OFDM通信系统中的信号优化设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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但黎琳，肖悦，雷霞 著

图书标签:

• OFDM
• 通信系统
• 信号处理
• 优化设计
• 无线通信
• 正交频分复用
• 调制解调
• 信道估计
• 干扰抑制
• 无线网络

店铺： 广影图书专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118104684

商品编码：29707414799

包装：平装

出版时间：2015-08-01

基本信息

书名:OFDM通信系统中的信号优化设计

定价：65.00元

售价：44.2元,便宜20.8元,折扣68

作者:但黎琳,肖悦,雷霞

出版社：国防工业出版社

出版日期：2015-08-01

ISBN：9787118104684

字数：203000

页码：137

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

本书对正交频分复用（OFDM）峰均功率比抑制技术进行了系统的阐述和研究，包括多信号替换法、子载波预留法等非失真技术和峰值限幅法、加窗峰值抵消法等预失真技术，为正交频分复用信号优化设计提供了理论依据。
本书共分为6章。章介绍了正交频分复用的基本原理以及包络不稳定问题。第2章介绍了峰均功率比的衡量和数学建模。第3章介绍了多信号替换的峰均比抑制技术。第4章介绍了利用空余子载波的载波预留技术。第5章介绍了预失真的峰值限幅技术。后，第6章介绍了时频优化的加窗峰值抵消技术。
本书可供从事无线通信技术与系统研究和开发的科研人员与工程技术人员学习参考，也可作为高校通信类的研究生和本科高年级学生的教学参考书。

