无线空间光通信多载波调制降低峰均比的研究与实现

论文摘要

多载波技术是近年来逐渐兴起的一种传输技术。该技术采用并行传输方式,在抑制无线信道的多径衰落,提高频谱资源利用率,增强抗噪能力等方面有十分明显的优势,因此,它已成为目前射频通信技术的研究热点之一。而光通信最大的特点之一是通信容量大,码速率高,把多载波调制技术引入到自由空间激光通信技术后,可以在相同的带宽条件下,提高码率或者降低对器件速率的要求,有利于降低通信系统的实现成本和复杂度。将这两项较为成熟的技术进行融合,能够发挥各自的优势,起到扬长避短的作用。然而,两种技术的结合,相对于传统的单个技术而言,仍存在一些缺陷,主要的缺点如下。高峰均比是多载波系统的主要弱点之一。由于通信中信息传递的不确定性,多个子载波会发生峰值重叠现象,使得幅值过大,激光器饱和,严重时会损害激光器。因此,必须对信号的峰均比进行控制。本文主要针对大气激光多载波调制系统的关键技术之一,即降低峰均比技术进行研究,本文主要做了以下工作:（1）.论文首先分析了采用多载波传输系统的原因,详细介绍了无线空间光通信多载波调制系统的信道特性,包括大气激光的衰减和多径效应。接着介绍了大气激光通信多载波调制系统的结构以及无线空间光通信多载波系统的关键技术;（2）.分析了多载波信号出现峰值的原因,介绍了峰均比的定义和概率统计特性,并总结了目前国内外降低PAPR的四大类方法:信号畸变技术,信号编码技术,符号扰码技术,和信号空间扩展技术。并对SLM和PTS降低PAPR的方法利用MATLAB软件进行了仿真分析;（3）.利用编码技术,基于Golay互补序列和Reed-Muller码的特点,给出了具体的编译码过程;（4）.在详细的研究了编译码算法的基础上,利用MATLAB对所研究问题的算法的性能进行了仿真,并在此基础上,利用FPGA的硬件基础,将本文的算法进行了硬件实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 空间光通信技术的发展概况
• 1.2 国内外空间光通信的研究现状及发展趋势
• 1.2.1.无线激光通信的特点
• 1.2.2.国际上无线激光通信的发展现状
• 1.2.3.国内无线激光通信的发展
• 1.3.多载波无线激光通信系统
• 1.4 课题来源和基本内容
• 1.5 本文结构
• 2 信道特性与多载波调制的原理
• 2.1 采用多载波传输系统的原因
• 2.2 大气信道的特征
• 2.2.1 大气激光的衰减效应
• 2.2.2 多径效应
• 2.3 多载波系统的调制和解调
• 2.3.1.OFDM的基本原理
• 2.3.2.FFT在多载波系统中的应用
• 2.4 大气激光通信多载波调制系统结构
• 2.5 大气激光通信多载波调制系统的关键技术
• 本章小结
• 3 无线激光通信多载波调制中的峰均比
• 3.1.高峰值产生的原因
• 3.2 峰均比的定义和概率统计特性
• 3.2.1 PAPR的数学定义
• 3.2.2 PAPR的概率统计特性
• 3.2.3 过采样对PAPR的影响
• 3.2.4 降低PAPR的方法概述
• 3.3.SLM和PTS降低PAPR
• 3.3.1.选择映射的方法（SLM）
• 3.3.2.部分传输序列（PTS）减少系统的PAPR
• 本章小结
• 4 利用编码技术降低PAPR
• 4.1.问题的提出
• 4.2.分组编码方法
• 4.2.1.分组编码方法
• 4.2.2.简单分组编码方法
• 4.3.求补分组编码方法
• 4.4.基于Golay互补序列和Reed-Muller码的编译码算法
• 4.4.1 编码算法
• 4.4.2 译码算法
• 4.4.3.系统性能分析
• 本章小结
• 5 算法的硬件实现
• 5.1.Verilog语言描述
• 5.2.Quartus Ⅱ简介
• 5.3.方案设计与实现
• 5.3.1.如何产生Golay互补序列
• 5.3.2.GOLAY互补序列译码方案的设计
• 5.4.性能仿真与实验结果
• 5.5.结论
• 本章小结
• 6 本文总结
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文