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1、济南大学毕业论文摘 要本文主要是基于天线块交织的MIMO-OFDM系统峰值功率优化方法的研究。以正交频分复用为代表的多载波通信技术可以有效地对抗移动通信信道的诸多不利因素。OFDM技术与MIMO技术相结合可以满足人们对宽带业务的要求，提高数据传输速率，增加频谱利用率。目前OFDM技术广泛应用于非对称数字用户环路（ADSL）、高清晰度电视（HDTV）信号传输、数字视频广播（DVB）、无线局域网（WLAN）等领域，MIMO-OFDM技术也已广泛应用于4G中，极大推动无线移动通信技术的发展。MIMO-OFDM系统同样存在PAPR过高的问题，会使信号波形产生畸变，以致降低整个系统的传输性能和可靠性。对
2、于MIMO-OFDM系统，多天线是主要特点，尝试将块交织与多天线特点相结合来改善系统的峰值功率问题。在研究此优化方法时，首先先建立原始和优化后的MIMO-OFDM系统框图，然后对其每个模块进行MATLAB仿真，不断重复实验，从而得到两种情况下PAPR统计值。为了准确评估PAPR性能，可以借助互补累积分布函数CCDF。通过仿真图像，我们能很直观清晰看到多天线块交织方法可以很好地改善MIMO-OFDM系统的PAPR性能。关键词：多输入多输出正交频分复用；多天线块交织；正交频分复用；峰值功率比- II -ABSTRACTIn this paper, a peak power optimization
3、 method based on the antenna block interleaving in MIMO-OFDM system is introduced. As one of multicarrier communication techniques, orthogonal Frequency Division Multiplexing can effectively resist many unfavorable factors in mobile communication channel. The combination of OFDM and MIMO can meet pe
4、oples demands for broadband services, higher data rates and increased spectral efficiency. OFDM technology is currently widely used in Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL), high definition television (HDTV) signal transmission, digital video broadcasting (DVB), wireless local area network (WLAN
5、) and so on. MIMO-OFDM technology has been widely used in 4G, and greatly promoted the development of wireless mobile communication technology. In MIMO-OFDM system, the problem of high PAPR also exists, which induces signal waveform distortion and reduces transmission performance and reliability of
6、the entire system. Since the main property of MIMO-OFDM system is multiple antennas, the combination of block interleaving and multiple antennas is employed for improving the system of peak power problem. In the study of this optimization method, the original and optimized block diagrams of MIMO-OFD
7、M system are firstly established, and then their MATLAB simulation module and repeated the experiment are done. The PAPR performance in both cases can be obtained. In order to accurately assess the PAPR performance, complementary cumulative distribution function (CCDF) can be used. It can be seen fo
8、rm the simulation images that a multi-antenna block interleaving method can improve the PAPR performance of MIMO-OFDM system.Key words: MIMO-OFDM; multi-antenna block interleave; OFDM; PAPR目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1研究背景与意义11.2 国内外现状21.3 论文内容与结构安排22 MIMO-OFDM系统基本原理42.1 OFDM系统基本原理42.2 MIMO系统基本原理52.3 MI
