GFDM系统抗时频偏技术研究
发布时间：2020-07-22 22:04
【摘要】：近年来,移动通信数据流量的需求量迅猛增长,效率高、灵活性强的多载波调制(Multi-Carrier Modulation,MCM)技术成为当前研究的热点。在现有的多载波调制技术中,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)因收发机复杂度低、抗多径干扰能力强及频谱利用率高等优势而被广泛应用于无线通信系统中,但同时带外辐射大、系统峰均比高、对同步要求严格等缺点显而易见,在很多场景中限制了 其应用。广义频分复用技术(Generalized Frequency Division Multiplexing,GFDM)是一种新型的多载波调制技术,在保留OFDM的一些优势外,GFDM有其独特的优势,如可灵活的选择脉冲整形滤波器以获得较低的带外辐射、可灵活的调整时频结构以满足不同场景的需求等。本文旨在探索多用户异步传输场景下如何进一步增强GFDM调制方式对时频偏的鲁棒性,主要研究内容如下:(1)首先研究了 GFDM的基本原理并给出收发机的频域模型,为了进一步了解GFDM系统的通信性能,仿真分析了在高斯信道和多径衰落信道下,GFDM使用不同滚降系数的脉冲整形滤波器及不同接收机时系统的误码率性能。其次,从帧结构上对比了 OFDM、SC-FDE及SC-FDM与GFDM的异同,体现了 GFDM帧结构的灵活性。最后,本论文以LTE中3MHz和20MHz带宽为参考设计了 GFDM帧结构,仿真表明相比于OFDM,GFDM抵抗时频偏移的能力更强,更适用于多用户异步传输场景。(2)研究了 GFDM系统抵抗定时偏差的方法。由于定时偏差导致符号边界跳变,从而使信号的带外辐射加大,相应地增大了多用户间的干扰。针对此问题,本论文采用时域加窗技术使符号边界逐渐过渡到零,减少由符号跳变带来的频谱泄露,仿真表明,当定时偏差大于循环前缀长度时,加窗后用户间干扰可以降低4dB左右,同时带外辐射降低40dB左右。(3)研究了 GFDM系统抵抗载波频率偏差的方法。首先研究GFDM使用不同脉冲整形滤波器时的误码率及带外辐射大小,分析了 GFDM系统采用升余弦(Raised Cosine,RC)脉冲整形滤波器的原因,然而由于RC滤波器导致子载波间频谱重叠,对载波频偏比较敏感。针对此问题,本论文提出在GFDM系统中使用部分响应编码技术降低系统对载波频偏的敏感程度,仿真验证了其优势。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.53
【图文】：
１．３论文的主要内容及结构安排逡逑在多用户通信场景，必须保证不对相邻频带内其他疋在通信的用户产生干扰，因逡逑此较小的带外福射对于多甩户场景尤为重要。图１．１为两用户异步传输场景，假设用逡逑户１严格同步，白色填充虚线框表示用户２严格同步时的情况，紫色填充框表示用户逡逑２存在ＣＦＯ和ＴＯ时的情况。逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逡逑／＊邋＼逡逑ｆ逦甬b6？粗同步逡逑存被Ｆ０和Ｔ０逡逑用户２逡逑严格Ｉ＃逦ｉ邋Ｊ逡逑］ＣＦ０逡逑ＧＯ逡逑用户１逦ＴＯ逡逑严格同步逡逑逦逦？逡逑Ｔｉｍｅ逡逑图１．１多用户异步传输模型逡逑４逡逑
