OFDM及認(rèn)知OFDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著新的高速無線應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)有無線業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，帶寬的需求量在迅速增加，頻譜資源匱乏問題日益嚴(yán)重，然而，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，頻譜資源匱乏的真實(shí)原因來源于頻譜利用率低下。為了解決頻譜資源短缺，提高頻譜利用率，認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中，認(rèn)知用戶在頻譜感知的基礎(chǔ)上，機(jī)會(huì)式地接入授權(quán)用戶的空閑頻帶進(jìn)行通信，在避免對(duì)授權(quán)用戶產(chǎn)生有害干擾的同時(shí)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)資源分配技術(shù)，大大提高了頻譜利用率。
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2、為一種多載波調(diào)制技術(shù)，正交頻分復(fù)用（OFDM）因其頻譜利用率高、抗多徑能力強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于寬帶無線通信。OFDM靈活的頻譜成形技術(shù)使得它不需要連續(xù)的頻帶即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，有助于高效利用授權(quán)用戶的空閑頻譜，這種頻譜不連續(xù)的OFDM調(diào)制技術(shù)稱之為非連續(xù)OFDM（NC-OFDM），成為了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)物理層技術(shù)的首選。然而，自O(shè)FDM被提出至今，其固有的峰均比高的問題仍未得到完美的解決，同時(shí)，在非認(rèn)知OFDM系統(tǒng)中，考慮用戶公平性的資源分

3、配算法的研究仍顯得不足。在頻譜資源匱乏的今天，認(rèn)知OFDM無線網(wǎng)絡(luò)的提出，具有重要的意義，然而，要實(shí)現(xiàn)認(rèn)知系統(tǒng)和授權(quán)系統(tǒng)的真正共存，必須有效控制認(rèn)知OFDM系統(tǒng)對(duì)授權(quán)系統(tǒng)的帶外干擾，同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)頻譜利用率的有效提高，必須研究行之有效的認(rèn)知OFDM系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)資源分配算法。針對(duì)非認(rèn)知OFDM系統(tǒng)及認(rèn)知OFDM系統(tǒng)存在的問題，本文將從非認(rèn)知OFDM系統(tǒng)的峰均比、認(rèn)知OFDM系統(tǒng)的帶外抑制，以及非認(rèn)知OFDM系統(tǒng)及認(rèn)知OFDM系統(tǒng)的資源分配算法

4、等幾方面進(jìn)行研究，具體的研究工作和創(chuàng)新性成果如下：
　　1.針對(duì)OFDM信號(hào)高峰均比（PAPR）問題，提出了一種基于門限的分段壓擴(kuò)算法，以較小的誤比特率（BER）損失，獲得了有效的峰均比抑制。該算法根據(jù)OFDM信號(hào)幅度的統(tǒng)計(jì)分布，將OFDM信號(hào)分成了三類：?。ǚ龋┬盘?hào)、平均（幅度）信號(hào)和大（幅度）信號(hào)，通過選擇合適的門限，對(duì)大信號(hào)進(jìn)行壓縮以減小峰值，同時(shí)放大小信號(hào)，起到提升平均功率的作用，從而達(dá)到峰均比的降低。在接收端，通過迭代

5、檢測(cè)算法估計(jì)并消除壓擴(kuò)噪聲，有效減小了分段壓擴(kuò)造成的帶內(nèi)失真，減小了系統(tǒng)的BER性能損失。另外，NC-OFDM信號(hào)頻譜的不連續(xù)性使得其峰均比的統(tǒng)計(jì)特性有別于傳統(tǒng)OFDM信號(hào)，文中還研究了NC-OFDM信號(hào)峰均比的統(tǒng)計(jì)分布，為進(jìn)一步研究NC-OFDM信號(hào)峰均比抑制算法提供了幫助。
　　2.針對(duì)多用戶非認(rèn)知OFDM系統(tǒng)下行鏈路的動(dòng)態(tài)資源分配問題，提出了一種考慮用戶優(yōu)先級(jí)的自適應(yīng)子載波分配算法。首先，以兩個(gè)用戶的子載波分配為例分析了用戶

6、選擇子載波的先后順序?qū)ο到y(tǒng)容量的影響，在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的沖突解決算法。在該算法中，每個(gè)用戶獨(dú)立地在所有子載波中搜尋最佳信道增益的子載波，當(dāng)出現(xiàn)沖突，即多個(gè)用戶同時(shí)選擇一個(gè)子載波時(shí)，由“平均信道增益”的大小決定用戶選擇沖突子載波的優(yōu)先級(jí)。文中定義了兩種不同的優(yōu)先級(jí)準(zhǔn)則，一種定義平均信道增益較高的用戶優(yōu)先級(jí)較高，另一種則定義平均信道增益較低的用戶優(yōu)先級(jí)較高，相應(yīng)地，給出了兩種不同的沖突解決方案。仿真結(jié)果表明，由平均信道增益較低的用戶

7、優(yōu)先選擇沖突子載波，系統(tǒng)容量可以近似達(dá)到理論上限值。
　　3.針對(duì)OFDM信號(hào)諧波功率較大的問題，在認(rèn)知OFDM無線網(wǎng)絡(luò)中，提出了一種基于星座擴(kuò)展的帶外抑制（諧波抑制）算法。在傳統(tǒng)的星座擴(kuò)展算法中，由于原始數(shù)據(jù)符號(hào)獨(dú)立地進(jìn)行星座擴(kuò)展，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)相鄰擴(kuò)展星座點(diǎn)的控制，一旦相鄰擴(kuò)展星座點(diǎn)出現(xiàn)實(shí)部或者虛部符號(hào)相同的情況，將對(duì)諧波抑制非常不利。與傳統(tǒng)星座擴(kuò)展算法不同的是，該算法的星座擴(kuò)展基于符號(hào)對(duì)，而不是單個(gè)符號(hào)，在該算法中，首先將相鄰的

8、原始數(shù)據(jù)符號(hào)兩兩組成一組，然后以組為單位來進(jìn)行星座擴(kuò)展，控制擴(kuò)展星座點(diǎn)反相或者接近反相來實(shí)現(xiàn)帶外輻射的抑制。在接收端，充分利用了發(fā)射端的星座擴(kuò)展表來糾正判決過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，減小了由于星座擴(kuò)展帶來的BER性能損失，理論和仿真結(jié)果均證明了該算法的有效性。
　　4.針對(duì)認(rèn)知OFDM無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配問題，首先，分析了認(rèn)知用戶因帶外輻射和非理想的感知信息對(duì)授權(quán)用戶造成的干擾，并在資源分配算法的干擾約束中進(jìn)行了綜合考慮；其次，考慮到授

9、權(quán)用戶的信道占用在評(píng)價(jià)資源分配算法的重要地位，介紹了確定性和隨機(jī)性兩種授權(quán)用戶的信道占用模型，在此基礎(chǔ)上，對(duì)認(rèn)知 OFDM無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配問題進(jìn)行建模。在本文所研究的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中，認(rèn)知用戶分別支持實(shí)時(shí)（RT）業(yè)務(wù)（延遲敏感業(yè)務(wù)），和非實(shí)時(shí)（NRT）業(yè)務(wù)（延遲容忍業(yè)務(wù)），相應(yīng)的認(rèn)知用戶分別為遲延敏感用戶（DS-CUs）和遲延容忍用戶（DT-CUs）。由于延遲容忍用戶關(guān)心吞吐量的大小，而延遲敏感用戶則更關(guān)心切換時(shí)延的大小，將所研究的認(rèn)知