OFDM系统中峰值平均功率比的研究

论文摘要

正交频分复用(OFDM)是一种并行的多载波传输方案,它利用相互正交的多个子载波来传输信息,具有较高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力,适用于高速率和多媒体数据传输,被认为是未来第四代移动通信的核心技术之一。OFDM系统的一个主要缺点就是发送端的传输信号具有较大的峰值平均功率比(PAPR),这限制了OFDM技术的广泛应用。本论文围绕OFDM系统中的峰值平均功率比和降低峰均比的方法展开研究,并利用MATLAB软件对所研究内容进行仿真验证。本文首先详细介绍了OFDM的基本原理和关键技术,从数学角度给出了PAPR的定义和其分布规律的统计特性,分析了OFDM系统出现高PAPR的原因及其对系统性能的影响。接下来介绍降低PAPR的三类方法,包括限幅类技术、编码类技术和概率类技术。概率类技术是本文的重点研究内容,其中包括选择性映射方法(SLM)和部分传输序列方法(PTS),对这两种方法影响信号PAPR性能和计算复杂度进行了比较。由于传统的PTS算法复杂度较高,本文介绍了三种降低复杂度的方法,并提出了一种融合双层PTS法和自适应PTS法的联合算法。经过仿真分析,新算法能够取得与双层PTS法相近的PAPR性能,而且可以很大程度地降低系统复杂度。最后,对本文所做的工作进行了总结,并展望了将所研究的技术实用化的进一步工作及方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 OFDM 技术的发展与应用
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.3 论文的主要内容及结构安排
• 2 OFDM 技术概述
• 2.1 OFDM 基本原理
• 2.1.1 OFDM 收发机结构
• 2.1.2 OFDM 系统的调制和解调
• 2.1.3 保护间隔和循环前缀
• 2.1.4 加窗技术
• 2.1.5 OFDM 基本参数的选择
• 2.1.6 OFDM 与单载波系统的复杂度比较
• 2.2 OFDM 技术的优缺点
• 2.2.1 OFDM 技术的优点
• 2.2.2 OFDM 技术的缺点
• 2.3 OFDM 系统的关键技术
• 3 OFDM 系统的峰均比
• 3.1 PAPR 的定义
• 3.2 PAPR 的分布
• 3.3 高PAPR 产生的原因及带来的问题
• 3.4 离散信号与连续信号PAPR 性能的差异
• 3.4.1 连续信号和离散信号的峰均比
• 3.4.2 连续信号峰均比的上界
• 3.4.3 BPSK 调制特例条件下连续信号的峰均比求解
• 3.4.4 连续信号和过采样离散信号的结果分析
• 4 降低OFDM 系统峰均比的方法
• 4.1 限幅类技术
• 4.1.1 限幅滤波
• 4.1.2 峰值加窗
• 4.1.3 峰值抵消
• 4.2 编码类技术
• 4.2.1 分组码
• 4.2.2 格雷互补序列
• 4.2.3 m 序列
• 4.3 概率类技术
• 4.3.1 最小 PAPR 门限值的理论极限
• 4.3.2 选择性映射
• 4.3.3 部分传输序列技术
• 4.3.4 SLM 与 PTS 方法的比较
• 4.4 评价一种降低 PAPR 方法好坏的标准
• 5 PTS 算法的进一步研究与改进
• 5.1 PTS 算法的复杂度分析
• 5.2 迭代PTS 法
• 5.2.1 迭代 PTS 法原理
• 5.2.2 迭代 PTS 法的仿真分析
• 5.3 自适应PTS 法
• 5.3.1 自适应 PTS 法原理
• 5.3.2 自适应 PTS 法的仿真分析
• 5.4 双层PTS 法
• 5.4.1 双层 PTS 法原理
• 5.4.2 双层 PTS 法的仿真分析
• 5.5 结合双层PTS 法与自适应PTS 法的联合算法
• 5.5.1 联合算法的原理
• 5.5.2 联合算法的仿真分析
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文