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毕业设计文献翻译模板 本科生毕业设计（论文）外文翻译 外文原文题目：Orthogonal frequency division multiplexing for wireless communications 中文翻译题目：无线通信中的正交频分复用 毕业设计（论文）题目：基于C8051F单片机的人机界面设计与实现 姓名： 学院：信息与电子学院 班级：01540802 指导教师： Chapter 6 峰值功率降低技术 Chintha Tellambura and Mathias Friese 6.1 概述 本章讨论相关方法来降低OFDM信号的较大包络变化（envelope variations）。包络变化是OFDM最常提到的缺点之一，因为在实际中任何传输系统均存在非线性特征，而且是峰值功率受限的。非线性将引起传输信号频谱的扩展，从而产生不希望的带外（OOB）噪声，特别是在来自移动发送机的信号强度可能产生明显区别的无线电应用中，主要考虑的是对相邻信道干扰（ACI）抑制的严格要求。发送信号自身受非线性影响，将在接收端增加误码率。 在参考文献中，包络变化通常以峰值振幅因数（CF），峰值平均功率比（PAPR），峰值平均包络功率比（PMEPR）或简单峰值平均功率比（PAPR）衡量。并不是所有标准总是被使用，因为绝对值的比较有时会很困难。我们使用这些术语PAPR221，222以及CF223，它们准确的数学定义。 在OFDM中，高峰值来自于大量通常统计上的独立子信道的叠加，这些子信道在结构上可以叠加而产生高峰值。由于这个众所周知的原因，高峰值的出现在一段时间内曾被认为是不可避免的。然而，最近人们对于OFDM在无线网络应用方面的兴趣使得对抗这些问题的方法得到发展。 总的来说有几种不同类型的方法。例如，一些研究者接受较高的峰均比（PAPR）并且提出新的放大器概念来提高发送机的功率效率。现有放大器的最优化也在考虑范围之内225。其他方法试图寻求优秀的调制方法，以产生较低峰均比（PAPR）的传输信号。因此，现有的放大器技术可以被使用。 本章讨论降低峰均比（PAPR）的技术和峰均比（PAPR）问题的基本理论。我们将学习基本概念以增加理解，这有助于我们列举所有拥有不同属性的不同方法。更多关于具体问题的细节可以在注释中找到。最后，在理论与艺术状态的对比中我们得知：在新的领域中我们仍然需要研究，以低复杂度的技术接近理论上的极限。 6.2 OFDM信号峰均比（PAPR）的性质 既然我们研究的重点是无线电应用，那么贯穿本章我们只考虑通带信号的复杂包络。然而，许多重要的降低峰均比（PAPR）的技术首要针对基带应用而设计，例如数字用户线222，226。绝大多数技术可以轻易地转换为带通应用。 对于所有OFDM信号有关峰均比（PAPR）的问题，我们只考虑一种简单的 T在信号的前一部分重复调制间隔（OFDM信号）。保护间隔或持续的循环前缀 g 出现，因此它对于峰均比（PAPR ）没有影响，我们将其设为：0g T =。因此，传输的信号可以写为： 1 20(),0N j n ft n s n s t s e t T -?=? （6.2.15） 即PAPR 超过p 的可能性是c P 。对于OFDM 符号，PAPR 小于p 的概率为()1001%c P -。我们认为p 是PAPR 的第()1001c P -个百分位数。 6.2.1 含N 个子载波OFDM 信号PAPR 的最大值 一MPSK 调制方式的OFDM 信号，其PAPR 值通常小于等于N ，其中N 为子信道的个数。鉴于此，考虑（6.2.1）给出的OFDM 信号，其输入数据符号选自于一个MPSK 星座，1n s =。PAPR 被定义为： ( )20,)2 120,) 02 120max max 1s s t T N j ft n t T n N j ft n n s t N s e s e N N -?=-?=? （6.2.16） 这便是给出的N 个子信道MPSK 方式的OFDM 系统PAPR 的最大值。只有M 序列的PAPR 取得最大值。 PAPR 是关于输入数据帧的一个函数，再一次表明包含N 个子信道，多进制调制的OFDM 信号共有M N 个不同的数据帧。对于任意输入数据帧，有 1N 为整数，称为过采样因子，这些采样可以通过补零IDFT 计算得出。PAPR 使用这些采样可以得出 2 20,)max L k NL x k L E x k L = （6.2.19） 我们在一种特殊情况1L =下估计PAPR ，i.e.，PAPR 估计使用奈奎斯特速率采样，定义为 2 20,)1max 1yq N k NL x k E x k = （6.2.20） 我们可以明确得出 yq L N > （6.2.21） 其中Nyq 为使用奈奎斯特速率采样的PAPR 估计。理论上讲，当L 足够大时，L 接近。图6.1显示出对于几种不同的过采样因子值，PAPR 的互补累计分布函数的对比。