OFDM系统PAPR抑制与预失真联合技术研究及实现

论文摘要

我国的数字电视地面广播DTMB标准中的多载波模式采用了时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）调制技术。OFDM技术因为具有抗多径衰落能力强、频谱效率高、可以用IFFT/FFT实现调制解调等优点，而在无线通信领域得到越来越广泛的应用。除了DTMB，OFDM还在DAB、ADSL、WLAN等系统中得到广泛应用。然而，OFDM技术有一个主要缺点是：峰值平均功率比（简称峰均比，PAPR）较高。高功率放大器（HPA）是数字电视信号发射系统中不可缺少的一个部分。DTMB系统中宽带、高峰均比的OFDM信号对HPA的非线性特别敏感。当高PAPR的信号经过HPA时，将会产生严重的非线性失真，从而造成带内、外失真，降低系统的抗误码性能，功率谱泄漏，对邻道信号造成干扰等。为了减小功放对OFDM信号产生的非线性失真，提高功放的工作效率，本文的研究从两方面入手：一方面，从直接降低OFDM信号峰均比的角度出发，研究了迭代限幅滤波算法，并通过MATLAB仿真，与传统限幅算法在降低PAPR的效果上做了对比分析，迭代限幅滤波算法可以在对系统接收端误比特率影响不显著的情况下，克服信号峰值再增长问题，更好地改善系统PAPR性能；另一方面，从功放线性化的角度出发，研究了基于极坐标法的查询表自适应预失真技术以及预失真系统中反馈环路的延迟估计方法，并通过MATLAB仿真分析其减小带内、外失真的效果，在FPGA硬件平台上实现了预失真系统的逻辑设计和验证。最后，针对预失真技术的性能局限，本文提出了改善方法——将迭代限幅滤波法与基于极坐标法的查询表自适应预失真技术联合起来，并通过MATLAB仿真从幅度补偿、星座解调、误比特率、功率谱密度等方面，考察了不同的限幅门限对联合方案补偿放大器非线性失真有效性的影响。合理设置限幅门限，缩小输入信号的动态范围，联合方案可以在对系统接收端误比特率影响不显著的情况下，减小系统的带内失真，明显改善系统的功率谱泄漏情况，降低对邻道信号的干扰，补偿功率放大器的非线性失真，从而提高功率放大器的工作效率。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 国内外 DTTB 传输标准
• 1.2 OFDM 技术的发展和应用
• 1.3 峰均比降低技术简介
• 1.4 线性化技术的发展
• 1.5 本文研究内容及结构安排
• 第二章 OFDM 技术基础
• 2.1 OFDM 技术基本原理
• 2.2 OFDM 系统的优缺点
• 2.3 OFDM 系统的关键技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 OFDM 系统中的峰均比
• 3.1 PAPR 的定义及分布
• 3.2 降低 OFDM 系统峰均比的方法
• 3.2.1 预畸变类技术
• 3.2.2 概率类技术
• 3.2.3 编码类技术
• 3.3 迭代限幅滤波法及仿真分析
• 3.3.1 传统限幅算法存在的问题
• 3.3.2 改进的限幅算法——限幅滤波法
• 3.3.3 迭代限幅滤波法
• 3.3.3.1 限幅率 CR 的选取
• 3.3.3.2 过采样倍数 J 的选取
• 3.3.3.3 迭代次数 RT 的选取
• 3.3.3.4 迭代限幅滤波法对信号 PAPR 的降低效果
• 3.4 本章小结
• 第四章 OFDM 系统中的自适应预失真技术
• 4.1 无记忆非线性放大器模型
• 4.2 功放非线性对 OFDM 系统的影响
• 4.3 功放线性化技术简述
• 4.4 查询表预失真技术
• 4.4.1 查询表预失真技术在 OFDM 系统中的应用
• 4.4.2 查询表预失真器的具体实现
• 4.4.2.1 查询表地址索引
• 4.4.2.2 环路延迟估计
• 4.4.2.3 自适应算法
• 4.5 仿真结果与分析
• 4.6 预失真系统 FPGA 实现
• 4.6.1 FPGA 开发平台及开发流程介绍
• 4.6.2 查询表自适应预失真技术的 FPGA 实现
• 4.7 本章小结
• 第五章 迭代限幅滤波法与查询表预失真技术的联合
• 5.1 迭代限幅滤波法与查询表预失真技术的联合系统方案
• 5.1.1 预失真技术的工作原理
• 5.1.2 联合系统方案
• 5.2 系统仿真与分析
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文