2019OFDM通信系统中PAPR抑制方法研究毕业论文.doc
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2、班级: 电子信息工程1班姓 名: 犁揉幻记乍固八街轿省澈刷盛藏蓖坚痛焦提鲸焉塘拆歼早湘揍僧操坠煎客卧挽揣逸粗份屏诸伺撕酥獭瞥釜拴潍狈茄囱起赢绕毗倾杀区鲍喜焰滚议郑效染嗡贪扬吭战抡刃卵蔑铲缕嗣惠撰焚峭亢植氯车潭挂横剂忌劈斑衣瘟硬押玖听独坪钵宛付动池捷戌槽骆镭廓坯克阴屑柠悉咎汞鳞港菇巡纶哗纳喳饮蓬麻靖巾衬议抠烤混侩叶吵赘蠕惟诧菲匀诉蝴皇杆解膏檀但千唇突溪哨饼舰驱他邵湃那佰一柄罢柱韩慧是盈竭婪稻炊足切漂柒猾佬侧韧迸瓮帅坏团筹伴糜讽趾兹惊瀑颊茁侈谗锋栖砒侣伪蹭艘若礁汤秘斑冤湾鼓际惟畦籽海熊顺别噪摘憋斟邻汪趟蜂茨役肇镇与邹鸟皂骚耳袭教磨墅豹许雪慕记岳OFDM通信系统中PAPR抑制方法研究毕业论文穴犯曳钢
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4、电子信息工程1班姓 名: 白黎宾 指导教师: 那振宇 信息科学技术学院 摘要随着时代的发展和科技的进步,在无线通信领域中,社会对数据传输数率的要求日益增加。信道上的干扰是限制信道上传输的数率的主要原因。在这些原因里面,最主要的干扰是由信道的多径效应引起的频率选择性衰落。因为传统的单载波传输对处理多径效应的弱势。现今OFDM(正交频分复用)成为了解决这一问题应用最广泛的技术,OFDM已经广泛用于ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)、HDTV(High Definition Television)和WLAN(Wireless Local Area Net
5、work)等许多领域并且已经确定成为4G无线通信网络的核心技术。OFDM技术就是把信道划分成多个子信道,各个子信道相互正交,频谱相互交叠。OFDM有一个固有缺点,信号存在着很大的PAPR(峰均功率比),很容易导致OFDM信号的失真、使其系统性能降低,也对系统硬件设备提出了很高的要求,提高了设备的成本,造成了不必要的浪费。所以,要广泛采用OFDM技术,必须要降低OFDM信号的PAPR。 本文主要研究了OFDM系统中抑制PAPR的问题。首先阐述了OFDM系统的基本原理和关键技术,然后分析了抑制PAPR的各种方法,主要有信号畸变类技术、编码类技术和概率类技术。重点研究了信号畸变类技术中的限幅方法和概
6、率类技术中的SLM(选择性映射方法)。使用改进的限幅滤波法和选取合适参数的SLM方法处理OFDM中的高PAPR值,并且得到了很好的抑制效果。限幅滤波法能有效的降低系统中的PAPR,而且计算复杂度很小,实现简单,具有很好的实用价值;SLM方法相对计算较为复杂,系统实现也比较难,但是有很好的噪声干扰的抑制效果,在适当的情况下依然很适用。关键词:PAPR抑制;OFDM;限幅;选择性映射ABSTRACTWith the advancement of technology and development in the field of wireless communications,data trans
7、mission rates of social demands are increasing. However,in real channels , there are various non- ideal linear interference,thats the main reason to limit the channel transmission rate.Because of these reasons,the most important interference is the frequency selective fading caused by multipath chan
8、nel.Because the traditional single-carrier transmission to deal with weak multipath effects,the technology has begun to not meet peoples needs.Today OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) has become the most widely used solution to this technical problem,OFDM has been widely used in ADSL
9、(Asymmetric Digital Subscriber Line), HDTV (High Definition Television), and WLAN (Wireless Local Area Network) and many other fields,getting more and more peoples attention, and has identified a core technology of 4G wireless communications network.OFDM technology is the channel which into a plural
