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基于非失真的OFDM信号峰均比抑制技术研究

作　者: 王铁滨
导　师: 王克奇
学　校: 东北林业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 正交频分复用部分传输序列选择映射峰值均值比
分类号: TN929.53
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

正交频分复用OFDM以其高频谱效率、传输速率和对抗多径衰落的能力,成为适合林业无线通信的传输技术之一。但OFDM发射信号具有较高的包络动态范围和峰均比,从而影响了发射端的功率效率和能量效率。本研究从林业通信的需求出发,研究了非失真的正交频分复用系统的峰均比抑制技术,这些技术可以看作是计算复杂度和峰均比抑制能力之间的优化设计。第一章介绍了基于OFDM的林业通信背景,对现有的OFDM通信中所使用的峰均比抑制算法进行了概括。第二章通过理论分析和仿真验证,介绍了OFDM的基本框架和数学建模,揭示了其对抗多径衰落的原理,并对OFDM所具有的高峰均比问题进行了分析和建模,为后续章节的优化技术提供了理论依据。第三章对部分传输序列PTS和选择映射SLM这两类主要的非失真峰均比抑制技术分别进行了研究。对于选择映射法,分析和仿真了其传输结构和峰均比抑制性能。对于部分传输序列法,先对其峰均比抑制能力在不同子载波数的环境下进行了仿真,再通过复杂度分析为系统实现提供了理论依据,最后研究了基于门限判决的自适应部分传输序列法以降低原有系统的计算复杂度。第四章研究了具有连续相位因子的高效部分传输序列算法。在对传统算法进行了分析和仿真的基础上,一方面,通过理论分析和系统设计,提出了一种新型连续相位因子PTS算法,该算法可以在不增加计算复杂度的前提下,提升峰均比抑制能力；另一方面,针对连续相位因子PTS系统所固有的前馈频谱效率不高的问题,提出了利用离散量化的方式以实现高效的前馈传输；此外,针对相位因子离散量化所引起的传输性能下降,提出了一种基于判决反馈的相位因子恢复方式以提升其传输性能。第五章研究了基于傅立叶扩展的OFDM峰均比抑制算法。先对于传统的无线通信多址通信中的峰均比抑制技术,进行了峰均比抑制的验证；再将傅立叶扩展的技术应用到全部带宽占用的高速宽带通信中,通过计算机仿真验证了其性能；最后,针对传统技术峰均比抑制能力偏低的问题,提出了一种出结合相位因子旋转来优化其峰均比抑制能力的新技术。第六章中研究了MC-CDM系统的峰均比抑制问题。基于多载波码分复用的MC-CDM技术,可以综合码分复用和正交频分复用的优势,是一类在林业通信中有前途的传输技术。第一,通过对于不同的正交码所具有的峰均比特性进行了分析和比较,为系统设计的正交码选型提供了理论依据；第二,考虑了部分传输序列与MC-CDM的联合优化,并提出了一种新的峰均比抑制技术,仿真表明该技术能够比单纯的联合技术获得更好的峰均比抑制性能；第三,研究了基于选择映射的MC-CDM系统中的码字、相位因子序列联合设计方法,通过计算机仿真,证明了二者联合优化在性能方面的改善。第七章进行了总结和对未来研究的展望。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
English Contents  11-14
1 绪论  14-19
  1.1 引言  14
  1.2 国内外研究现状分析  14-18
    1.2.1 基于能耗损失的峰均比抑制方案  14-16
    1.2.2 基于非失真的峰均比抑制方案  16-17
    1.2.3 具有高能效的改造系统  17
    1.2.4 峰均比研究的发展趋势和存在的问题  17-18
  1.3 课题研究的目的、内容  18-19
    1.3.1 研究目的和意义  18
    1.3.2 研究内容  18-19
2 正交频分复用系统和峰均比  19-34
  2.1 正交频分复用系统的基本原理和建模  19-26
    2.1.1 基本原理  19-20
    2.1.2 OFDM的基带数学模型  20-22
    2.1.3 OFDM抵抗多径的数学建模  22-24
      2.1.3.1 数据帧过信道后的接收数据  22
