OFDM系统中峰均比抑制技术的研究

论文摘要

OFDM(正交频分复用)是一种多载波调制(MCM)技术。它的基本思想是把数据流变换为N路速率较低的并行子数据流,调制到等间隔的一组正交子载波上。因为数据流的速率变为原来的1/N,即符号周期扩大为原来的N倍,每个OFDM符号持续时间比单载波长很多,远远大于信道的最大延迟扩展。另外,OFDM由于充分利用了信号的时频正交性,允许N个子信道频谱有1 /2重叠,因此与常规的FDM系统相比,OFDM系统可以最大限度地利用频谱资源。然而,OFDM系统也存在着一些缺点,制约着系统性能的提高,其中最重要的一个就是过高的峰值平均功率比。在OFDM系统中,使用在频率上具有同步关系的多个载波来调制信号,由于各载波的包络值统计独立,随着载波数的增加,叠加后的信号的峰值功率与平均功率的比值(即峰均比,PAPR)的数值较大。因此,要求系统中的功放具有较高的线性放大范围,同时也要求后继的D/A转换器具有较大的转换宽度,这样不但加大了实现的难度,而且也增加了系统的成本。所以,PAPR抑制技术,就成为了OFDM系统研究中的另一个重要问题。本文首先通过对OFDM原理的讨论,介绍了OFDM的系统模型、关键技术和存在的缺点,以此引出OFDM系统中峰均功率比抑制的重要性和研究意义。其次介绍了OFDM系统中峰均比问题的含义及产生的原因,对常见的限幅滤波、编码、以及信号扰码等三大类PAPR抑制技术做了阐述和理论仿真。其中重点讨论了信号扰码类技术中的SLM和PTS算法,在已有的方法基础上,从IFFT变换核运算量的降低、SLM边带信息传输的改进和PTS算法中最优加权向量搜索次数的降低这三个方面出发,提出了引入TR变换的SLM和PTS的改进算法,降低了IFFT变换核的运算次数,同时还提出了应用于PTS算法中的分层搜索的次优迭代算法和应用于SLM算法的内嵌边带信息的改进算法,最后,使用FPGA实现了改进的SLM算法,实现了系统复杂度的降低。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景与研究现状
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 OFDM 技术的发展
• 1.1.3 OFDM 中峰均比抑制技术的研究现状
• 1.2 本文的研究工作和内容安排
• 2 OFDM 系统介绍
• 2.1 OFDM 基本原理
• 2.1.1 单载波系统与多载波系统
• 2.1.2 OFDM 信号的产生和数学模型
• 2.2 OFDM 中的关键技术
• 2.2.1 保护间隔和循环前缀
• 2.2.2 IFFT/FFT 的算法应用及实现
• 2.2.3 同步技术
• 2.3 本章小结
• 3 OFDM 中的峰均比的定义
• 3.1 高峰均比产生的原因
• 3.2 OFDM 中峰均比的分布函数
• 4 OFDM 系统中降低低峰均比的技术
• 4.1 信号预畸变技术
• 4.1.1 限幅滤波
• 4.1.2 压扩变换法
• 4.1.3 峰值加窗
• 4.2 编码类技术
• 4.3 信号扰码类技术
• 4.3.1 选择性映射（SLM）算法
• 4.3.2 部分传输序列（PTS）算法
• 5 改进的信号扰码类技术
• 5.1 对于IFFT 变换核的简化改进算法
• 5.1.1 特殊旋转矢量和TR 转换
• 5.1.2 TR 转换在SLM 算法中的应用
• 5.1.3 TR 转换在PTS 算法中的应用
• 5.2 分层迭代搜索的PTS 改进算法
• 5.2.1 Cimini 次优迭代算法
• 5.2.2 分层迭代搜索的PTS 算法
• 5.3 内嵌边带信息的SLM 改进算法
• 5.3.1 边带信息的传输
• 5.3.2 基于内嵌入信号的边带信息传输
• 5.4 改进的SLM 算法的实现
• 5.4.1 改进的SLM 算法发端的实现
• 5.4.2 改进的SLM 算法收端的实现
• 5.5 本章小结
• 6 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录：
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录