基礎(chǔ)的小波/小波包理論,在此基礎(chǔ)上,著重介紹了WPT-MCM技術(shù),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(diào)制方案:分形調(diào)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(shí)現(xiàn)方案,為后續(xù)深入地研究WPT-MCM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)提

3、供了完整的框架。
　　 其次,對(duì)WPT-MCM通信系統(tǒng)的符號(hào)定時(shí)同步問題進(jìn)行了研究。通過介紹通信系統(tǒng)符號(hào)定時(shí)同步基本原理,詳細(xì)分析了符號(hào)定時(shí)同步全過程和MCM系統(tǒng)的符號(hào)定時(shí)同步問題,進(jìn)而引出了符號(hào)定時(shí)偏差對(duì)WPT-MCM通信系統(tǒng)的影響。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)傳統(tǒng)符號(hào)定時(shí)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(yīng)符號(hào)定時(shí)同步算法。通過在AWGN信道和Rayleigh信道環(huán)境下的仿真實(shí)驗(yàn)表明:由于充分考慮了接收信號(hào)和時(shí)間偏差

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

5、行仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:與EKF、KF、ML等其他符號(hào)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(jìn)一步提高了WPT-MCM通信系統(tǒng)的性能。
　　 最后,對(duì)WPT-MCM通信系統(tǒng)的自適應(yīng)均衡問題進(jìn)行深入研究。在介紹了均衡基本理論的基礎(chǔ)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(shù)之后系統(tǒng)性能的提高,從而說明在復(fù)雜傳輸條件下,均衡技術(shù)對(duì)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(luò)學(xué)習(xí)算法的基于WNN的自適應(yīng)均衡方案。提出的新均衡方案針對(duì)WNN的訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值的學(xué)習(xí)過程實(shí)際上是對(duì)非線性系統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)這一特點(diǎn),采用EKF算法對(duì)WNN連接權(quán)值的計(jì)算過程進(jìn)行線性化處理,估計(jì)出滿足最小MSE準(zhǔn)則的網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值。仿真結(jié)果表明:與已有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡算法相比,該算法收斂速率快且訓(xùn)練序列相對(duì)較短,具有更好的均衡性能;同時(shí),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(yīng)用于WPT

7、-MCM系統(tǒng)。
　　 前一均衡方法中EKF學(xué)習(xí)算法在線性化處理過程中需要計(jì)算導(dǎo)數(shù)矩陣(雅克比矩陣),進(jìn)而產(chǎn)生了對(duì)非方陣求逆矩陣的運(yùn)算過程,這就不可避免地產(chǎn)生了計(jì)算誤差,針對(duì)EKF這一缺點(diǎn),提出了一種基于UKF學(xué)習(xí)算法的RWNN自適應(yīng)均衡方案。該均衡方案采用UKF作為學(xué)習(xí)算法,通過擴(kuò)展訓(xùn)練序列的方法,避免了計(jì)算雅克比矩陣的過程,提高了計(jì)算精度。在線性時(shí)變和非線性時(shí)變多徑信道模型下的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該均衡算法在收斂速率和系統(tǒng)BER