OFDM通信係統中的信號優化設計 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

基本信息

書名:OFDM通信係統中的信號優化設計

定價：65.00元

售價：44.2元,便宜20.8元,摺扣68

作者:但黎琳,肖悅,雷霞

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2015-08-01

ISBN：9787118104684

字數：203000

頁碼：137

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

本書對正交頻分復用（OFDM）峰均功率比抑製技術進行瞭係統的闡述和研究，包括多信號替換法、子載波預留法等非失真技術和峰值限幅法、加窗峰值抵消法等預失真技術，為正交頻分復用信號優化設計提供瞭理論依據。
本書共分為6章。章介紹瞭正交頻分復用的基本原理以及包絡不穩定問題。第2章介紹瞭峰均功率比的衡量和數學建模。第3章介紹瞭多信號替換的峰均比抑製技術。第4章介紹瞭利用空餘子載波的載波預留技術。第5章介紹瞭預失真的峰值限幅技術。後，第6章介紹瞭時頻優化的加窗峰值抵消技術。
本書可供從事無綫通信技術與係統研究和開發的科研人員與工程技術人員學習參考，也可作為高校通信類的研究生和本科高年級學生的教學參考書。

目錄

作者介紹

文摘

序言

OFDM通信係統中的信號優化設計：導論 1. 引言 在當今信息爆炸的時代，高效、可靠的無綫通信係統是支撐社會發展和技術進步的基石。從高清視頻流到物聯網設備，再到自動駕駛汽車，它們都對無綫通信的帶寬、速率、穩定性和頻譜利用率提齣瞭前所未有的挑戰。正是在這樣的背景下，正交頻分復用（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM）技術憑藉其獨特的優勢，成為瞭現代無綫通信係統，特彆是第五代（5G）及未來通信技術的核心。 OFDM技術通過將高速數據流分割成多個低速的子數據流，並將這些子數據流調製到一係列緊密間隔但相互正交的子載波上進行傳輸，極大地剋服瞭多徑衰落對通信質量的影響，顯著提高瞭頻譜利用效率。然而，OFDM係統的性能並非一蹴而就，它依賴於一係列復雜的信號處理和優化設計。尤其是在追求更高的數據速率、更低的誤碼率、更強的抗乾擾能力以及更精細的資源分配時，信號的優化設計變得至關重要。 本書旨在深入探討OFDM通信係統中信號優化設計的關鍵技術和前沿理論。我們不僅僅關注OFDM的基本原理，更著重於如何通過精巧的信號設計來提升係統的整體性能，應對日益嚴苛的無綫通信環境。本書的內容涵蓋瞭從OFDM信號的基帶錶示到實際傳輸過程中的各種優化策略，旨在為讀者提供一個全麵而深入的理解框架。 2. OFDM係統概述與性能瓶頸 在深入探討優化設計之前，我們首先需要對OFDM係統有一個清晰的認識，並明確其潛在的性能瓶頸。 2.1 OFDM係統基本原理迴顧 OFDM係統最核心的優勢在於其能夠將一個寬帶信道分解為多個窄帶正交子信道。每個子信道上的信號帶寬遠小於信道的相乾帶寬，因此可以有效地抵抗頻率選擇性衰落。同時，通過引入循環前綴（Cyclic Prefix, CP），OFDM係統能夠消除符號間乾擾（Inter-Symbol Interference, ISI），即使在存在多徑時也能保持良好的性能。 OFDM的實現通常依賴於快速傅裏葉變換（Fast Fourier Transform, FFT）和逆快速傅裏葉變換（Inverse Fast Fourier Transform, IFFT）。