注意当L 增长到超过4时，曲线不再明显变化，这意味着一个过采样因子为4的过采样速率足够能得出精确的结果。 利用分布以及1L >时离散时间抽样的边界，我们可以精确地导出PAPR 的分 布情况。根据233的定理2，如果()h z 是1N -维复系数多项式，则()j h e 由它在单位圆上采样的最大值限定： 211000max max nk N N j jn LN n n k LN n n k s e s e k -=- （6.2.22） 其中L 为过采样因子且L >。PAPR 的互补累积分布函数的上限可以由以上关系导出 ()()2022Pr opt L opt L Ne -> （6.2.23） 对于0?>，opt L 为最佳过采样因子，由下式得出： 01opt L ?=+ ? （6.2.24） 等式（6.2.24）在考虑到opt L >这一条件后得出233。 图6.2. N 个QPSK 子信道的互补累积分布函数 尽管高峰值在原则上是可能的，然而这一情况很少发生：甚至对于256个子信道，PAPR 也很少超过12.5 dB （图6.2），然而理论上PAPR 的最大值大约为24 dB 。因此对于实际目的，我们认为PAPR 的最大值不超过某些预先定义的概率例如510-是合理的，称为第5100(110)-百分位PAPR 。这一第99.999百分位PAPR 将远低于理论上可能的最大值，并且根据图6.2，对于256子信道其PAPR 总是低于14 dB 。较大峰值的罕见令人们产生希望：也许通过一些卓越的信号处理，最高峰值可能被完全避免。 最后，图6.2表明非常高或者非常低的振幅因数都很少见。例如，在256载波的OFDM 中，CF 通常几乎会大于7 dB ，因为互补累积分布函数接近1。没有什么值得惊讶的，但我们在后面讨论降低PAPR 的方案时会回到这一重要的现象。 对于具备较低PAPR 多载波信号的设计不完全是一个全新的研究领域。宽带信号，换言之具有规定平展频率谱且低PAPR 的信号，近几十年来由于测量方面的原因已经引起人们的兴趣。同样，（6.2.1）可以被认为是1N -阶z 的三角函数多项式（2ft z e ?=），因此我们也可以运用纯粹的数学观点研究它。进一步的研究参考234，235，236，237。然而在所有这些情况中，我们的目标仅仅是找到一个简单的波形。与此相比的是，对于数据传输而言，找到这样波形的一个较大的集合十分必要。例如，传输100比特信息，我们需要1002个不同的波形。进一步讲，这些波形必须实时生成。 6.3 降低PAPR 而产生的信号失真 降低PAPR 的方法可以被分为两个类型。第一种类型通过削去信号顶峰而使传输信号失真，增加了信号的误码率（BER ）。另一种类型以此为特点，即虽然传输信号的PAPR 被降低，信号仍能保持不失真。这以带宽效率为代价，误码率能保持不变。 6.3.1 削峰对系统性能的影响 由于削峰是最为务实的降低PAPR 的方法并且应用于绝大多数（含蓄地讲）现今的系统实现中，因此我们将在这里给出削峰对于系统性能影响的简述。我们考虑两种非线性类型：一个复基带硬削波器和一个晶体管高功率放大器（HPA ）模型。令这两种模型相位()t 不失真。我们仅考虑这两种模型是因为我们假定，任何相位失真（AM/PM 变换），由行波管放大器引入，几乎都可以通过一个合适的预失真器完全被去除238，239。然而对于振幅失真（AM/AM 变换），这是不太可能的，因为限制效果总是存在。晶体管高功率放大器的模型可以在，例如 240，241中找到。 非线性振幅失真可以被描述为一个非线性特性()g m 。复基带硬削波给出 ()max max max ,m m m g m m m m <?=? （6.3.1） 其中max m 指削波最大值。对实体状态HPA 的变化更好的描述 ()()()122max 1p p m g m m m =+ （6.3.2） 其中参数p 控制由线性区到饱和区过渡的顺畅程度。典型值为3p =241。当p 时，（6.3.2）近似等于（6.3.1）。注意根据（6.3.1）复基带信号的硬削波并不等于射频信号的硬削波，看参见例子242。如果射频信号被硬削波，则等效基带非线性特性().g 是一个光滑限制器，类似于（6.3.2）给出的HPA 模型。复基带信号硬削波的物理解释是（6.3.2）给出的HPA 加预失真设备，使得线性振幅特性达到峰值功率（例如，参见238）。 ()s t 的非线性失真在子信道之间产生内调制（IM ）噪声。在OFDM 传输带频率之内的内调制（IM ）噪声降低了解调器输出的信噪比并因此增加了误码率。在OFDM 传输带频率之外的内调制（IM ）噪声被认为是不期望的带外（OOB ）能量并可能降低相邻信道的误码率传输，而且在典型的无线电应用中，带外（OOB ）辐射水平必须低于管理机构规定的界限。 HPA 调制可以被输入补偿（IBO ）或输出补偿（OBO ）描述。两者数值的定义均与HPA 的峰值功率max P 有关， max max 1010,10log ,log av in av out P P IBO OBO P P ?=?= ? ? ? ? （6.3.3）