目录

作者介绍

文摘

序言

OFDM通信系统中的信号优化设计：导论 1. 引言 在当今信息爆炸的时代，高效、可靠的无线通信系统是支撑社会发展和技术进步的基石。从高清视频流到物联网设备，再到自动驾驶汽车，它们都对无线通信的带宽、速率、稳定性和频谱利用率提出了前所未有的挑战。正是在这样的背景下，正交频分复用（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM）技术凭借其独特的优势，成为了现代无线通信系统，特别是第五代（5G）及未来通信技术的核心。 OFDM技术通过将高速数据流分割成多个低速的子数据流，并将这些子数据流调制到一系列紧密间隔但相互正交的子载波上进行传输，极大地克服了多径衰落对通信质量的影响，显著提高了频谱利用效率。然而，OFDM系统的性能并非一蹴而就，它依赖于一系列复杂的信号处理和优化设计。尤其是在追求更高的数据速率、更低的误码率、更强的抗干扰能力以及更精细的资源分配时，信号的优化设计变得至关重要。 本书旨在深入探讨OFDM通信系统中信号优化设计的关键技术和前沿理论。我们不仅仅关注OFDM的基本原理，更着重于如何通过精巧的信号设计来提升系统的整体性能，应对日益严苛的无线通信环境。本书的内容涵盖了从OFDM信号的基带表示到实际传输过程中的各种优化策略，旨在为读者提供一个全面而深入的理解框架。 2. OFDM系统概述与性能瓶颈 在深入探讨优化设计之前，我们首先需要对OFDM系统有一个清晰的认识，并明确其潜在的性能瓶颈。 2.1 OFDM系统基本原理回顾 OFDM系统最核心的优势在于其能够将一个宽带信道分解为多个窄带正交子信道。每个子信道上的信号带宽远小于信道的相干带宽，因此可以有效地抵抗频率选择性衰落。同时，通过引入循环前缀（Cyclic Prefix, CP），OFDM系统能够消除符号间干扰（Inter-Symbol Interference, ISI），即使在存在多径时也能保持良好的性能。 OFDM的实现通常依赖于快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT）和逆快速傅里叶变换（Inverse Fast Fourier Transform, IFFT）。在发送端，数据被串并转换，并通过星座图映射成复数符号，然后进行IFFT变换，加上CP后串行传输。在接收端，接收到的信号经过CP移除，FFT变换，并进行信道均衡。 2.2 OFDM系统面临的性能瓶颈 尽管OFDM具有诸多优点，但在实际应用中，其性能仍然受到多种因素的制约，这些制约构成了信号优化设计的出发点： 峰均功率比（Peak-to-Average Power Ratio, PAPR）过高： OFDM信号是多个子载波信号的叠加，当这些子载波上的信号相位恰好同相时，可能会产生很高的瞬时峰值。高PAPR会导致线性放大器的饱和，产生信号失真，增加功耗，甚至可能导致发射功率受限，从而影响通信距离和速率。因此，降低PAPR是OFDM信号优化设计中的一个重要课题。 载波频率偏移（Carrier Frequency Offset, CFO）和采样时钟偏移（Sampling Clock Offset, SCO）： 发送端和接收端的本地振荡器之间可能存在频率和时间的偏差，这会导致OFDM信号的子载波不再严格正交，产生载波间干扰（Inter-Carrier Interference, ICI）。ICI会严重降低OFDM系统的性能，尤其是在子载波间距较小的情况下。准确的频率和时钟同步是OFDM系统可靠运行的关键。 信道估计误差： OFDM系统需要准确的信道信息来进行均衡，以补偿信道衰落和均衡器增益。如果信道估计不准确，则均衡效果会大打折扣，导致误码率上升。尤其是在快速变化的无线信道中，信道估计的精度和实时性是重要的挑战。 非线性失真： 发射机的功率放大器（Power Amplifier, PA）在处理高PAPR信号时容易进入非线性区，导致信号产生失真，包括带内失真和带外辐射。带内失真会破坏子载波的相互正交性，产生ICI；带外辐射会干扰相邻信道，造成同频干扰。 终端设备的复杂度： 为了实现OFDM的信号处理，需要高性能的数字信号处理器（DSP）和FFT/IFFT电路，这会增加终端设备的成本和功耗，尤其对于低功耗、低成本的设备而言，这是一个需要权衡的因素。 频谱效率与鲁棒性的权衡： 在追求更高的频谱效率时，OFDM系统通常会采用更小的子载波间距和更窄的CP。然而，这会使得系统对频率偏移和信道变化更加敏感。如何在提高频谱效率的同时保持系统的鲁棒性，是信号优化设计需要解决的另一个关键问题。 3. 信号优化设计的目标与原则 基于上述OFDM系统的性能瓶颈，信号优化设计的主要目标可以概括为： 提升系统性能： 降低误码率（BER），提高数据传输速率，增强系统在复杂无线环境下的可靠性。 