WiMAX信號的峰值平均功率比抑制技術及實驗研究.pdf

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

2、teroperability for Microwave Access，全球互操作微波接入)技術。 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技術廣泛應用的主要問題之一。發(fā)射信號的高 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展。本文從基帶信號處理的角度對該問

3、題進行了研究，提出了三種新的方法和策略，進行了計算機仿真，并基于作者參與開發(fā)的WiMAx系統(tǒng)物理層鏈路RF綜合測試平臺進行了實驗驗證。 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抑制方法的基礎上，指出了本文研究的主要內容。 本文的第二部分根據WiMAx系統(tǒng)特點——其下行鏈路中沒有冗余的數(shù)據子載波可用于傳遞副信息，提出了一種可適用于WiMAX系統(tǒng)的預留空子載波方法(Tone Reservatio

4、n using NuU Subcarriers，TRNS)抑制PAPR。通過計算機仿真，討論了空子載波數(shù)目、預設定門限對所提方法PAPR抑制性能的影響。相關仿真結果表明所提方法能有效地降低發(fā)送信號的PAPR。 本文的第三部分首先分析了WiMAX信號時域波形的峰值聯(lián)合概率密度函數(shù)。分析結果證明了 WiMAX信號出現(xiàn)高PAPR情況下，一個 WiMAX 符號周期內同時出現(xiàn)多個高峰值的現(xiàn)象具有極低概率?；谝陨辖Y論，提出了一種峰值平衡預

5、留空子載波方法(Peak Equivalent Tone Reservation，PETR)和一種低復雜度預留空子載波方法(LOW Complexity Tone Reservation using Null Subcarriers，LC-TRNs)，并進行了計算機仿真。仿真結果表明，上述兩種方法能夠以較低的復雜度代價，取得接近TRNS方法的PAPR抑制性能。 本文的第四部分進一步針對實際情況，提出了一種聯(lián)合高功率放大器預失真和

6、TRNs的無失真PAPR抑制方法。當輸入信號功率回退不夠大時，由于高功率放大器引入的非線性失真將導致帶內信號失真、頻譜擴展(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抑制與預失真的設計方法，而本文在剖析高功率放大器非線性輸入輸出特性的基礎上，提出進行預失真和PAPR抑制方法的聯(lián)合優(yōu)化設計思想。計算機仿真研究結果表明，所提方法能夠在較低的輸入信號功率回退條件下，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驗平臺，即利用國家儀器公司(National Instrument)射頻信號發(fā)生器和射頻信號分析儀建立的WiMAX系統(tǒng)物理層鏈路RF信號測試平臺。另外，簡述了本文實驗工作所涉及的一些關鍵技術問題，例如，任意信號發(fā)生器的帶寬匹配，信號分析儀的信號時頻同步、相位補償與恢復、實測功率歸一化等。最后，介紹了本文在WiMAx系統(tǒng)測試平臺上得到的一些測試結果。 論文最后部分總結了已有研究工作，并指出了下一步研究方向。