基于认知无线电的NC-OFDM关键技术研究

论文摘要

认知无线电是一种智能无线通信系统,可以通过利用在某一时间留下的频谱空洞,大大提高频谱利用率,解决频谱资源紧张的问题。OFDM是目前公认的比较容易实现频谱资源控制和有效利用的传输方式,是认知无线电首选的复用和调制技术。将OFDM应用于认知无线电,将整个频带划分为若干个OFDM子载波,只利用没有被占用的子载波传输数据,即构成非连续的OFDM,即NC-OFDM（non-contiguous OFDM）。本文介绍了NC-OFDM的基本结构,遇到的一些挑战等。着重研究了NC-OFDM的一些关键技术,主要内容如下:第一,研究了NC-OFDM的峰值平均功率比。在分析NC-OFDM信号的峰均比（PAPR）时,从符号的相关特性出发,推导出了NC-OFDM信号的相关函数,并用相关系数对相关性进行度量,提出了当信号的相关系数小于0.08这个门限时,可以近似认为信号不相关,并可以用公式计算PAPR的互补累计分布函数（CCDF）。在研究NC-OFDM的PAPR降低技术时,提出了一种基于部分传输序列和交织方法的自适应的降低PAPR的方法。该方法能够大幅度地降低PAPR,并且计算量较小。第二,研究了NC-OFDM的同步技术。本文系统地分析了OFDM系统的同步技术,研究了基于循环前缀的最大似然算法,该算法计算量小、冗余度低、实现简单,可同时进行定时和频偏的估计。在将该算法应用到NC-OFDM系统时,存在一些限制,诸如可用子载波不能太少,频偏估计的范围比较小。然后又研究了基于PN重复序列的时间频率同步算法,在分析时间同步时,对Tufvesson时间同步目标函数进行了修正,使得目标函数只有一个峰值输出,极大地减少了虚警概率。在分析频率同步时,研究了二次迭代频率方法,先用间隔较近的序列做相关实现粗同步,频率补偿之后,再用循环前缀做二次估计,这样能获得大的估计范围和高的估计精度。此方法能够较好地应用于NC-OFDM系统。最后,研究了高效的FFT算法。在NC-OFDM的IFFT/FFT运算中,将有大量的0输入/输出,针对这个特点,文中将高效的变换分解算法用于NC-OFDM中,并与传统的修剪算法进行了比较。该算法简单易行,能够明显地减少计算量,并且不需要执行条件语句。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 OFDM技术
• 1.2 OFDM在认知无线电中的应用
• 1.3 本文的一些基本名词及其解释
• 1.4 论文主要工作及章节安排
• 第二章 NC-OFDM的基本原理
• 2.1 OFDM的基本原理
• 2.2 NC-OFDM的框架
• 2.3 NC-OFDM的挑战和优势
• 2.3.1 NC-OFDM的挑战
• 2.3.2 NC-OFDM的优势
• 2.4 小结
• 第三章 NC-OFDM的峰值平均功率比
• 3.1 PAPR的基本概念
• 3.1.1 PAPR的定义
• 3.1.2 降低PAPR的必要性
• 3.2 PAPR的特性分析
• 3.2.1 传统OFDM的PAPR分析
• 3.2.2 过采样下的OFDM的PAPR分析
• 3.2.3 NC-OFDM的PAPR边界
• 3.2.4 NC-OFDM的PAPR统计特性分析
• 3.2.5 性能仿真与分析
• 3.3 PAPR的降低技术
• 3.3.1 PAPR降低技术的方法概述
• 3.3.2 部分传输序列（PTS）技术
• 3.3.3 交织技术
• 3.3.4 自适应方法
• 3.4 小结
• 第四章 NC-OFDM的同步技术
• 4.1 同步技术简介
• 4.1.1 OFDM系统中的同步要求
• 4.1.2 OFDM同步的概念
• 4.1.3 OFDM的同步算法
• 4.2 基于循环前缀的ML估计
• 4.2.1 系统模型
• 4.2.2 方法描述
• 4.2.3 适用范围
• 4.2.4 仿真分析
• 4.3 基于训练序列的算法
• 4.3.1 系统模型
• 4.3.2 时间同步
• 4.3.3 频率同步
• 4.3.4 仿真分析
• 4.4 小结
• 第五章 NC-OFDM的高效FFT算法
• 5.1 采用高效FFT算法的必要性
• 5.2 FFT和IFFT的关系
• 5.3 修剪算法
• 5.4 转换分解算法
• 5.5 仿真分析
• 5.6 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果