提高频谱利用率： 在有限的频谱资源内传输更多的数据。 降低功耗： 尤其对于移动终端而言，是至关重要的考量。 减小设备复杂度： 降低实现成本和技术门槛。 增强鲁棒性： 使系统能够更好地应对信道变化、频率偏移、非线性失真等干扰。 在进行信号优化设计时，我们应遵循以下基本原则： 理论与实践相结合： 优化设计不仅需要扎实的理论基础，更要考虑实际硬件实现的制约和工程可行性。 权衡折衷： 许多优化方案会涉及到不同性能指标之间的权衡，例如PAPR降低与数据速率之间的权衡，或者复杂度与性能之间的权衡。需要在特定应用场景下找到最优的折衷点。 适应性与灵活性： 现代无线通信系统需要能够适应不同的信道条件和业务需求，因此优化设计应具备一定的自适应性和灵活性。 系统级思考： 信号优化设计不应孤立地看待，而应将其置于整个通信系统的框架内，与其他层面的设计（如编码、调制、资源分配）协同工作，以实现全局最优。 4. OFDM信号优化设计的关键领域 本书将围绕以下几个核心领域，深入探讨OFDM通信系统中的信号优化设计： 4.1 PAPR降低技术 高PAPR是OFDM系统的一个突出问题，本书将详细介绍多种旨在降低PAPR的技术，包括： 概率性方法： 如选择性映射（Selective Mapping, SLM）和部分传输序列集（Partial Transmit Sequences, PTS），通过对原始数据进行一些变换，寻找使PAPR最低的序列进行传输。 编码方法： 通过在编码层面引入特定的约束来限制OFDM信号的峰值。 限幅和回退技术： 在不严重影响性能的前提下，对过高的峰值进行削减。 新型OFDM变种： 探索具有 inherent 低PAPR特性的OFDM变种。 4.2 频率和时钟同步技术 精确的频率和时钟同步是OFDM系统正常工作的基石。本书将深入研究： 同步信号设计： 设计具有良好自相关特性的同步序列，以提高同步的精度和鲁棒性。 同步算法： 探讨各种用于检测和估计CFO和SCO的算法，如基于导频的估计算法、基于数据的估计算法等。 反馈同步机制： 在闭环系统中，如何利用反馈信息来持续跟踪和校正频率和时钟偏差。 4.3 信道估计与均衡技术 准确的信道信息对于OFDM系统的性能至关重要。本书将关注： 导频设计： 优化导频的位置、数量和类型，以提高信道估计的精度和效率。 信道估计算法： 介绍最小二乘（LS）、最小均方误差（MMSE）等经典算法，并探讨在快速衰落信道下的改进算法。 均衡技术： 讨论线性均衡、非线性均衡、迫零（ZF）均衡、MMSE均衡等，以及在不同信道条件下的适用性。 信道预测与跟踪： 针对时变信道，研究如何利用历史信息预测未来信道状态，以改进均衡性能。 4.4 非线性失真抑制技术 在功率放大器非线性影响下的OFDM信号优化至关重要。本书将探讨： 预失真技术（Pre-distortion）： 在进入PA之前，对信号进行补偿性失真，以抵消PA的非线性效应。 后失真技术（Post-distortion）： 在PA输出端，对信号进行补偿性处理。 PA模型研究： 建立准确的PA模型，为预失真和后失真提供理论基础。 基于深度学习的失真抑制： 探索利用人工智能技术来学习和补偿PA的非线性特性。 4.5 OFDM系统的资源分配与调度 OFDM系统的高灵活性也带来了复杂的资源分配和调度问题。本书将涉及： 子载波分配： 如何根据信道条件、用户需求等因素，最优地将业务分配到不同的子载波上，以最大化频谱效率。 功率分配： 在满足SINR（信噪比）要求的前提下，优化子载波的发射功率，以降低总功耗或提高系统容量。 用户调度： 如何在时域和频域上对多个用户进行调度，以实现公平性、吞吐量最大化等目标。 4.6 新型OFDM技术与应用 随着通信技术的不断发展，OFDM技术也在不断演进。本书将展望： 多用户OFDM（MU-OFDM）和单用户多输入多输出OFDM（SU-MIMO-OFDM）： 探讨如何将OFDM技术与多用户接入和MIMO技术相结合，以提高系统容量和效率。 滤波OFDM（f-OFDM）和通用滤波OFDM（UF-OFDM）： 讨论这些新型OFDM变种如何解决传统OFDM的带外辐射问题，实现更灵活的频谱使用。 OFDM在特定应用中的优化： 例如在认知无线电、物联网、车联网等场景下，OFDM信号优化设计的特有挑战和解决方案。 5. 结论 OFDM通信系统作为现代无线通信的基石，其性能的提升离不开精细的信号优化设计。本书力求从理论到实践，全面深入地剖析OFDM信号优化设计的各个环节，旨在帮助读者掌握提升OFDM系统性能的关键技术和前沿思想。通过对PAPR降低、同步技术、信道估计与均衡、非线性失真抑制、资源分配以及新型OFDM技术的深入探讨，本书将为研究者、工程师和学生提供一个扎实的理论框架和实用的技术指导，以应对未来无线通信系统日益增长的挑战。

