WiMAX信號(hào)的峰值平均功率比抑制技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)由于具有抗頻率選擇性衰落和頻譜效率高等優(yōu)點(diǎn)，已被IEEE(Institute of Electrical andElectronics Engineers，電氣電子工程師協(xié)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)化組織選為下一代無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802．16d/e的物理層核心技術(shù)，即目前在無線通信領(lǐng)域引起較多關(guān)注的WiMAX(Worldwide In

2、teroperability for Microwave Access，全球互操作微波接入)技術(shù)。 然而，OFDM系統(tǒng)固有的高峰值平均功率比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)仍是阻礙WiMAX技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要問題之一。發(fā)射信號(hào)的高 PAPR 要求射頻高功率放大器具有較大的線性范圍，并且放大器的功率輸出回退(Back-off)必須足夠大才能減少非線性失真和頻譜擴(kuò)展。本文從基帶信號(hào)處理的角度對(duì)該問

3、題進(jìn)行了研究，提出了三種新的方法和策略，進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，并基于作者參與開發(fā)的WiMAx系統(tǒng)物理層鏈路RF綜合測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 本文第一部分介紹了論文工作的研究背景和OFDM系統(tǒng)原理，在綜述PAPR抑制方法的基礎(chǔ)上，指出了本文研究的主要內(nèi)容。 本文的第二部分根據(jù)WiMAx系統(tǒng)特點(diǎn)——其下行鏈路中沒有冗余的數(shù)據(jù)子載波可用于傳遞副信息，提出了一種可適用于WiMAX系統(tǒng)的預(yù)留空子載波方法(Tone Reservatio

4、n using NuU Subcarriers，TRNS)抑制PAPR。通過計(jì)算機(jī)仿真，討論了空子載波數(shù)目、預(yù)設(shè)定門限對(duì)所提方法PAPR抑制性能的影響。相關(guān)仿真結(jié)果表明所提方法能有效地降低發(fā)送信號(hào)的PAPR。 本文的第三部分首先分析了WiMAX信號(hào)時(shí)域波形的峰值聯(lián)合概率密度函數(shù)。分析結(jié)果證明了 WiMAX信號(hào)出現(xiàn)高PAPR情況下，一個(gè) WiMAX 符號(hào)周期內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)高峰值的現(xiàn)象具有極低概率?；谝陨辖Y(jié)論，提出了一種峰值平衡預(yù)

5、留空子載波方法(Peak Equivalent Tone Reservation，PETR)和一種低復(fù)雜度預(yù)留空子載波方法(LOW Complexity Tone Reservation using Null Subcarriers，LC-TRNs)，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。仿真結(jié)果表明，上述兩種方法能夠以較低的復(fù)雜度代價(jià)，取得接近TRNS方法的PAPR抑制性能。 本文的第四部分進(jìn)一步針對(duì)實(shí)際情況，提出了一種聯(lián)合高功率放大器預(yù)失真和

6、TRNs的無失真PAPR抑制方法。當(dāng)輸入信號(hào)功率回退不夠大時(shí)，由于高功率放大器引入的非線性失真將導(dǎo)致帶內(nèi)信號(hào)失真、頻譜擴(kuò)展(鄰道干擾)和誤碼率惡化。已有的研究工作較少考慮聯(lián)合PAPR抑制與預(yù)失真的設(shè)計(jì)方法，而本文在剖析高功率放大器非線性輸入輸出特性的基礎(chǔ)上，提出進(jìn)行預(yù)失真和PAPR抑制方法的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)思想。計(jì)算機(jī)仿真研究結(jié)果表明，所提方法能夠在較低的輸入信號(hào)功率回退條件下，能夠取得較大的誤碼率性能改善。 本文的第五部分介紹了開

7、展論文研究工作的仿真與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，即利用國(guó)家儀器公司(National Instrument)射頻信號(hào)發(fā)生器和射頻信號(hào)分析儀建立的WiMAX系統(tǒng)物理層鏈路RF信號(hào)測(cè)試平臺(tái)。另外，簡(jiǎn)述了本文實(shí)驗(yàn)工作所涉及的一些關(guān)鍵技術(shù)問題，例如，任意信號(hào)發(fā)生器的帶寬匹配，信號(hào)分析儀的信號(hào)時(shí)頻同步、相位補(bǔ)償與恢復(fù)、實(shí)測(cè)功率歸一化等。最后，介紹了本文在WiMAx系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)上得到的一些測(cè)試結(jié)果。 論文最后部分總結(jié)了已有研究工作，并指出了下一步研究方向。