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

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• 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
• 通信工程

店铺： 北京爱读者图书专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118104684

商品编码：29728957761

包装：平装-胶订

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

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：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《无线传感器网络信号处理》

内容提要

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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

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章OFDM基本原理
1．1正交频分复用
1．2 0FDM的峰值波动
1．3峰均比抑制技术
参考文献
第2章OFDM的峰均功率比
2．1峰均功率比定义
2．2峰均功率比分析
2．2．1非周期自相关性
2．3采样率与峰均比
2．4其他衡量准则
2．4．1峰值因子
2．4．2立方量度
参考文献
第3章多信号替换法
3．1选择映射法
3．1．1基本原理
3．1．2相关性和序列设计
3．2部分传输序列法
3．2．1基本原理
3．2．2备选信号相关性分析
3．2．3低复杂度搜索方案
3．2．4副信息优化和接收机设计
参考文献
第4章子载波预留法
4．1基本原理
4．2数学建模
4．3 POCS算法
4．3．1基本原理
4．3．2复杂度分析
4．4 SCR算法
4．4．1基本原理
4．4．2 SCR算法的复杂度分析
4．5 active—set算法
4．5．1 实信号算法
4．5．2复信号算法
4．5．3复杂度分析
4．6算法比较
4．6．1 POCS和SCR算法对比
4．6．2 active—set算法对比
4．6．3 SCR与active～set算法对比
参考文献
第5章峰值限幅法
5．1基本原理
5．2限幅滤波算法
5．3迭代限幅滤波算法
5．3．1 时频迭代限幅滤波
5．3．2简化限幅滤波算法
5．4限幅噪声抑制
5．4．1发端噪声抑制
5．4．2收端噪声估计和抵消
5．5联合导引的改进算法
5．5．1 系统模型
5．5．2信道估计优化算法
参考文献
第6章加窗峰值抵消法
6．1并行峰值抵消算法
6．2串行峰值抵消算法
6．2．1理论分析
6．2．2基本原理
6．2．3复杂度分析
6．2．4仿真结果
6．3失真恢复算法
6．3．1基本思想
6．3．2算法建模
6．3．3仿真结果
6．4联合导引的窗函数设计
6．4．1设计准则
6．4．2基本原理
6．4．3仿真结果
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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OFDM通信系统中的信号优化设计 绪论 在信息爆炸的时代，通信系统是信息传递的动脉，其效率和可靠性直接关系到社会的发展和生活的便利。随着移动通信技术的飞速发展，对数据传输速率、频谱利用率以及抗干扰能力的要求也日益提高。正交频分复用（OFDM）技术凭借其独特的优势，已成为现代通信系统（如4G、5G、Wi-Fi等）的核心技术之一。OFDM能够有效地克服频率选择性衰落，简化均衡器设计，并实现高速数据传输。然而，OFDM系统在实际应用中，仍然面临着诸多挑战，例如峰均功率比（PAPR）过高导致的功率放大器（PA）效率低下、对信道估计误差的敏感性、以及在特定应用场景下的性能限制等。 本书深入探讨OFDM通信系统中信号优化设计的关键问题，旨在为研究人员、工程师以及相关专业的学生提供一套系统、全面的理论框架和实践指导。我们不仅仅关注OFDM的基本原理，更着眼于如何通过精巧的信号设计来提升系统的整体性能。本书的研究范畴涵盖了OFDM信号的各个关键环节，从基础的波形生成到复杂的系统级优化，力求做到理论与实践相结合，深入浅出。 第一部分 OFDM信号基础与关键性能挑战 在深入探讨优化设计之前，理解OFDM信号的本质及其面临的关键性能瓶颈至关重要。 第一章 OFDM信号的基本原理 本章将回顾OFDM的核心思想，解析其正交性如何实现高频谱效率。我们将详细阐述OFDM信号的生成和解调过程，包括： OFDM信号的数学模型： 详细推导OFDM信号的时域和频域表达式，解释子载波的独立性与正交性。 IFFT/FFT在OFDM中的作用： 阐述快速傅里叶变换（FFT）和逆快速傅里叶变换（IFFT）如何高效地实现OFDM符号的调制与解调。 