文档介绍：国防科学技术大学
博士学位论文
OFDM系统中的非数据辅助同步及PAPR抑制技术研究
姓名:胡登鹏
申请学位级别:博士
专业:信息与通信工程
指导教师:张尔扬
2010-11
国防科学技术大学研究生院博士学位论文
摘要
正交频分复用(OFDM)技术以其高频谱利用率、可抵抗多径及窄带干扰等优
点,在众多领域已得到广泛应用,是宽带无线通信中非常具有潜力的传输技术之
一。同其它任何通信技术一样,OFDM 技术也有缺陷,主要是对同步误差比较敏
感和其信号具有较高的峰均功率比(PAPR)等。
论文对 OFDM 系统中适于工程实现且性能良好的非数据辅助同步及 PAPR 抑
制技术进行研究,主要包括同步误差对 OFDM 系统误符号率影响、OFDM 系统的
非数据辅助同步及 PAPR 抑制三方面内容。
首先,对存在符号定时偏差(STO)时的 OFDM 系统误符号率进行了分析,推
导了存在采样频率偏差(SFO)时的 QPSK OFDM 系统误符号率闭式解。通过对
OFDM 系统在加性高斯白噪声(AWGN)、瑞利平坦衰落(RFF)及瑞利选择性衰落
(RFSF)信道下的接收信号进行建模,将 STO 引起的符号间干扰(ISI)和子载波间干
扰(ICI)等效为高斯噪声,推导了接收信号的信干噪比(SINR)表达式,再根据接收
信号的 SINR 与系统误符号率的关系,得到了存在 STO 时 OFDM 系统误符号率的
计算式,并通过计算机仿真进行了分析。推导了存在 SFO 时的 QPSK OFDM 系统
接收信号在 AWGN、RFF 及 RFSF 信道下的特征函数,得到了在不同发射信息条
件下的概率密度函数,通过对单载波 QPSK 系统误符号率表达式中的接收信号以
所得概率密度函数在对应的象限内积分,得到了 QPSK OFDM 系统误符号率的闭
式解。
其次,对 OFDM 系统的非数据辅助同步进行了研究。针对具有冗余循环前缀
(CP)的 OFDM 系统,基于 OFDM 信号的延时相关特性,提出了一种非数据辅助的
采样频率同步算法,并对算法的估计时间、估计精度、估计方差、估计范围及运
算量进行了分析和讨论。结合已有联合符号定时及载波频率同步算法,设计了一
种具有较低实现复杂度的联合采样频率、符号定时及载波频率同步算法,并对算
法的系统实现进行了分析讨论。对于无冗余 CP 的 OFDM 系统,通过对信道进行
假设,建立了一种基于 OFDM 系统子载波间功率差值平方的度量函数,通过搜索
度量函数的最小值,得到了一种适用于基带调制为恒幅调制的 OFDM 系统的非数
据辅助符号定时同步算法。结合已有载波频率同步算法,设计了一种非数据辅助
的联合符号定时及载波频率同步算法,并给出了算法的实现方法。由于该联合同
步算法可通过迭代算法实现符号定时同步的搜索过程,且载波频率同步具有闭式
解,算法的实现复杂度较小。
最后,对 OFDM 系统的 PAPR 抑制问题进行了研究。通过对现有利用虚拟子
载波进行 OFDM 系统 PAPR 抑制算法进行分析,设计了一种改进的迭代方案,得
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到了一种性能较好且运算量可通过迭代参数控制的改进算法。该算法不需要传输
边带信息,也不会给接收端带来负担,只是需要传输额外的功率。对于需要具备
一定反侦察能力的通信系统来说,这些额外的功率并不浪费,会大大地增加对方
侦察的难度。根据 OFDM 系统中相同的调制信息采用不同调制样式时所得发射信
号的 PAPR 不同的特点,提出了一种利用自适应调制进行 PAPR 抑制的算法,并
设计了利用该算法进行 PAPR 抑制的 OFDM 系统。算法通过对 OFDM 系统的子载
波进行分组,并自适应地选择各组子载波的调制样式,使发射信号的 PAPR 得到
抑制。该算法也不需要传输边带信息,需要在接收端对各组子载波的调制样式进
行识别来完成解调。与同类算法相比,在相同复杂度下,利用自适应调制进行
OFDM系统 PAPR 抑制的性能基本相同;在多径信道下,利用自适应调制进行 PAPR
抑制的 OFDM 系统的误比特性能在总体上较好。
关键词:正交频分复用;误符号率分析;非数据辅助同步;峰均功率比抑制;
符号定时偏差;载波频率偏差;采样频率偏差;调制样式识别
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Abstract
Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) is now regarded as a main
alternative to t