Empfangsalgorithmen für nichtlinear verzerrte Mehrträgersignale

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.