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【作 者】
杨维
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【学位年度】2014
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【学位授予单位】中国地质大学（武汉）
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【导师姓名】汪文
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【 关键词 】OFDM系统峰均比PC-CFRFPGA
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【摘 要】
随着通信技术的发展，用户对通信系统的性能要求越来越高，这就需求频谱利用率更高、抗干扰能力更强的新型多载波传输技术。正交频分复用（OFDM），是一种多载波调制传输方案，已经成为无线高速通信领域中非常重要的传输技术，在3G/4G通信系统中应用广泛。它的基本原理是将信道划分成很多个正交子信道，将高速的数据信号转换成并行的速度较低的数据流，在每一个子信道上使用一个子载波进行调制，并且这些子载波是并行传输的。而在接收端，正交信号通过相关技术分开，从而减少子信道间的相互干扰（ISI）。由于每个子信道的信号带...
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随着通信技术的发展，用户对通信系统的性能要求越来越高，这就需求频谱利用率更高、抗干扰能力更强的新型多载波传输技术。正交频分复用（OFDM），是一种多载波调制传输方案，已经成为无线高速通信领域中非常重要的传输技术，在3G/4G通信系统中应用广泛。它的基本原理是将信道划分成很多个正交子信道，将高速的数据信号转换成并行的速度较低的数据流，在每一个子信道上使用一个子载波进行调制，并且这些子载波是并行传输的。而在接收端，正交信号通过相关技术分开，从而减少子信道间的相互干扰（ISI）。由于每个子信道的信号带宽是小于信道的相干带宽，因此，每个子信道可以看作平坦性衰落，从而避免了符号间干扰（ICI）。然而，OFDM调制技术因为其调制机制，也会使得调制信号在传输中存在一些问题，例如峰均比（PAPR）过高。OFDM信号是有多个子载波信号叠加而成，这样的叠加传输会产生较高的峰均比。高峰均比的信号传输，在发送端对高功率放大器的线性度要求比较高，而且传输的效率也很低，在接收端对放大器以及A/D、D/A的线性要求也很高。为了解决这个问题，各国的学者提出了很多的解决方案，其中峰值因子缩放（CFR）和数字预失真（DPD）技术的结合运用比较符合实现的标准。本文在研究OFDM系统基本原理以及OFDM系统峰均比抑制技术的基础上，考量各种峰均比抑制技术在硬件实现上的可行性和实现复杂度，特别指出了一种限幅类峰均比抑制技术——峰值抵消削峰算法（PC-CFR），在功能模块上提出了一些改进，包括直接代码实现代替CORDIC IP核增加代码可维护性；峰值检测模块采用峰值检测距离参数检测峰值代替每一个超门限区域取唯一峰值，提高信号处理的效率；同时将削减和延时两个模块集成来提高代码的简洁度。围绕这个主题，文章详细分析了各种降低通信系统峰均比的方法，包括数字预失真技术、概率类、编码类和限幅类。其中预失真技术是基于功放角度的，主要是提高功放的线性度；概率类技术是通过线性分组和线性变化降低高峰均比信号出现的概率；编码类技术通过一定的编码方式形成码组，选择PAPR较低的码组进行信号传输，这样也就降低了信号的峰均比；限幅类技术是在信号进入功放之前对信号进行非线性处理，将超过门限值的信号进行预畸变，降低峰均比。数字预失真技术是基于功放端，其实现需求高的DSP性能，概率类技术和编码类技术计算复杂度比较高，在实现上对硬件要求很高。限幅类技术在实现上简单、直接，峰均比抑制性能也能满足工程应用。限幅类技术中，PC-CFR算法的各方面性能的表现都优于其它的限幅类技术，所以我们选择这一方案完成系统设计。本文在系统实现中采用了软件仿真、硬件实现结合方式完成。软件平台部分通过Matlab完成PC-CFR算法的程序设计，为了与硬件实现相符，采用两次迭代。信号源数据采用公司项目FDD-LTE项目中经过OFDM调制之后输入到CFR模块的I、Q数据，在Matlab端验证了算法的CCDF性能以及EVM指标。硬件平台部分，电路搭建是基于公司硬件部门，采用Xilinx公司Kintex-7系列的XC7K70T-2fgb676的FPGA芯片，这款芯片是Xilinx最新款的FPGA芯片，对比之前的芯片，其性价比提高了一倍，功耗降低了一半。FPGA逻辑实现部分运用Verilog HDL语言实现算法的模块设计。整个系统逻辑功能模块设计完成，并将Verilog代码下载到FPGA硬件电路板上，在Modelsim及其他测试工具中完成了CFR算法模块的仿真、验证。经测试可知，输入信号经过系统处理实现了给定的ACLR大于60dB，EVM小于7%并且PAPR值降低2-3dB的性能指标。
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【文献类型】
学位论文
- 【 JCR分区 】
:Q1
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