基于星座扩展的宽带OFDM信号峰均比抑制技术研究

作者：柳静雅

来源：硕士, 西安电子科技大学, 2018.

• 正交频分复用
• 峰均比
• 星座扩展
• 部分传输序列
• FPGA实现

本文研究适用于新一代宽带无线OFDM系统的信号峰均比抑制技术,针对高速无线OFDM系统所面临的:大带宽、高吞吐量、子载波数量剧增以及星座映射QAM（Quadrature Amplitude Modulation）高阶化对峰均比PAPR抑制技术所带来的诸多难点问题,重点研究了基于主动星座扩展ACE（Active Constellation Extension）的无线OFDM信号峰均比PAPR抑制技术。首先,论文介绍了OFDM信号峰均比抑制技术的相关理论基础,描述了OFDM系统模型和OFDM信号产生的基本流程;再根据OFDM信号产生的原理,分析说明了其信号高PAPR产生的原因,并根据算法思想分类介绍了几类PAPR抑制技术,通过各类方法优缺点综合分析,本文选择将主动星座扩展ACE技术作为研究重点,详细推导分析了ACE方法抑制OFDM信号PAPR的基本原理及其数学模型。其次,鉴于宽带OFDM系统调制QAM映射方式趋于高阶化、以及子载波数量呈大规模增多趋势而导致ACE算法存在:PAPR抑制效果不足、运算复杂度高等方面缺陷,本文基于主动星座扩展ACE思想,提出一种基于预畸变的ACE改进算法,不同于现有ACE技术仅对最外层星座点做扩展,该算法同时对内层和外层星座点做扩展,从而有效提高了可扩展的星座点占全部星座点的比例,分析与仿真表明:该算法针对高阶QAM调制方式（如256QAM）,通过改变ACE星座扩展区域和优化扩展因子,可以快速提高算法的收敛速度;同时,该算法还可以通过简化ACE迭代处理环节,从而降低了运算的复杂度,有效解决了现有ACE方法因高复杂度的寻优迭代运算导致PAPR抑制效果并不理想的难点问题。再次,针对具有更多OFDM子载波数量和更高阶QAM映射（如256QAM以上）条件下采用单一的ACE方法PAPR抑制效果极为有限的问题,本文进一步引入部分传输序列PTS（Partial Transmit Sequence）方法,提出了一种联合PTS处理的预畸变ACE优化算法,首先利用预畸变ACE收敛速度快、复杂度低的优点,获得部分PAPR增益,从而使得PTS算法无需划分较多子块以减少涉及的FFT/IFFT运算开销,该算法通过ACE-PTS联合处理,可在低复杂度条件下在获得理想的PAPR抑制增益。最后,基于FPGA-AD9361软件无线电平台设计实现并验证了上述所提出的简化ACE算法方案,搭建了其中的IFFT、FFT、限幅、星座扩展和星座修正等相关功能模块;并利用Modelsim对整体方案流程进行了时序仿真和FPGA平台数据验证,证明了所提算法的有效性。

• 单位
  西安电子科技大学