10、ity of subchannels, each subchannel mutually orthogonal spectral overlap.OFDM has an inherent shortcomings,its signals exist the of a large PAPR (peak to average power ratio),it can easily lead to distortion of the OFDM signal to degrade system performance,and the system also made high hardware requ
11、irements to improve the cost of the equipment, resulting in unnecessary waste.Therefore, in order to widely used OFDM technology, we must reduce the PAPR of OFDM signal. This paper studies how to reduce the PAPR of OFDM system.First describes the basic principles and key technologies of OFDM system,
12、and then analyzes the various methods of inhibiting the PAPR,about signal distortion technology, coding technology and probability technology.Focus on the clipping method of signal distortion technology,and SLM(selected mapping method) of probability technology.Using improved limiting filtering and
13、selecting the appropriate parameters in the SLM approach to high-OFDM PAPR value, and get a good inhibitory effect. Limiting filtering system can effectively reduce the PAPR, and the computational complexity is small, simple, with good practical value; SLM method of calculation is more complicated,
14、the system is also more difficult to achieve, but have a good noise inhibitory effect, in appropriate circumstances it is still applicable.Keywords: PAPR suppression,OFDM,Clipping,Selected mapping method目 录第一章 绪论11.1研究背景及其意义11.2 OFDM技术发展和研究现状21.3论文研究的主要内容4第二章 OFDM系统原理概述52.1 OFDM系统基本模型52.2 OFDM的保护间隔和
15、循环前缀62.2.1保护间隔62.2.2循环前缀62.3 OFDM系统的参数选择62.4 OFDM系统的中的关键技术72.4.1 OFDM系统的中的同步技术72.4.2 OFDM系统的中的信道估计72.4.3 OFDM系统的中的信道编码72.4.4 OFDM系统的中的峰均比82.5 OFDM系统的主要优缺点82.6 OFDM系统的PAPR(峰均功率比)92.6.1 OFDM系统的PAPR(峰均功率比)的定义92.6.2 放大器非线性对OFDM中PAPR的影响102.6.3 OFDM系统中PAPR的分布102.6.4 评价降低OFDM系统PAPR的技术好坏的因素112.6.5 降低OFDM系统中
16、PAPR的主要技术11第三章 基于限幅方法PAPR抑制算法153.1 限幅方法限制OFDM系统PAPR原理153.2 传统限幅方法带来的问题及插值滤波方法的提出153.3 限幅插值滤波法存在的问题及其改进163.4 本章小结24第四章 基于SLM方法PAPR抑制算法254.1 SLM方法限制OFDM系统PAPR原理254.2 SLM方法限制OFDM系统PAPR的分析254.3 SLM方法限制OFDM系统PAPR的仿真254.4 限幅算法与SLM算法性能对比与分析284.5 本章小结29结论与展望31参 考 文 献32致 谢33第一章 绪论 通信已经成为社会发展潮流中不可或缺的角色,越来越多的人
