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OFDM系统中峰均比抑制算法研究与实现

作　者: 李洲
导　师: 徐定杰
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 正交频分复用 峰均功率比 部分传输序列 粒子群优化算法 FPGA实现
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 35次
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内容摘要


正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)是一种高速并行的多载波传输方案,它利用相互正交的多个子载波来传输信息,具有较高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力,适用于高速率宽带传输系统,被认为是第四代移动通信最具竞争力的核心技术之一。然而,影响OFDM技术工程化的主要因素在于其过高的峰均功率比,导致信号通过功率放大器的非线性区域时,产生交调失真,从而降低系统性能。本文主要针对OFDM系统峰均比抑制方法展开研究,围绕如何有效地抑制OFDM系统的峰均比而展开研究和讨论的。论文首先阐述了OFDM系统的基本原理,并以此为基础,对OFDM系统进行了特性分析,引申出构建OFDM系统的各项关键技术；其次,分析了OFDM系统存在的主要问题,即峰均功率比(Peak to Average Power Ratio, PAPR)过高现象,其中包括高PAPR的形成原因以及高PAPR对系统性能造成的影响,并从数学角度给出了PAPR的定义及其分布规律的统计特性描述；随后,对已有的PAPR抑制技术进行归类分析,并就每一类技术中的典型方法进行MATLAB仿真分析与研究,其中包括信号预畸变技术中的限幅滤波、编码技术中的Golay互补编码以及信号加扰技术中的选择性映射和部分传输序列方法。鉴于传统部分序列传输(Partial Transmit Sequence, PTS)算法遍历所有的加权系数序列而造成的计算复杂度高的问题,本论文提出了一种基于离散粒子群优化的部分传输序列算法。仿真分析结果表明：本文所提算法在计算复杂度大幅度减小的情况下,依然可以获得与最优PTS相当的PAPR抑制性能,从而验证了算法的可行性。论文最后对所提算法进行了FPGA设计与实现,采用控制通路和数据通路分离设计的算法架构,完成了算法中数据通路模块的设计与测试工作。随着OFDM技术的普及和未来通信对OFDM的青睐,相信本论文的工作会对OFDM系统中PAPR抑制算法的设计和实现产生一些积极的推动作用。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 课题研究背景及意义  10
  1.2 国内外发展现状  10-13
    1.2.1 OFDM的发展及应用  10-12
    1.2.2 峰均功率比抑制技术的现状  12-13
  1.3 论文内容安排  13-15
第2章 OFDM技术研究  15-30
  2.1 OFDM系统建模  15-22
    2.1.1 OFDM系统基本模型  16-18
    2.1.2 OFDM基本原理  18-22
  2.2 OFDM关键技术  22-24
    2.2.1 系统同步  22-23
    2.2.2 信道估计  23-24
    2.2.3 信道编码与交织  24
  2.3 OFDM系统的特性分析  24-26
  2.4 OFDM的峰均功率比  26-29
    2.4.1 高峰值的产生原因  26
    2.4.2 峰均功率比的定义及统计分布  26-28
    2.4.3 高PAPR对OFDM系统的影响  28-29
    2.4.4 常用的峰均功率比抑制技术  29
  2.5 本章小结  29-30
第3章 峰均比抑制技术的研究  30-46
  3.1 信号预畸变技术  30-33
    3.1.1 限幅滤波  30-31
    3.1.2 算法仿真及性能分析  31-33
  3.2 编码技术  33-37
    3.2.1 编码的基本原理  33-34
    3.2.2 Golay互补序列  34-36
    3.2.3 算法仿真及性能分析  36-37
  3.3 信号加扰技术  37-44
    3.3.1 选择性映射技术原理及性能分析  37-39
    3.3.2 部分传输序列技术原理及性能分析  39-43
    3.3.3 SLM与PTS算法比较  43-44
  3.4 典型峰均比抑制技术的性能分析  44-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章 基于离散粒子群优化的峰均比抑制算法  46-60
  4.1 粒子群优化算法概述  46-51
    4.1.1 标准粒子群算法  46-48
    4.1.2 离散粒子群算法  48
    4.1.3 离散粒子群算法的设计  48-51
  4.2 MDPSO-PTS算法  51-55
    4.2.1 MDPSO-PTS的整体实现  51-53
    4.2.2 MDPSO-PTS决策流程  53-55
  4.3 MDPSO-PTS算法仿真与性能分析  55-58
  4.4 本章小结  58-60
第5章 MDPSO-PTS方法的FPGA设计与实现  60-73
  5.1 基于流水线结构的FPGA设计  60
  5.2 MDPSO-PTS算法的FPGA架构  60-62
  5.3 系统关键模块的实现  62-71
    5.3.1 m序列生成器  62-64
    5.3.2 串并转换  64
    5.3.3 星座映射  64-65
    5.3.4 交织分组  65-66
    5.3.5 Hamming距离  66-67
    5.3.6 IFFT运算  67-71
  5.4 调试及验证  71-72
  5.5 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-79
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 数据传输技术
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