在發送端，數據被串並轉換，並通過星座圖映射成復數符號，然後進行IFFT變換，加上CP後串行傳輸。在接收端，接收到的信號經過CP移除，FFT變換，並進行信道均衡。 2.2 OFDM係統麵臨的性能瓶頸 盡管OFDM具有諸多優點，但在實際應用中，其性能仍然受到多種因素的製約，這些製約構成瞭信號優化設計的齣發點： 峰均功率比（Peak-to-Average Power Ratio, PAPR）過高： OFDM信號是多個子載波信號的疊加，當這些子載波上的信號相位恰好同相時，可能會産生很高的瞬時峰值。高PAPR會導緻綫性放大器的飽和，産生信號失真，增加功耗，甚至可能導緻發射功率受限，從而影響通信距離和速率。因此，降低PAPR是OFDM信號優化設計中的一個重要課題。 載波頻率偏移（Carrier Frequency Offset, CFO）和采樣時鍾偏移（Sampling Clock Offset, SCO）： 發送端和接收端的本地振蕩器之間可能存在頻率和時間的偏差，這會導緻OFDM信號的子載波不再嚴格正交，産生載波間乾擾（Inter-Carrier Interference, ICI）。ICI會嚴重降低OFDM係統的性能，尤其是在子載波間距較小的情況下。準確的頻率和時鍾同步是OFDM係統可靠運行的關鍵。 信道估計誤差： OFDM係統需要準確的信道信息來進行均衡，以補償信道衰落和均衡器增益。如果信道估計不準確，則均衡效果會大打摺扣，導緻誤碼率上升。尤其是在快速變化的無綫信道中，信道估計的精度和實時性是重要的挑戰。 非綫性失真： 發射機的功率放大器（Power Amplifier, PA）在處理高PAPR信號時容易進入非綫性區，導緻信號産生失真，包括帶內失真和帶外輻射。帶內失真會破壞子載波的相互正交性，産生ICI；帶外輻射會乾擾相鄰信道，造成同頻乾擾。 終端設備的復雜度： 為瞭實現OFDM的信號處理，需要高性能的數字信號處理器（DSP）和FFT/IFFT電路，這會增加終端設備的成本和功耗，尤其對於低功耗、低成本的設備而言，這是一個需要權衡的因素。 頻譜效率與魯棒性的權衡： 在追求更高的頻譜效率時，OFDM係統通常會采用更小的子載波間距和更窄的CP。然而，這會使得係統對頻率偏移和信道變化更加敏感。如何在提高頻譜效率的同時保持係統的魯棒性，是信號優化設計需要解決的另一個關鍵問題。 3. 信號優化設計的目標與原則 基於上述OFDM係統的性能瓶頸，信號優化設計的主要目標可以概括為： 提升係統性能： 降低誤碼率（BER），提高數據傳輸速率，增強係統在復雜無綫環境下的可靠性。 提高頻譜利用率： 在有限的頻譜資源內傳輸更多的數據。 降低功耗： 尤其對於移動終端而言，是至關重要的考量。 減小設備復雜度： 降低實現成本和技術門檻。 增強魯棒性： 使係統能夠更好地應對信道變化、頻率偏移、非綫性失真等乾擾。 在進行信號優化設計時，我們應遵循以下基本原則： 理論與實踐相結閤： 優化設計不僅需要紮實的理論基礎，更要考慮實際硬件實現的製約和工程可行性。 權衡摺衷： 許多優化方案會涉及到不同性能指標之間的權衡，例如PAPR降低與數據速率之間的權衡，或者復雜度與性能之間的權衡。需要在特定應用場景下找到最優的摺衷點。 適應性與靈活性： 現代無綫通信係統需要能夠適應不同的信道條件和業務需求，因此優化設計應具備一定的自適應性和靈活性。 係統級思考： 信號優化設計不應孤立地看待，而應將其置於整個通信係統的框架內，與其他層麵的設計（如編碼、調製、資源分配）協同工作，以實現全局最優。 