9、MO-OFDM系统基本原理62.4 MIMO-OFDM系统优缺点72.5 MIMO-OFDM系统中的PAPR问题82.5.1峰值功率比的成因82.5.2 峰均功率比的定义82.5.3 PAPR性能估计83 降低MIMO-OFDM系统PAPR的天线块交织方法103.1 天线块交织方法原理103.2 基于天线块交织MIMO-OFDM系统114 系统仿真与结果分析124.1 MATLAB软件简介124.2 MIMO-OFDM系统仿真134.3 基于天线块交织MIMO-OFDM系统仿真174.3.1 不同数目候选信号对系统降低PAPR性能的影响184.3.2 天线数目对系统降低PAPR性能的影响19结
10、 论21参 考 文 献22致 谢23- III -1 前言1.1研究背景与意义正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技术和MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术与我们的生活息息相关，密不可分。换句话说如果没有这项技术的诞生，人类之间无法这么便捷，快速实现通信交流，无法通过手机移动端实现网上资源的准确获取，而现在的我们是如此的幸福，可以通过手机移动端随时随地观看高清视频，享受高速信息传输带来的快感。目前，移动通信技术正在高速发展，在我们的有目共睹之下，移动通信技术从原来的模拟信号发展到
11、数字信号，由之前的2G逐渐过渡到3G，再迅速向4G迈进。4G移动通信技术拥有高速的数据传输速率，可以很快地获取网上资源信息并且观看流畅的视频，互联网信息的快速传输，大大减少了我们等待的时间，使我们人类无论相隔多远都能联系到彼此，共享丰富的资源。4G技术在提供从语音到多媒体业务等多种同时，也存在两大问题：一是多径衰落；二是宽带利用率。我们为了解决此两方面的问题，需要采取有效的技术在仅有的频谱上使大量的信息得以传输，以及降低数据信息在传输过程中出现频率选择性衰落的可能。OFDM技术和MIMO技术针对4G技术问题都有其特有的优点，所以两者结合被广泛应用于4G中，覆盖范围广，传输质量更优，会获得更高的
12、数据传输。OFDM技术其实与我们熟知的多载波调制有异曲同工之处，是一种特别的多载波调制方式，子载波数目的增加可以使每个子信道的带宽变小，更加平滑，信号波形传输越好。OFDM技术的多载波之间是正交关系，各载波的频率谱曲线虽交叉，但在一个二进制符号连续时间上是正交，所以可以有效克服码间串扰。起初，Weistein与Ebert提出用DFT来实现多个子载波调制，后人将DET应用到OFDM系统中。当前，OFDM已经深入地应用于ADSL、HDTV、DVB、WLAN，而且逐渐适用于WWAN无线广域网和目前在研究将OFDM与下一代蜂窝网相结合。MIMO技术最初是由Marconi研究出的，其作用是通过多个天线来
13、阻止信道发生衰落现象。MIMO技术可以形成许多个分离并排信道所以可以传输多路数据信息，即使没有扩大带宽和发送功率条件下，也可以增大系统传输速率，所以可以成倍增大信息容量。经过众多研究发现信道信息容量会随着天线个数的增多相应地增大，从而可以极大扩大信道容量，频谱利用率也可以成比例提高。尽管OFDM有非常多的优势，但自身不可回避PAPR过大的劣势。研究者经过大量的实验操作和数据分析，发现块交织方法可以作为一个简单有效的峰均功率优化方法来改善OFDM系统PAPR性能。对于MIMO-OFDM系统同样也存在此问题，多天线是其主要特点，将块交织方法与多天线特点相结合来解决系统峰值功率问题，此优化方法可以大
14、大改善MIMO-OFDM系统PAPR性能，增加数据信息传输的准确度。1.2 国内外现状最近以来，各种信号处理技术和集成电路技术取得了迅速跃变，即使高达上千的子载波都可以通过专用芯片实现DET变换，某种一定程度是推动了OFDM技术的应用。OFDM已经深入地应用于ADSL、HDTV信号传输、DVB、WLAN等领域，而且逐渐适用于WWAN和目前在研究将OFDM与下一代蜂窝网相结合。最常见的两大标准都将OFDM当成它的物理层衡量指标。一是5GHz无线局域网标准802.11a，另一个是2GHz-11GHz的标准802.16a。欧美电信标准化组织的宽带射频接入网的局域网标准已经将OFDM作为调制端的衡量化
15、技术。目前我国，信息产业部无线电管理局准许了中国网通开展OFDM固定无线接入系统实验，并进行相应测试。人们现在集中精力将OFDM技术应用于无线移动通信中，并将其与MIMO技术相结合，来满足更多的宽带业务，提高数据传输容量。MIMO技术因其可以不用扩大宽带和发送端的功率，就能利用多天线成比例增大信道容量和频谱的利用效率，因而被广泛应用现代无线通信中。随着3G移动通信技术的迅速腾飞，研究学者探究得到MIMO与CDMA系统彼此融合的码复用方法。学者们试图把MIMO技术与UWB系统相互组合，一定程度上增大了UWB系统的可靠无误性。MIMO技术还满足WIMAX发展需要，两者结合在无线城域网中更加体现出优势。在4G无线移动通信领域中，MIMO技术也充当着重要角色，然而也面临许多困难，例如要设计适用蜂窝网络MIMO系统线路，这还需后期研究学家长期潜心研究。MIMO技术具有显著的信道容量和较高频谱利用率，这些显著优势逐渐作为下一代无线通信技术的关键技术，可以说MIMO技术有一定广阔前景。MIMO技术与OFDM技术结合的通信系统有其独特的优势，已经应用到很多无线领域中，同时也取得了丰富的研究成果。在国外，很多互联网公司先后发布了MIMO-OFDM芯片组。在我国，科技部也启动了未来通用无线通信技术研究项目，用以进一步探索MIMO-OFDM技术，更好地应用于现实通信系统中。我国华为公司也试图将MIM