评分☆☆☆☆☆

关于资源分配和功率控制的章节，简直是为那些热衷于无线资源管理（RRM）的读者量身定做的。作者在这里展现了极高的数学素养和工程直觉。他引入了基于凸优化的方法来求解最大化系统吞吐量和最小化功耗的Pareto前沿解集，并详细阐述了如何利用拉格朗日乘子法将一个复杂的非凸问题转化为一系列可解的子问题。我特别注意到了他对“信道感知”在动态资源分配中的作用的描述，作者强调了快速准确的信道估计是实现高效调度的先决条件，并简要提及了基于深度学习的信道预测技术作为未来方向的潜力。这表明作者的视野并未固步自封于经典理论，而是积极地拥抱了新兴技术，使得这本书既有坚实的理论根基，又不失前瞻性。读完这部分，我感觉自己对如何设计一个智能化的基站调度算法有了全新的认知框架。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计真是让人眼前一亮，色彩搭配大胆而又不失专业感，蓝绿渐变的背景似乎象征着信号在复杂的信道中穿梭与优化，中间的那个抽象符号，像是对某种精密算法的视觉化诠释，简约而不简单。光是翻开扉页，就能感受到作者在排版和图示上所下的苦心。那些精心绘制的波形图和星座图，线条清晰锐利，即便是初学者也能一眼看出其内在的规律和美感。特别是引言部分，它并没有直接陷入那些晦涩难懂的数学公式，而是以一种近乎哲学思辨的口吻，探讨了信息时代对通信效率的永恒追求，将读者带入一个宏大而又引人入胜的背景之中，让人不禁对接下来的技术细节充满期待。这种对“美学”和“实用性”的平衡把握，在技术专著中是相当难得的，它似乎在无声地告诉我们：高效的工程设计本身就是一种艺术。阅读的过程如同跟随一位技艺精湛的匠人，观察他如何用精妙的工具和深厚的理论功底，雕琢出最完美的作品。我甚至觉得，这本书的物理实体本身，都可以算作一件高品质的桌面陈设品。

评分☆☆☆☆☆

我花了整整一个下午的时间，沉浸在关于信道编码与调制方案对比分析的那几章。作者对于不同编码增益的详尽论述，简直是教科书级别的典范。他没有停留在传统的块状代码或者卷积码的表面描述，而是深入探讨了迭代译码在提升系统鲁棒性方面所展现出的惊人潜力，特别是对LDPC码和Turbo码在特定误码率阈值下的性能拐点进行了细致入微的描绘。这种对比分析的深度，远超出了我以往阅读的任何一本教材。最让我惊喜的是，作者引入了对“有效码率与系统复杂度”的权衡模型，这部分内容非常贴近实际工程中的资源受限场景。他通过一系列精心设计的仿真曲线，清晰地揭示了在追求极致抗干扰能力的同时，硬件实现成本和实时性之间微妙的制衡关系。这不仅仅是理论的堆砌，更像是一份给通信工程师的“实战指南”，教导我们如何在理想性能与残酷的物理限制之间找到那个最优的甜点，让人读后茅塞顿开，对接下来的系统级设计有了更坚实的理论支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本书的参考文献部分处理得非常严谨和详尽，这无疑是衡量一本技术专著学术价值的重要标准之一。作者不仅列举了通信领域的奠基性论文，还包含了许多近五年内发表在前沿期刊上的最新研究成果。更难得的是，许多关键公式的推导过程，作者都给出了清晰的引用来源，这极大地方便了希望追溯原始理论的专业读者。此外，附录中对一些核心算法的伪代码实现，虽然篇幅不长，但关键步骤的注释到位，简洁明了，为读者快速将理论转化为仿真代码提供了绝佳的起点。这种对细节的极致追求，体现了作者深厚的学术功底和对读者学习路径的体贴关怀，让这本书不仅仅是一本学习资料，更像是一个可以持续深挖的知识宝库。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏把握得极其到位，它不是那种一上来就堆砌傅里叶变换和Z变换的枯燥读物。作者似乎非常了解读者的认知曲线，总能巧妙地将复杂的数学工具嵌入到具体的物理场景中进行讲解。例如，在讲解多普勒扩展对OFDM系统的影响时，他没有直接抛出复杂的二阶矩分析，而是通过一个生动的“移动的钢琴师”的比喻，形象地解释了频率模糊和时间色散是如何耦合在一起，从而破坏了子载波间的正交性。这种“先说故事，再给公式”的教学方法，极大地降低了学习门槛，使得那些原本令人生畏的信号处理概念变得直观易懂。尤其值得称赞的是，章节之间的衔接处理得非常自然流畅，后一章的结论常常是前一章某个概念的自然延伸，读者在不知不觉中就已经完成了知识体系的构建，体验感极佳。