4. OFDM信號優化設計的關鍵領域 本書將圍繞以下幾個核心領域，深入探討OFDM通信係統中的信號優化設計： 4.1 PAPR降低技術 高PAPR是OFDM係統的一個突齣問題，本書將詳細介紹多種旨在降低PAPR的技術，包括： 概率性方法： 如選擇性映射（Selective Mapping, SLM）和部分傳輸序列集（Partial Transmit Sequences, PTS），通過對原始數據進行一些變換，尋找使PAPR最低的序列進行傳輸。 編碼方法： 通過在編碼層麵引入特定的約束來限製OFDM信號的峰值。 限幅和迴退技術： 在不嚴重影響性能的前提下，對過高的峰值進行削減。 新型OFDM變種： 探索具有 inherent 低PAPR特性的OFDM變種。 4.2 頻率和時鍾同步技術 精確的頻率和時鍾同步是OFDM係統正常工作的基石。本書將深入研究： 同步信號設計： 設計具有良好自相關特性的同步序列，以提高同步的精度和魯棒性。 同步算法： 探討各種用於檢測和估計CFO和SCO的算法，如基於導頻的估計算法、基於數據的估計算法等。 反饋同步機製： 在閉環係統中，如何利用反饋信息來持續跟蹤和校正頻率和時鍾偏差。 4.3 信道估計與均衡技術 準確的信道信息對於OFDM係統的性能至關重要。本書將關注： 導頻設計： 優化導頻的位置、數量和類型，以提高信道估計的精度和效率。 信道估計算法： 介紹最小二乘（LS）、最小均方誤差（MMSE）等經典算法，並探討在快速衰落信道下的改進算法。 均衡技術： 討論綫性均衡、非綫性均衡、迫零（ZF）均衡、MMSE均衡等，以及在不同信道條件下的適用性。 信道預測與跟蹤： 針對時變信道，研究如何利用曆史信息預測未來信道狀態，以改進均衡性能。 4.4 非綫性失真抑製技術 在功率放大器非綫性影響下的OFDM信號優化至關重要。本書將探討： 預失真技術（Pre-distortion）： 在進入PA之前，對信號進行補償性失真，以抵消PA的非綫性效應。 後失真技術（Post-distortion）： 在PA輸齣端，對信號進行補償性處理。 PA模型研究： 建立準確的PA模型，為預失真和後失真提供理論基礎。 基於深度學習的失真抑製： 探索利用人工智能技術來學習和補償PA的非綫性特性。 4.5 OFDM係統的資源分配與調度 OFDM係統的高靈活性也帶來瞭復雜的資源分配和調度問題。本書將涉及： 子載波分配： 如何根據信道條件、用戶需求等因素，最優地將業務分配到不同的子載波上，以最大化頻譜效率。 功率分配： 在滿足SINR（信噪比）要求的前提下，優化子載波的發射功率，以降低總功耗或提高係統容量。 用戶調度： 如何在時域和頻域上對多個用戶進行調度，以實現公平性、吞吐量最大化等目標。 4.6 新型OFDM技術與應用 隨著通信技術的不斷發展，OFDM技術也在不斷演進。本書將展望： 多用戶OFDM（MU-OFDM）和單用戶多輸入多輸齣OFDM（SU-MIMO-OFDM）： 探討如何將OFDM技術與多用戶接入和MIMO技術相結閤，以提高係統容量和效率。 濾波OFDM（f-OFDM）和通用濾波OFDM（UF-OFDM）： 討論這些新型OFDM變種如何解決傳統OFDM的帶外輻射問題，實現更靈活的頻譜使用。 OFDM在特定應用中的優化： 例如在認知無綫電、物聯網、車聯網等場景下，OFDM信號優化設計的特有挑戰和解決方案。 5. 結論 OFDM通信係統作為現代無綫通信的基石，其性能的提升離不開精細的信號優化設計。本書力求從理論到實踐，全麵深入地剖析OFDM信號優化設計的各個環節，旨在幫助讀者掌握提升OFDM係統性能的關鍵技術和前沿思想。通過對PAPR降低、同步技術、信道估計與均衡、非綫性失真抑製、資源分配以及新型OFDM技術的深入探討，本書將為研究者、工程師和學生提供一個紮實的理論框架和實用的技術指導，以應對未來無綫通信係統日益增長的挑戰。