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1、题 目功率放大器行为模型及多载波通信系统效能分析摘 要近些年，我国无线技术得到了快速的发展，并且被广泛的应用在各个领域中，取得了一定的成绩，OFDM技术是非常重用的一种无线通信技术。其主要原因是因为OFDM技术的误码性能低，频谱利用率高，架设成本低等。被数字视频广播(Digital Video Broadcasting, DVB)、非对称数字用户线(Asymmetrical Digital Subscriber Line, ADSL)等无线通信设备所采用。OFDM能够有效的对于多载波的传输的一种方式，能够有效的对于信息信号进行高效率的传播，减少了信息信号之间的干扰。并且能够将高速数据进行分流，
2、加快了数据传播的时效性，被广泛的应用在无线通信中。在OFDM系统中，为了达到良好的传输效果，OFDM系统的发射功率需要达到一定的要求，因此在发射端末端需要增加功率放大器。然而，OFDM信号的较高峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio, PAPR)问题限制了其功率的放大，由于功率放大器具有非线性特性，过高的输入峰值会导致信号失真，影响系统性能。因此，尽可能的降低OFDM系统的PAPR以及合理地设计线性放大器也就成为OFDM系统的重点技术。本文基于Saleh模型对行波管放大器进行建模，并使用部分传输序列(Partial Transmit Sequence, PTS)
3、来降低OFDM系统的PAPR，观察了信号经过行波管放大器后各项指标的变化。研究PAPR减小以及行波管放大器的非线性对OFDM系统的影响，对部分传输序列算法进行了调整，并在优化算法的基础上研究了OFDM系统的性能。关键词：正交频分复用；峰值平均功率比；行波管放大器建模；部分传输序列ABSTRACTIn recent years, Chinas wireless technology has been rapidly developed, and has been widely used in various fields, with certain achievements. OFDM tech
4、nology is a very reusable wireless communication technology. The main reason is that OFDM technology has low error code performance, high spectrum utilization and low erection cost. By Digital Video broadcast (Digital Video Broadcasting had, DVB), asymmetric Digital Subscriber Line (Asymmetrical Dig
5、ital Subscriber Line, ADSL) and other wireless communication equipment.OFDM is an effective way for multi-carrier transmission, which can effectively spread information signals efficiently and reduce the interference between information signals. Moreover, it can distribute high-speed data and accele
6、rate the timeliness of data transmission, which is widely used in wireless communication.In an OFDM system, in order to achieve good transmission effect, the transmitting power of the OFDM system needs to meet certain requirements, so it is necessary to add power amplifiers at the end of the transmi
7、tting end. However, the high Peak to Average Power Ratio (PAPR) of OFDM signals limits its Power amplification. Due to the nonlinear characteristics of Power amplifiers, too high input Peak will lead to signal distortion and affect the system performance. Therefore, reducing the PAPR of OFDM system
8、as much as possible and designing the linear amplifier reasonably have become the key technologies of OFDM system. In this paper, the Partial transmission Sequence (PTS) is used to reduce the PAPR of OFDM system, and the changes of various indexes after the signal passes through the TWT amplifier ar