      2.1.3.2 CP如何消除ISI  22
      2.1.3.3 CP如何消除ICI  22-24
    2.1.4 计算机仿真  24-26
  2.2 OFDM的峰均比及定义  26-33
    2.2.1 OFDM的峰均比问题  26
    2.2.2 峰均比的定义  26-28
    2.2.3 峰均比的仿真  28-29
    2.2.4 过采样对PAPR的影响  29-33
  2.3 本章小结  33-34
3 基于多信号替换的峰均比抑制算法  34-48
  3.1 SLM方法  34-37
    3.1.1 原理介绍  34-35
    3.1.2 SLM-OFDM系统PAPR分析  35
    3.1.3 SLM-OFDM仿真结果比较与分析  35-37
  3.2 PTS方法  37-42
    3.2.1 PTS的原理  37-39
    3.2.2 PTS的峰均比抑制性能  39-41
    3.2.3 PTS的计算复杂度  41-42
  3.3 过采样PTS  42-44
    3.3.1 过采样PTS的原理及仿真链路图  42-43
    3.3.2 过采样PTS仿真结果及分析  43-44
  3.4 自适应PTS  44-47
    3.4.1 系统原理  44-45
    3.4.2 自适应PTS的仿真结果及结果分析  45-47
      3.4.2.1 迭代次数的统计  45-46
      3.4.2.2 自适应迭代方法在不同门限值的CCDF仿真结果  46-47
  3.5 本章小结  47-48
4 改进的部分传输序列方法  48-58
  4.1 连续相位因子部分传输序列方法  48-50
    4.1.1 算法原理  48-50
    4.1.2 仿真结果  50
  4.2 本文所提出的新PTS方法  50-53
    4.2.1 算法原理  50-52
    4.2.2 仿真结果  52-53
  4.3 一种新的副信息量化方法  53-57
    4.3.1 算法原理  53-56
    4.3.2 仿真结果  56-57
  4.4 本章小结  57-58
5 基于DFT预编码的峰均比抑制算法  58-67
  5.1 传统的DFT预编码多址系统  58-60
    5.1.1 基本原理  58-59
    5.1.2 峰均比仿真结果  59-60
  5.2 基于多带DFT扩展的OFDM系统  60-64
    5.2.1 基本原理  60-61
    5.2.2 仿真结果  61-64
  5.3 基于相位因子辅助的多带DFT扩展的OFDM系统  64-66
    5.3.1 基本原理  64-65
    5.3.2 仿真结果  65-66
  5.4 本章小结  66-67
6 多载波码分复用的峰均比抑制  67-88
  6.1 多载波码分复用的系统模型  67-68
  6.2 多载波码分复用的峰均比问题  68-69
  6.3 多载波码分复用的码字设计和峰均比优化  69-76
    6.3.1 不同伪随机码下的性能  69-72
    6.3.2 不同复用层次数下的性能  72-74
    6.3.3 不同扩频码的放置方式的性能  74-76
  6.4 基于PTS的MC-CDMA信号PAPR抑制技术  76-82
    6.4.1 PTS-MC-CDMA系统  76-77
    6.4.2 扩频与PTS性能  77-79
    6.4.3 新的PTS算法  79-81
    6.4.4 仿真结果  81-82
  6.5 基于SLM的MC-CDMA信号PAPR抑制性能  82-86
    6.5.1 SLM-MC-CDMA系统  82
    6.5.2 MC-CDMA中相位序列的选择  82-85
    6.5.3 SLM-MC-CDMA中扩频码的选择  85-86
  6.6 本章小结  86-88
结论与展望  88-90
参考文献  90-99
攻读学位期间发表的学术论文  99-100
致谢  100-101

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