OFDM系统降峰均比技术的研究与实现

论文摘要

正交频分复用技术(OFDM)是一种子载波相互重叠并保持正交的多载波传输技术,它可以有效的对抗多径衰落及符号间干扰(ISI),频谱利用率高,被认为是下一代宽带无线通信的关键技术之一。然而,OFDM技术存在着峰值平均功率比(PAPR)较高的缺点,高PAPR会导致信号失真和频谱扩展,从而降低系统性能。论文即围绕OFDM系统的降峰均功率比算法与实现展开研究,主要工作如下:1、论文详细分析了OFDM系统原理、关键技术及其优缺点,给出了峰均功率比的定义和分布,并结合功放模型分析了峰均比过高对系统的影响,并对目前国内外降低PAPR的各种方法进行了分析和总结。2、针对FPGA硬件设计的特点,提出了一种有效的分段线性压扩算法,其降峰均比效果与非线性压扩法基本相同,但算法的复杂度却大大降低。论文对该方案进行了硬件设计实现,将其应用到基于IEEE802.16d的OFDM系统中。实测效果和资源占用情况显示,该方案在OFDM系统中具有较高实用价值。3、对削波法降峰均比进行了FPGA设计实现。本设计对补0后的数据采用两倍IFFT运算进行过采样,然后再削波和滤波,这样有效的降低了带内噪声,同时也降低了后级插值的倍数,削弱了由插值导致峰值再升的影响,具有较好的降峰均比效果。4、提出一种新的降峰均比算法—星座映射优化法。该算法通过改变星座映射的幅度,采用全局优化方法来选择幅度变换因子,达到了最优的降峰均比效果。与传统降峰均比方法相比,该算法不需要传输边带信息,接收端无需任何变化即可解调;不会产生带内噪声和带外频谱泄漏;在大幅降低信号峰均比的情况下,对接收机误码率性能仅有很小的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 OFDM 技术提出
• 1.2 OFDM 技术发展现状
• 1.3 OFDM 技术的优缺点
• 1.3.1 OFDM 系统的优点
• 1.3.2 OFDM 系统的缺点及峰均比问题研究现状
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 OFDM 基本原理与峰均比问题
• 2.1 OFDM 系统基本原理与数学模型
• 2.2 OFDM 系统结构
• 2.3 OFDM 信号峰均比定义及分析
• 2.3.1 峰均比定义
• 2.3.2 OFDM 信号峰均比概率分布
• 2.4 峰均比过高对系统影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 各种降峰均算法的研究与比较
• 3.1 信号畸变技术
• 3.1.1 削波法
• 3.1.2 压扩法
• 3.1.3 峰值加窗技术
• 3.1.4 数字滤波法
• 3.2 信号加扰技术
• 3.2.1 选择性映射法（SLM）
• 3.2.2 部分传输序列法（PTS）
• 3.3 信号编码技术
• 3.4 本章小结
• 第四章 分段线性压扩法降峰均比及硬件实现
• 4.1 基本原理与数学模型
• 4.1.1 压扩法降峰均比系统模型
• 4.1.2 压缩和扩展变换公式
• 4.2 降峰均比效果分析及对系统误码率的影响
• 4.3 仿真结果
• 4.3.1 降峰均比效果
• 4.3.2 对系统误码率的影响
• 4.4 硬件设计方案及复杂度分析
• 4.4.1 FPGA 实现方案
• 4.4.2 运算量分析与比较
• 4.4.3 FPGA 资源使用情况
• 4.5 本章小结
• 第五章 削波法降峰均比的FPGA 设计实现
• 5.1 削波原理
• 5.2 FPGA 实现方案
• 5.2.1 削波模块设计
• 5.2.2 滤波器设计
• 5.3 降峰均比效果
• 5.4 削波法与压扩法分析与比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 星座映射优化法
• 6.1 基本原理与数学模型
• 6.2 信噪比损失分析
• 6.3 仿真结果
• 6.3.1 降峰均比效果
• 6.3.2 对系统误码率的影响
• 6.4 本章小结
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 内点法
• 附录B 改进的牛顿法