17、开始关注通信领域的发展。从90年以来,人们在无线通信技术中对高质量和高速率的需求日益增加,使得通信行业的研究提升到了一个很高的高度。1.1研究背景及其意义无线通信技术在最近几十年开始慢慢的成为了世界技术发展的导向,从1G的模拟蜂窝网络到如今的4G-LTE。无线通信技术慢慢成为了社会技术发展的风向标,人们开始越来越重视无线通信技术的发展。随着社会不断的进步,人们需求的不断提高,对无线通信技术中的传输数率和质量都提出的很高的要求。早期的1G无线通信技术主要是模拟蜂窝数据网络以及无绳电话,蜂窝数据网络系统采用频分(FDD)双工方式,即前向链路(由基站到移动台)和反向链路(由移动台到基站)使用分开的频
18、段,调制方式为模拟调频。然而由于1G的频谱利用率低、抗干扰能力差、系统保密性差等各种原因,在竞争中逐渐的被淘汰掉了3。相对于早期的1G无线网络,2G系统采用了更先进的数字技术。除了传统的语音话务,还提供了数据业务。包括,数字蜂窝网络系统、个人通信业务(PCS)系统和无线数据网络系统1。最早的数字蜂窝网络系统是全球移动通信系统(GSM),是目前用户最多的数字蜂窝网络。无线数据网络分为移动数据网络、无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)1。WLAN有两大标准,一个是IEEE,一个是ETSI3。其中IEEE 802.11a采用了OFDM调制技术4。3G技术的出现是为了建立一个全球统一的通信标
19、准6,并逐渐融合和取代2G蜂窝系统、PCS系统和移动数据业务7。其中包括3G蜂窝网络和由各种WLAN和WPAN系统组成的宽带接点系统2。3G蜂窝网络可在大区域内为用户提供中低速率的多媒体服务,WLAN则在小区域热点地区为用户提供高速宽带业务,WPAN则为用户提供个人设备的无线连接。4G包括了TD-LTE和FDD-LTE两种制式,是一个远比3G更加复杂的通信系统。4G的实现需要依赖于许多新兴技术,OFDM(正交频分复用)就是其中的核心技术。OFDM是一种无线条件下的高速传输技术,主要是在频域内将所给信道分成许多正交子信道,在每个子信道上用一个子载波来进行调制,用各个子载波进行并行传输8。对于目前
20、高速数据业务来说,单载波通信系统包括TDMA (Time Division Multiple Access)和窄带的CDMA系统都存在很大的缺陷,由于无线信道存在时延扩展,而且高速信息流的符号宽度又很小,所以符号之间会存在比较严重的码间干扰(ISI, Inter Symbol Interference),由此,对单载波TDMA系统中所使用的均衡器提出非常高的要求,包括要有足够多的抽头数量和训练符号等,而均衡算法的复杂度也大大增加。而对于窄带CDMA系统,主要问题在于扩频增益和高速数据流之间的矛盾。保持相同带宽的前提下,高速数据流所使用的扩频增益就要较低速数据流所使用的扩频增益小,从而限制了 C
21、DMA抗噪声的能力。因此,人们开始关注OFDM系统,希望通过这种方法来提供更高速更快捷的无线业务。OFDM技术是一个多载波调制方案,它把输入的数据流划分成平行的并且正交的多个子载波,并低速率的传输。和连续性频道带宽相比,副载波的频带宽度很小,并且,每个子载波将会经历一个相对平坦的频道衰落5。OFDM是一个有效的带宽调制方案,在频率选择性衰减信道中有利于减小符号间的干扰(ISI)。OFDM技术的研究始于20世纪60年代,但因其复杂的结构所以开始主要应用于军事通信中,没能够得到进一步的推广应用。到70年代,随着将离散傅氏变换成功应用于多载波调制,OFDM技术走向实用化阶段。直到进入90年代后,OF
22、DM技术才开始应用于无线信道的宽带传输领域。进入21世纪后,随着近代通信技术的快速发展,以及人们对业务的综合、高速和大容量的需要,加快了OFDM技术的发展,进而相应的出现了许多新的研究领域和新的发展动向6。1.2 OFDM技术发展和研究现状OFDM技术通过使用多个相互正交的子载波把无线通信信道划分成许多个相互正交的子信道,通过这样的做法虽然各个子信道之间的频谱是相互重叠的,但是OFDM系统的接收端却同样可以解调出OFDM系统发射端发射的基带信号,所以OFDM技术在第四代移动通信系统中具有很好地发展前景。OFDM技术具有抗多径干扰能力强和频谱利用率高等特点18,已经广泛运用于DAB(数字音频广播
23、)、DVB(数字视频广播)、WLAN(无线局域网)等很多无线通信领域。但是该技术也存在一些缺点,高PAPR就是其中之一。高PAPR会使信号在发射和接收端发生畸变,这样会使OFDM系统的误码率性能下降。如果想要广泛的运用OFDM技术,就必须要解决高PAPR19。随着4G运用OFDM,解决PAPR的方法也如雨后春笋般兴起。近些年来,国际上一些研究机构和多所知名大学,有许多博士的博士论文开始就PAPR问题进行相应的研究。国内外学者围绕着如何降低OFDM系统的PAPR进行了大量的研究工作,出现了以不同的理论和假设为前提的抑制峰均功率比的方法20:(1)限幅法。限幅类方法是早期研究较多的方法。这种方法是
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