OFDM及認知OFDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著新的高速無線應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)有無線業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，帶寬的需求量在迅速增加，頻譜資源匱乏問題日益嚴重，然而，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）實測數(shù)據(jù)表明，頻譜資源匱乏的真實原因來源于頻譜利用率低下。為了解決頻譜資源短缺，提高頻譜利用率，認知無線電技術(shù)應(yīng)運而生。在認知無線網(wǎng)絡(luò)中，認知用戶在頻譜感知的基礎(chǔ)上，機會式地接入授權(quán)用戶的空閑頻帶進行通信，在避免對授權(quán)用戶產(chǎn)生有害干擾的同時，應(yīng)用動態(tài)資源分配技術(shù)，大大提高了頻譜利用率。
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2、為一種多載波調(diào)制技術(shù)，正交頻分復(fù)用（OFDM）因其頻譜利用率高、抗多徑能力強等特點而被廣泛應(yīng)用于寬帶無線通信。OFDM靈活的頻譜成形技術(shù)使得它不需要連續(xù)的頻帶即可進行數(shù)據(jù)傳輸，有助于高效利用授權(quán)用戶的空閑頻譜，這種頻譜不連續(xù)的OFDM調(diào)制技術(shù)稱之為非連續(xù)OFDM（NC-OFDM），成為了認知無線網(wǎng)絡(luò)物理層技術(shù)的首選。然而，自O(shè)FDM被提出至今，其固有的峰均比高的問題仍未得到完美的解決，同時，在非認知OFDM系統(tǒng)中，考慮用戶公平性的資源分

3、配算法的研究仍顯得不足。在頻譜資源匱乏的今天，認知OFDM無線網(wǎng)絡(luò)的提出，具有重要的意義，然而，要實現(xiàn)認知系統(tǒng)和授權(quán)系統(tǒng)的真正共存，必須有效控制認知OFDM系統(tǒng)對授權(quán)系統(tǒng)的帶外干擾，同時，要實現(xiàn)頻譜利用率的有效提高，必須研究行之有效的認知OFDM系統(tǒng)的動態(tài)資源分配算法。針對非認知OFDM系統(tǒng)及認知OFDM系統(tǒng)存在的問題，本文將從非認知OFDM系統(tǒng)的峰均比、認知OFDM系統(tǒng)的帶外抑制，以及非認知OFDM系統(tǒng)及認知OFDM系統(tǒng)的資源分配算法

4、等幾方面進行研究，具體的研究工作和創(chuàng)新性成果如下：
　　1.針對OFDM信號高峰均比（PAPR）問題，提出了一種基于門限的分段壓擴算法，以較小的誤比特率（BER）損失，獲得了有效的峰均比抑制。該算法根據(jù)OFDM信號幅度的統(tǒng)計分布，將OFDM信號分成了三類：?。ǚ龋┬盘?、平均（幅度）信號和大（幅度）信號，通過選擇合適的門限，對大信號進行壓縮以減小峰值，同時放大小信號，起到提升平均功率的作用，從而達到峰均比的降低。在接收端，通過迭代

5、檢測算法估計并消除壓擴噪聲，有效減小了分段壓擴造成的帶內(nèi)失真，減小了系統(tǒng)的BER性能損失。另外，NC-OFDM信號頻譜的不連續(xù)性使得其峰均比的統(tǒng)計特性有別于傳統(tǒng)OFDM信號，文中還研究了NC-OFDM信號峰均比的統(tǒng)計分布，為進一步研究NC-OFDM信號峰均比抑制算法提供了幫助。
　　2.針對多用戶非認知OFDM系統(tǒng)下行鏈路的動態(tài)資源分配問題，提出了一種考慮用戶優(yōu)先級的自適應(yīng)子載波分配算法。首先，以兩個用戶的子載波分配為例分析了用戶

6、選擇子載波的先后順序?qū)ο到y(tǒng)容量的影響，在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的沖突解決算法。在該算法中，每個用戶獨立地在所有子載波中搜尋最佳信道增益的子載波，當出現(xiàn)沖突，即多個用戶同時選擇一個子載波時，由“平均信道增益”的大小決定用戶選擇沖突子載波的優(yōu)先級。文中定義了兩種不同的優(yōu)先級準則，一種定義平均信道增益較高的用戶優(yōu)先級較高，另一種則定義平均信道增益較低的用戶優(yōu)先級較高，相應(yīng)地，給出了兩種不同的沖突解決方案。仿真結(jié)果表明，由平均信道增益較低的用戶

7、優(yōu)先選擇沖突子載波，系統(tǒng)容量可以近似達到理論上限值。
　　3.針對OFDM信號諧波功率較大的問題，在認知OFDM無線網(wǎng)絡(luò)中，提出了一種基于星座擴展的帶外抑制（諧波抑制）算法。在傳統(tǒng)的星座擴展算法中，由于原始數(shù)據(jù)符號獨立地進行星座擴展，很難實現(xiàn)對相鄰擴展星座點的控制，一旦相鄰擴展星座點出現(xiàn)實部或者虛部符號相同的情況，將對諧波抑制非常不利。與傳統(tǒng)星座擴展算法不同的是，該算法的星座擴展基于符號對，而不是單個符號，在該算法中，首先將相鄰的

8、原始數(shù)據(jù)符號兩兩組成一組，然后以組為單位來進行星座擴展，控制擴展星座點反相或者接近反相來實現(xiàn)帶外輻射的抑制。在接收端，充分利用了發(fā)射端的星座擴展表來糾正判決過程中可能出現(xiàn)的錯誤，減小了由于星座擴展帶來的BER性能損失，理論和仿真結(jié)果均證明了該算法的有效性。
　　4.針對認知OFDM無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配問題，首先，分析了認知用戶因帶外輻射和非理想的感知信息對授權(quán)用戶造成的干擾，并在資源分配算法的干擾約束中進行了綜合考慮；其次，考慮到授

9、權(quán)用戶的信道占用在評價資源分配算法的重要地位，介紹了確定性和隨機性兩種授權(quán)用戶的信道占用模型，在此基礎(chǔ)上，對認知 OFDM無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配問題進行建模。在本文所研究的認知無線網(wǎng)絡(luò)中，認知用戶分別支持實時（RT）業(yè)務(wù)（延遲敏感業(yè)務(wù)），和非實時（NRT）業(yè)務(wù)（延遲容忍業(yè)務(wù)），相應(yīng)的認知用戶分別為遲延敏感用戶（DS-CUs）和遲延容忍用戶（DT-CUs）。由于延遲容忍用戶關(guān)心吞吐量的大小，而延遲敏感用戶則更關(guān)心切換時延的大小，將所研究的認知