基于OFDM通信系统的峰均比抑制技术的仿真与应用研究

论文摘要

随着移动通信越来越多的成为人们通信的主要方式,频谱资源变的越来越稀缺,传统的单载波传输已经不能满足用户的的需要,而正交频分复用(OFDM)是一种利用多个子载波进行传输,它是一种高效的接入技术。OFDM无线通信技术作为一种新颖的技术,它具有突出的优点,其中一个主要特点就是在于它能够很好地克服多径效应和频率选择性衰落。同时,我们也可以把正交频分复用看作是一种并行技术,主要是将一个高速的数据块分组成为数个低速数据块,然后每一个数据块用以个子载波来调制,这样就可以实现数据的高速率传输了。众所周知由于每个低速数据块的子载波的速率相对较低,这样OFDM符号的周期相对较长,因而对多径效应造成的时延扩展有很强的抵抗能力,同时,由于每个ofdm符号前面加了保护间隔,又叫做循环前缀(CP),这样可以显著的减少符号间的干扰即ISI。OFDM还有一个重大的优点就是它的多个子载波频谱部分相互重叠,而且每个子载波间互相正交,正是因为这样就很容易从混合叠加的子载波上分离出原始的数据信息,因而频谱利用率很高,因而它对频谱资源稀缺的移动通信而言是一种实用的传输技术。OFDM技术由于其突出的优点得到了广泛的关注,但是它也有很严重的缺点,如果不去解决,将会影响其推广和应用,它的缺点主要为以下两个方面：(1)较高的峰波均值功率比即PAPR问题是OFDM技术的一个难点问题,如果不去解决,将会阻碍OFDM技术在现实中的应用。因为OFDM的符号不是恒定的包络,即不是线性的,而非线性的信号进入放大器会导致产生多阶的互调成分,这将严重影响信号的质量和系统的误码率等性能。所以为了提高系统得BER等性能和系统的传输效率,在系统的发射极必须要将包络的峰值和均值因子考虑在内。如果射频功率放大器的输入信号最大幅度不能控制在线性区域内,则功率放大器就不能输出大功率,这将严重影响信号的传输；(2)对频率偏移和噪声等比较敏感。减少噪声和减少频率偏移对正交频分复用非常重要,如果在技术上不能达到,就会破坏OFDM子载波之间的正交特性,从而就会不可避免的引起各个子载波之间的载波干扰和信号干扰；本论文第一章首先提出了OFDM技术的研究背景及发展现状,指出了本文的研究目标和创新点以及结构安排,由于其性能优越而被选为下一代代移动通信的主流技术；第二章介绍了OFDM技术的基本原理。首先分析了传统单载波传输的多径效应,进而引出了OFDM技术,然后分析了OFDM技术的正交原理和OFDM的优缺点,最后针对OFDM的缺点即其较高的PAPR问题讨论了其定义和对系统的影响,并介绍了常用的解决办法；第三章讨论了畸变技术和编码技术降低OFDM系统的峰均比,并提出了一种改进的削波方法和一种块编码方法；第四章探讨了非畸变技术降低OFDM的峰均比,主要介绍了选择性映射技术和部分传输序列技术,并提出了改进的方法及装置,最后对融合方法实现的可能性进行了研究,提出了一种适用于多天线的OFDMA系统的融合方法。第五章对全文进行了总结并将来的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 OFDM技术的研究背景及发展现状
• 1.2 本文的研究目标及创新点
• 1.3 本文的结构安排
• 第2章 OFDM基本原理及其峰均比问题
• 2.1 OFDM技术概述及优缺点分析
• 2.1.1 OFDM引言
• 2.1.2 OFDM的正交原理及频谱
• 2.1.3 OFDM技术的优缺点分析
• 2.2 OFDM系统的峰均比产生及影响
• 2.2.1 PAPR的定义及分布
• 2.2.2 离散与连续信号PAPR性能的差异
• 2.2.3 较高PAPR对系统的影响
• 2.2.4 抑制PAPR常用方法及考虑因素
• 第3章 信号预畸变技术及编码技术减小峰均比
• 3.1 削波方法
• 3.1.1 削波原理及常用方法
• 3.1.2 一种改进的削波法
• 3.1.3 性能仿真及比较
• 3.2 压缩扩展变换方法
• 3.2.1 压扩方法综述
• 3.2.2 常用压扩法介绍
• 3.3 编码技术降低峰均比
• 3.3.1 编码原理介绍
• 3.3.2 一种块编码的方法及装置
• 第4章 非畸变技术降低峰均比
• 4.1 选择性映射技术（SLM）
• 4.1.1 基本原理及优缺点分析
• 4.1.2 一种改进的选择性映射装置及方法
• 4.1.3 能量仿真研究及总结
• 4.2 部分传输序列技术（PTS）
• 4.2.1 基本原理及优缺点分析
• 4.2.2 一种改进的部分传输序列方法及传输方案
• 4.3 融合方法研究
• 4.3.1 融合类型及可用性分析
• 4.3.2 适用于MIMO-OFDMA系统的一种融合方法
• 第5章 总结与展望
• 5.1 文章总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文及专利
• 附录2 主要英文缩写语对照表