OFDM系统峰均比抑制优化算法研究

论文摘要

正交频分复用（OFDM, Orthogonal frequency division multiplexing）技术可以有效地对抗多径衰落,消除符号间干扰（ISI,Inter-Symbol Interference）,具有较高的频谱利用率,已经成功运用在数字音频和视频广播等现代移动通信系统中,并且成为无线局域网络标准的一部分,在无线通信领域获得越来越广泛的应用。然而,OFDM符号包含多个正交的子载波,信号在时域进行叠加时会产生较大的峰均比（PAPR, Peak to Average Power Ratio）。高峰均比对放大器的线性范围提出了很高的要求,严重限制了OFDM技术的发展,因此研究峰均比抑制技术具有重要的理论意义和应用价值。本文深入研究了OFDM技术原理,对多载波调制和单载波调制的性能进行比较,详细介绍了OFDM的关键技术,重点分析了峰均比问题产生的原因及其对系统性能的影响。在此基础上,研究了峰均比抑制的各类技术,为峰均比抑制算法的提出提供了理论基础。针对部分传输序列（PTS, Partial Transmit Sequence）算法,把寻找最优相位因子问题转化为全局优化问题,利用现代的全局优化算法,实现高峰均比的抑制。在研究现代优化算法的基础上,利用遗传算法较强的全局搜索能力,结合模拟退火算法局部搜索能力强的特点,提出了模拟退火遗传算法,既保证了算法具有较强的全局搜索能力,又有效避免了算法陷入局部最优解。将模拟退火遗传算法运用到部分传输序列算法来求解最优相位因子,提出GSA-PTS算法,可以实现相位因子的快速搜索,有效降低峰均比,具有收敛速度快、计算复杂度低和误码率低等优点。针对选择操作破坏了GSA-PTS算法的种群多样性,引入了单亲交叉,提出了PCGSA-PTS算法。仿真实验结果验证了上述算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 OFDM技术的产生和发展
• 1.3 峰均比抑制算法研究现状
• 1.4 论文的研究内容
• 第2章 OFDM系统原理与关键技术
• 2.1 OFDM系统的基本原理
• 2.1.1 OFDM系统的基本模型
• 2.1.2 串并变换
• 2.1.3 调制与解调
• 2.1.4 DFT的实现
• 2.1.5 保护间隔与循环前缀
• 2.2 OFDM关键技术
• 2.2.1 同步技术
• 2.2.2 信道估计
• 2.2.3 峰均比抑制技术
• 2.3 OFDM系统的主要优缺点
• 2.4 本章小结
• 第3章 OFDM系统峰均比抑制技术
• 3.1 OFDM信号峰均比的定义及其分布
• 3.1.1 OFDM信号峰均比的定义
• 3.1.2 OFDM信号峰均比的概率分布
• 3.2 放大器的非线性对OFDM系统峰均比的影响
• 3.3 过采样对PAPR概率分布的影响
• 3.4 峰均比抑制方法概述
• 3.4.1 限幅类技术
• 3.4.2 编码类技术
• 3.4.3 概率类技术
• 3.4.4 峰均比性能的衡量因素
• 3.5 本章小结
• 第4章 OFDM系统峰均比抑制优化算法
• 4.1 部分传输序列方法
• 4.2 遗传算法原理
• 4.2.1 遗传算法的基本概念
• 4.2.2 遗传算法的影响因素
• 4.2.3 遗传算法的基本步骤
• 4.3 模拟退火算法原理
• 4.3.1 模拟退火算法的原理
• 4.3.2 模拟退火算法的基本步骤
• 4.4 基于模拟退火遗传优化的部分传输序列算法（GSA-PTS）
• 4.4.1 模拟退火遗传算法（GSA）
• 4.4.2 基于模拟退火遗传优化的部分传输序列算法（GSA-PTS）
• 4.4.3 仿真结果及分析
• 4.5 改进的GSA-PTS算法
• 4.5.1 改进的GSA-PTS算法
• 4.5.2 仿真结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