逡逑图１．２中给出了用户１和用户２的功率谱密度示意图，绿色填充框表示用户１严逡逑格同步时的ＰＳＤ；①为用户２严格同步时的ＰＳＤ，②为甩户２存在ＴＯ及ＣＦＯ为负逡逑时的ＰＳＤ；③为甩户２只存在ＴＯ时的ＰＳＤ，④为甩户２存在ＴＯ及ＣＦＯ为正时的逡逑ＰＳＤ。ＴＯ带来频谱泄露，使得功率谱密度带外辐射变大，ＣＦＯ使得用户２的功率谱逡逑密度左右搬移，从而给相邻用户带来干扰。逡逑Ａ邋ＰＳＤ逡逑用户１邋ＧＣ逦用户２逡逑Ｈｉ邋＼邋—逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逡逑图１．２用户１和用户２的功率谱密度示意图逡逑本论文以ＧＦＤＭ系统为研宄对象，从降低带外衰减、抵抗较大定时偏差及频率逡逑偏移等角度出发，综合对比ＯＦＤＭ系统与ＧＦＤＭ系统的频谱效率、时频鲁棒性等关逡逑键性能指标，然后探宄如何进一步降低ＧＦＤＭ调制方法对同步误差的敏感度。论文逡逑结构安排如下：逡逑第一章首先介绍了课题的研究背景和意义
２．１邋ＧＦＤＭ系统基本原理逡逑２．１．１邋ＧＦＤＭ基本原理逡逑ＧＦＤＭ是一种基于块传输的非正交多载波调制技术，其收发机结构框图如图２．１逡逑所示［２６］。逡逑Ａ逦Ｈ逡逑ｉＳｆ邋１信道编码－＾数字调制一＾邋ＧＦＤＭ调制＾？邋加ＣＰ邋＾？无线信道逡逑°逡逑同步逡逑Ｂ逦｜文逡逑ｌｉＳｆ邋＇？—佶道解码＜ｂ＾数字解调ＧＦＤＭ解调Ａ邋均衡逦去ＣＰ逡逑图２．１邋ＧＦＤＭ系统收发机结构框图逡逑在发射端，由信源生成二进制数据矢量ｂ，经过信道编码后得到ｂｅ，然后经过数逡逑字调制模块得到复值信号ｄ。ｄ是表示包含了尤个子载波、Ｍ个子符号的数据块，即逡逑ｄ邋＝邋（ｄ／，七Ｖ？．，ｆ，ｄｍ邋＝邋＠。ｍ，＜ｍ，…ｆ，全部的符号数为邋Ｎ＝ＫＭ，实中邋ｄｋ邋ｍ逡逑表示调制块上第Ａ个子载波第ｍ个子符号携带的数据，ｄｍ表示第ｍ个子符号上所有逡逑尤个子载波所携带的数据，接着将ｄ输入至ＧＦＤＭ调制器得到信号ｘ。逡逑ＧＦＤＭ调制器框图如图２．２所示。将数字调制后的符号经过串并转换及尤倍过逡逑采样后，与相应的脉冲整形滤波器做循环卷积，此时每个子符号上的脉冲逡逑整形滤波器都是由前一个子符号的脉冲整形滤波器经循环移位后得到的，然后将各路逡逑信号调制到相应的载波频率上。第Ａ个子载波上的第ｍ个子符号之＾对应的脉冲整逡逑形滤波器的时域表达式为：逡逑ｊ２７ｒ—ｎ逡逑ｇｋｍ［ｎ］邋＝邋ｇ［（ｎ－ｍＫ）邋ｍｏｄ邋Ｎ］－ｅＪ邋Ｋ逦（２－１）逡逑其中
本文编号：2766416
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.53
【图文】：
１．３论文的主要内容及结构安排逡逑在多用户通信场景，必须保证不对相邻频带内其他疋在通信的用户产生干扰，因逡逑此较小的带外福射对于多甩户场景尤为重要。图１．１为两用户异步传输场景，假设用逡逑户１严格同步，白色填充虚线框表示用户２严格同步时的情况，紫色填充框表示用户逡逑２存在ＣＦＯ和ＴＯ时的情况。逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逡逑／＊邋＼逡逑ｆ逦甬b6？粗同步逡逑存被Ｆ０和Ｔ０逡逑用户２逡逑严格Ｉ＃逦ｉ邋Ｊ逡逑］ＣＦ０逡逑ＧＯ逡逑用户１逦ＴＯ逡逑严格同步逡逑逦逦？逡逑Ｔｉｍｅ逡逑图１．１多用户异步传输模型逡逑４逡逑
