Details

Autor: Peter Zillmann
Titel: Empfangsalgorithmen für nichtlinear verzerrte Mehrträgersignale
Typ: Dissertation
Fachgebiet: Informationstechnik
Reihe: Mobile Nachrichtenübertragung, Nr.: 39
Auflage: 1
Sprache: Deutsch
Erscheinungsdatum: Dezember 2007
Lieferstatus: Lieferbar
Umfang: 196 Seiten
Bindung: Soft
Preis: 49,00 EUR
ISBN: 9783938860144
Umschlag: (vorn)
Inhaltsverzeichnis: (pdf)


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Abstrakt in Englisch

The growing use of portable computers and multimedia equipment results in a rising demand for wireless transmission of digital data. The enormous amounts of data processed in these devices also calls for transmission with higher data rates.
Multicarrier modulation is the preferred transmission principle for these applications, because it enables the combination of high signal bandwidth with manageable computational complexity at the receiver. In addition, higher order modulation is used to increase spectral efficiency.

Multicarrier signals have a high dynamic range, which degrades the efficiency of the RF power amplifier at the transmitter. This is an important disadvantage for batterypowered devices. High signal dynamics also lead to an increased cost of key RF components. In this thesis, methods for multicarrier transmission with reduced dynamic range are investigated. The main focus lies on systems with a high number of active subcarriers and higher order modulation.

It will be shown that, under these assumptions, amplitude clipping and filtering of the digital baseband signal has major advantages over competing approaches. The use of clipping and filtering results in a significant reduction of dynamic range, while the computational complexity of this method is low.

The main part of the thesis is devoted to the development of receive algorithms for nonlinearly distorted multicarrier signals. It is shown that simplified maximum-likelihooddetection and detection with decision feedback reach a performance close to linear transmission.

For practical applications, the performance in combination with forward error correction coding over frequency-selective channels is crucial. It is shown that the principles of turbo-equalization as well as iterative equalization with decision feedback offer excellent performance. Even under strong clipping at the transmitter and with high
modulation order, the frame error rate performance is close to linear transmission.
Thus, the results in this thesis show that deliberately introduced nonlinear distortion at the transmitter does not lead to increased error rates, provided that adequate receive algorithms are used.

Abstrakt in Deutsch

Die zunehmende Verbreitung tragbarer Computer und Multimediageräte führt zu einem wachsenden Bedarf an drahtloser Übertragung digitaler Daten. Durch die Verarbeitung steigender Datenmengen in den Geräten werden auch höhere Datenraten für die Funkübertragung benötigt.

Mehrträgersysteme werden bevorzugt für diese Anwendungen eingesetzt, weil sie bei handhabbarer rechnerischer Komplexität sehr breitbandig ausgelegt werden können. Zusätzlich wird oft höherwertige Modulation eingesetzt, um die spektrale Effizienz der Übertragung zu erhöhen.

Mehrträgersignale haben aber einen großen Dynamikbereich und verringern dadurch den Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers im Hochfrequenzteil des Senders. Dies ist bei batteriebetriebenen Geräten ein entscheidender Nachteil. Auch die Kosten der Hochfrequenzkomponenten steigen durch die hohe Signaldynamik.

In dieser Arbeit werden Verfahren zur Übertragung von Mehrträgersignalen mit reduzierter Dynamik untersucht. Dabei gilt Systemen mit einer großen Zahl genutzter Unterträger und Verwendung höherwertiger Modulation besonderes Interesse.
Es wird gezeigt, dass das Verfahren der Amplitudenbegrenzung und Filterung des digitalen Basisbandsignals unter diesen Voraussetzungen wesentliche Vorteile gegenüber anderen Verfahren zur Reduktion des Dynamikbereichs hat. Durch Verwendung von Begrenzung und Filterung kann die Dynamik bei geringer rechnerischer Komplexität wirksam reduziert werden.

Der Hauptteil der Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Empfangsalgorithmen für nichtlinear verzerrte Mehrträgersignale. Es wird gezeigt, dass vereinfachte Maximum-Likelihood-Detektoren und Detektoren mit Verwendung von Entscheidungsrückkopplung eine Leistungsfähigkeit erreichen, die sich nur geringfügig von der linearen Übertragung unterscheidet.

Für die praktische Anwendung ist die Leistungsfähigkeit in Verbindung mit einem Fehlerschutzcode und frequenzselektiven Mobilfunkkanälen entscheidend. Es wird gezeigt, dass sowohl das Prinzip der Turbo-Entzerrung als auch die iterative Entzerrung mittels Entscheidungsrückkopplung sehr leistungsfähig sind. Selbst bei starker Reduktion des Dynamikbereichs im Sender und Verwendung von hochwertiger Modulation werden die Rahmenfehlerraten der linearen Übertragung fast erreicht.

Damit zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die bewusst eingeführte nichtlineare Verzerrung von Mehrträgersignalen im Sender nicht zu höheren Fehlerraten bei der Übertragung führen muss, wenn geeignete Empfangsalgorithmen eingesetzt werden.