9、e observed. The influence of PAPR reduction and the nonlinearity of travelling-wave tube amplifier on OFDM system is studied. Some transmission sequence algorithms are adjusted, and the performance of OFDM system is studied on the basis of optimization algorithm.Key words: OFDM; PAPR; Amplifier Math
10、ematical Model; PTS目 录第一章 绪论11.1课题的背景与研究意义11.2 OFDM峰均比问题和功率放大器建模21.2.1 OFDM峰均比问题21.2.2功率放大器模型31.3本文的章节安排4第二章 OFDM系统62.1 OFDM系统概述62.1.1 OFDM基本原理62.1.2 OFDM调制和解调72.1.3 OFDM保护间隔82.1.4 OFDM的误比特率102.2 OFDM的PAPR问题 102.2.1峰均比的定义112.2.2 OFDM信号的分布132.2.3峰均比和过采样142.3峰均比减小技术152.3.1峰均比降低方法概述152.3.2部分传输序列162.4本章
11、小结18第三章 行波管功率放大器建模193.1行波管放大器的主要特性参数193.1.1工作频率与带宽193.1.2功率增益193.1.3三阶截断点193.1.4行波管功率放大器的效率203.2行波管的非线性特性213.2.1幅度调制转移失真(AM-AM)213.2.2调幅调相转移失真(AM-PM)213.3建模Saleh模型223.4本章小结24第四章：OFDM信号功率放大建模与仿真254.1原始OFDM信号功率放大建模254.2 PAPR降低后OFDM信号功率放大建模254.3本章小结27第五章 总结28结束语29致 谢30参考文献31南京邮电大学通达学院2019届本科生毕业设计（论文）第一
12、章 绪论1.1课题的背景与研究意义电话系统最先是由美国研发出来的，并且改变了人们的生活的方式。这样就使人们进入了无线通信时代，人们可以通过远距离进行交流以及沟通。人们把这个阶段称为1G时代。随着时代的发展，这种无线通信技术已经不能够满足人们对于通信的需要，所以对于这种通信模式进行不断的改进，这样使得无线通信又经历了2G、2.5G和3G时代，这样是通信的距离越远，并且信号保持度越高。截止到2013年为止，无线通信进入了4G时代，这样能够对数据进行高速率进行传输，并且广泛的应用在人们通信的过程中，并且取得了显著的成绩。用户在4G、3G与无线局域网的环境下可以享受到数据的高速传输和更高清晰度的视频图
13、像，同时其更加广泛的覆盖范围和智能的计费方式使其成为主要的通信方式。在第五代通信系统（5G）的研发过程中，不仅要实现下载速度更快，而且还要在频谱利用率、传输线路的损耗、无线覆盖的范围、防火墙等方面向更高级别的升级。主要研究的方向为移动互联网和物联网的应用场景、业务需求量及信号覆盖率，可以预设出四个5G主要技术场景：连续广覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低延时高可靠1。为了在无线通信的道路上取得一席之地，目前全球各个国家已经对5G的研发展开了竞争2。数字信号处理技术对于无线通信也是至关重要的，它能够有效的保证数据传输的准确性，并且有效的避免了信号之间的干扰，所以对于数字信号处理技术进行相关的研究
14、是至关重要的，这样才有助于我国无线通信的发展。由于数字信号处理技术的优越性同样被广泛的应用在数字高清电视、无线网络都有应用，并且取得了显著的成绩。信号多径传播所造成的ISI现象得到了改善，因此OFDM技术在移动通信的发展中会得到大量应用。早在1950年左右，美国军方在电报技术中采用了OFDM，最早的OFDM技术就运用于此。为了使电报信号的接收和分离更加快捷方便，各子载波频率需要相距足够远的距离，这样能够有效的使得保护平台进行隔离，大大的提高了保护频带的利用率。再加上OFDM系统的传输方式非常复杂，当时的技术无法继续完善这项技术，只能将其搁置。然而这项技术可以有效减小码间串扰，因此受到了许多科学
15、家的关注。Kineplex系统3是最早出现的传统的多载波系统，它可以允许子载波频率一定程度上的重叠 4。OFDM传输方案是一种对于信号传播的方式，它能够更好的对于信号进行有效的传输，传输的主要的机理是有效的保证了抗频率选择性衰落，通过这一作用机制能够更好的提高了信号的传播准确性。被广泛的应用在无线通信的过程中，并且发挥着重要的作用。作为一种传输技术，能够对于无线资源进行充分的利用。克服信道时延扩展所带来的ISI，减少了信号与信号之间传播过程中的干扰。在无线通信系统的发展进程中5，行波管主要被用作OFDM发射系统的功率放大。在空间电子技术发展中，行波管作为微波功率的末级放大被用与星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)以及星载转发器。星载转发器工作的频段可大致分为高频段和低频段，从近几年的发展趋势中可以看出，其工作频段将向着高频段发展。一般的固态功率放大器也可用于低频段，其频率覆盖范围大约在48GHz，而星载转发器上低频段所需的功率也只有数十瓦。而如今广播通信卫星使用的新频段为11.712.5GHz，固态功率放大器难以达到需求，而行波管放大器可以达到这样的需求，一般情况下，一个卫星需要十几个行波管，再加上几个用于备用，其需求量依然很大6。随着通信系统的发展，对发射机的要求越来越高，其所需的输出功率越来越
