恒包络OFDM的关键技术研究

论文摘要

对于未来宽带无线数字通信系统而言,正交频分复用（OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing）因为具有频带利用率高、有效克服多径干扰等优点,而成为最具竞争力的关键技术之一。但OFDM的固有缺陷就是信号存在大的峰均功率比（PAPR, Peak-to Average Power Ratio）,此点使得OFDM系统对发射机功放引起的非线性扭曲异常敏感,需要大的输入功率补偿。本文重点研究恒包络OFDM（CE-OFDM, Constant Envelope OFDM）技术,它将OFDM信号通过调制到恒包络载波信号的相位中,有效地解决了OFDM的高PAPR问题。本文的主要研究工作如下：（一）着重研究了CE-OFDM在加性高斯白噪声信道和频率选择性多径衰落信道下的性能。通过仿真,获得如下结论：调制系数直接影响着CE-OFDM的频谱特性和误比特性能；非编码的CE-OFDM在多径衰落信道下具有频率分集特性。（二）针对CE-OFDM系统特点,以循环位移的CHU序列作为时域训练序列,提出了一种柯西内插估计器,实现如下：首先利用最大似然准则估计出训练序列处的信道冲激响应（CIR, Channel Impulse Response）,然后利用柯西内插方法获得数据符号处的CIR。在典型市区信道仿真表明：在慢时变信道,柯西内插的性能优于线性内插和二次内插,比最小均方误差差。（三）全面比较和分析了三种分块传输技术OFDM、CE-OFDM和单载波频域均衡（SC-FDE, Single Carrier Frequency-Domain Equalization）的误比特率、谱效率以及功放效率。仿真结果表明：在中低信噪比下,OFDM系统的误比特性能最优,SC-FDE其次,CE-OFDM最差；在高信噪比下,CE-OFDM性能优于OFDM和SC-FDE。它们的PAPR大小关系如下：CE-OFDM<SC-FDE<OFDM.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题的研究目的及意义
• 1.3 CE-OFDM的关键技术
• 1.4 论文内容安排
• 2 无线信道
• 2.1 无线信道传输环境
• 2.1.1 无线信道的建模
• 2.1.2 无线信道的大尺度衰落
• 2.1.3 无线信道的小尺度衰落
• 2.2 本论文的信道模型
• 2.2.1 频率选择性衰落信道模型
• 2.2.2 时变信道模型
• 2.3 总结
• 3 OFDM、SC-FDE以及CE-OFDM的基本原理
• 3.1 OFDM技术的基本原理
• 3.1.1 OFDM的系统模型
• 3.1.2 OFDM的DFT/IDFT实现
• 3.1.3 保护间隔和循环前缀
• 3.1.4 OFDM的峰均比（PAPR）
• 3.2 SC-FDE的基本原理
• 3.2.1 SC-FDE的系统模型
• 3.2.2 SC-FDE的数学描述
• 3.3 CE-OFDM的基本原理
• 3.3.1 CE-OFDM的系统模型
• 3.3.2 CE-OFDM的基本特征
• 3.3.3 CE-OFDM的算法实现
• 3.4 OFDM、SC-FDE以及CE-OFDM的比较
• 3.4.1 峰均比（PAPR）
• 3.4.2 载波频偏和相位噪声
• 3.4.3 功放效率
• 3.5 总结
• 4 理想信道估计条件下CE-OFDM系统的性能仿真
• 4.1 引言
• 4.2 CE-OFDM的性能研究
• 4.2.1 CE-OFDM在AWGN信道中的性能分析
• 4.2.2 CE-OFDM在多径衰落信道下的频率分集特性研究
• 4.2.3 CE-OFDM的频谱特性分析
• 4.3 仿真结果与性能分析
• 4.3.1 系统仿真参数的设置
• 4.3.2 CE-OFDM的性能仿真结果及讨论
• 4.3.3 OFDM、CE-OFDM以及SC-FDE的性能仿真比较
• 4.4 总结
• 5 CE-OFDM的信道估计
• 5.1 引言
• 5.2 导频插入与导频图样
• 5.3 CE-OFDM的信道估计模型及训练图样
• 5.4 信道估计常用方法
• 5.4.1 最大似然准则（ML）
• 5.4.2 最小均方误差准则（MMSE）
• 5.4.3 基于SVD的低复杂度的LMMSE估计器
• 5.5 基于时域训练序列的时域内插信道估计算法
• 5.5.1 柯西内插
• 5.5.2 一阶线性内插
• 5.5.3 二阶多项式内插
• 5.6 仿真结果与性能分析
• 5.7 总结
• 6 结束语
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献