逡逑图１．２中给出了用户１和用户２的功率谱密度示意图，绿色填充框表示用户１严逡逑格同步时的ＰＳＤ；①为用户２严格同步时的ＰＳＤ，②为甩户２存在ＴＯ及ＣＦＯ为负逡逑时的ＰＳＤ；③为甩户２只存在ＴＯ时的ＰＳＤ，④为甩户２存在ＴＯ及ＣＦＯ为正时的逡逑ＰＳＤ。ＴＯ带来频谱泄露，使得功率谱密度带外辐射变大，ＣＦＯ使得用户２的功率谱逡逑密度左右搬移，从而给相邻用户带来干扰。逡逑Ａ邋ＰＳＤ逡逑用户１邋ＧＣ逦用户２逡逑Ｈｉ邋＼邋—逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逡逑图１．２用户１和用户２的功率谱密度示意图逡逑本论文以ＧＦＤＭ系统为研宄对象，从降低带外衰减、抵抗较大定时偏差及频率逡逑偏移等角度出发，综合对比ＯＦＤＭ系统与ＧＦＤＭ系统的频谱效率、时频鲁棒性等关逡逑键性能指标，然后探宄如何进一步降低ＧＦＤＭ调制方法对同步误差的敏感度。论文逡逑结构安排如下：逡逑第一章首先介绍了课题的研究背景和意义
２．１邋ＧＦＤＭ系统基本原理逡逑２．１．１邋ＧＦＤＭ基本原理逡逑ＧＦＤＭ是一种基于块传输的非正交多载波调制技术，其收发机结构框图如图２．１逡逑所示［２６］。逡逑Ａ逦Ｈ逡逑ｉＳｆ邋１信道编码－＾数字调制一＾邋ＧＦＤＭ调制＾？邋加ＣＰ邋＾？无线信道逡逑°逡逑同步逡逑Ｂ逦｜文逡逑ｌｉＳｆ邋＇？—佶道解码＜ｂ＾数字解调ＧＦＤＭ解调Ａ邋均衡逦去ＣＰ逡逑图２．１邋ＧＦＤＭ系统收发机结构框图逡逑在发射端，由信源生成二进制数据矢量ｂ，经过信道编码后得到ｂｅ，然后经过数逡逑字调制模块得到复值信号ｄ。ｄ是表示包含了尤个子载波、Ｍ个子符号的数据块，即逡逑ｄ邋＝邋（ｄ／，七Ｖ？．，ｆ，ｄｍ邋＝邋＠。ｍ，＜ｍ，…ｆ，全部的符号数为邋Ｎ＝ＫＭ，实中邋ｄｋ邋ｍ逡逑表示调制块上第Ａ个子载波第ｍ个子符号携带的数据，ｄｍ表示第ｍ个子符号上所有逡逑尤个子载波所携带的数据，接着将ｄ输入至ＧＦＤＭ调制器得到信号ｘ。逡逑ＧＦＤＭ调制器框图如图２．２所示。将数字调制后的符号经过串并转换及尤倍过逡逑采样后，与相应的脉冲整形滤波器做循环卷积，此时每个子符号上的脉冲逡逑整形滤波器都是由前一个子符号的脉冲整形滤波器经循环移位后得到的，然后将各路逡逑信号调制到相应的载波频率上。第Ａ个子载波上的第ｍ个子符号之＾对应的脉冲整逡逑形滤波器的时域表达式为：逡逑ｊ２７ｒ—ｎ逡逑ｇｋｍ［ｎ］邋＝邋ｇ［（ｎ－ｍＫ）邋ｍｏｄ邋Ｎ］－ｅＪ邋Ｋ逦（２－１）逡逑其中
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 杨路;朱嘉羲;马广浩;;OFDM系统中基于二阶多项式奈奎斯特窗的边带加窗技术研究[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2014年03期
2 庞宗山;李小民;郑宗贵;;载波频偏对OFDM系统的影响分析及仿真[J];信息技术;2011年02期
3 丁天昌;;梯形窗函数性能分析[J];东北重型机械学院学报;1990年02期
本文编号：2766416
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