循环前缀（CP）的引入与作用： 深入分析CP的机制，以及其如何有效地抵御符号间干扰（ISI）和保护OFDM信号免受频率选择性衰落的影响。我们将讨论不同长度CP对性能和开销的影响。 OFDM系统的信道模型： 介绍OFDM系统常用的信道模型，包括平坦衰落、频率选择性衰落等，以及这些信道特性对OFDM信号的影响。 第二章 OFDM系统中的关键性能挑战 OFDM技术的广泛应用并非没有代价，一些固有的性能挑战限制了其进一步的优化和应用。本章将聚焦于这些关键问题： 峰均功率比（PAPR）问题： 详细分析OFDM信号由于多个子载波信号叠加而导致的瞬时功率远高于平均功率的现象。我们将探讨PAPR过高对功率放大器（PA）效率、线性度以及系统成本的影响。PAPR过高会导致PA工作在线性度较差的非线性区域，产生信号失真和带外辐射，迫使系统降低发射功率以保持线性度，从而降低了系统的传输效率和覆盖范围。 载波间干扰（ICI）和符号间干扰（ISI）： 虽然CP能够有效抑制ISI，但如果信道变化过快（例如，在高速移动场景下），或者CP长度不足，仍然会产生ICI和ISI。本章将分析这些干扰的产生机理及其对OFDM信号解调精度的影响。 信道估计误差的敏感性： OFDM系统对信道状态信息的准确性非常敏感。信道估计的误差会直接导致解调符号的失真，从而降低误码率性能。我们将讨论信道估计误差的主要来源及其影响。 频率偏移（FO）和相位噪声（PN）： 尽管OFDM系统本身具有一定的鲁棒性，但非理想的频率和相位特性，如多普勒频移、本地振荡器相位噪声等，仍然会引入载波间干扰（ICI），影响OFDM系统的性能。 非线性失真： 功率放大器（PA）的非线性特性会对OFDM信号产生严重的失真，包括信号的幅度失真和相位失真，以及产生带外辐射（OOB）。这不仅会影响接收端的解调质量，还可能干扰相邻信道。 第二部分 OFDM信号优化设计策略 针对上述关键性能挑战，本部分将详细介绍多种先进的信号优化设计技术，涵盖信号生成、信号预失真以及系统级优化等多个层面。 第三章 PAPR降低技术 PAPR是OFDM系统中最突出的性能瓶颈之一。本章将系统性地介绍多种有效的PAPR降低方法，并分析其在性能、复杂度及额外开销上的权衡： 基于概率的信号限幅/削顶（Clipping）： 介绍简单的限幅方法，分析其对信号失真和带外辐射的影响。 概率性削顶（Probabilistic Clipping）： 提出在概率基础上进行削顶，以减小对信号的失真。 基于搜索的PAPR降低技术： 部分传输序列（PTS）： 详细阐述PTS原理，包括如何划分子块、引入相位旋转因子，并通过搜索最优组合来降低PAPR。分析其搜索复杂度和性能增益。 迭代削顶（Iterative Clipping and Filtering, ICF）： 介绍迭代削顶的原理，以及如何通过多次削顶和滤波操作逐步降低PAPR。 编码约束（Coding Constraints）： 讨论如何通过对星座映射进行设计，例如块编码，来限制OFDM符号的PAPR。 动态范围扩展技术： 介绍一些旨在扩展信号动态范围的技术，如均值补偿等。 非线性预失真技术（Non-Linear Pre-distortion）： 简要介绍将信号在发送端进行预失真，以补偿PA的非线性特性，从而间接降低PAPR的影响。 第四章 信号星座和映射优化 星座图和映射方式的选择对OFDM系统的性能有着至关重要的影响，尤其是在复杂信道和特定应用场景下。本章将深入探讨： 传统星座映射的分析： 分析QPSK、QAM等标准星座映射在OFDM系统中的表现，及其在AWGN信道和衰落信道下的差异。 面向PAPR优化的星座设计： 探讨如何设计具有低PAPR特性的星座图。例如，某些特殊设计的星座点分布可以有效降低信号峰值。 面向抗干扰的星座设计： 分析如何设计能够提高系统对噪声、干扰和信道衰落鲁棒性的星座。例如，具有较大最小欧氏距离的星座。 基于信道状态信息的动态星座调整： 讨论如何根据实时的信道状态信息，动态地调整星座映射，以最大化数据速率并优化性能。 比特交织（Bit Interleaving）的优化： 分析不同比特交织方案对OFDM系统整体性能的影响，包括其在纠错编码后的应用，以及如何结合信道状态信息进行优化。 子载波功率分配（Power Loading）与比特分配（Bit Loading）： 深入研究如何根据不同子载波的信道增益，进行最优的功率和比特分配，以实现最高的数据速率和最小的误码率。这将涉及到信息论的原理和优化算法。 第五章 抗干扰与信道估计优化 OFDM系统对信道变化的敏感性需要有效的抗干扰策略和精准的信道估计。本章将聚焦于此： 改进的导频设计： 导频位置和数量的优化： 分析不同导频布局对信道估计精度和训练开销的影响。 导频序列的设计： 探讨如何设计具有良好自相关和互相关特性的导频序列，以提高信道估计的准确性。 联合信道估计和均衡： 介绍联合优化信道估计和均衡的方法，以减小信道估计误差对均衡性能的影响。 鲁棒的OFDM信号设计： 冗余OFDM（Redundant OFDM）： 介绍通过引入冗余子载波或时域冗余来提高OFDM系统的鲁棒性。 广义OFDM（Generalized OFDM, G-OFDM）： 探讨G-OFDM的变体，如DFT-s-OFDM，以及其在降低PAPR和提高抗干扰能力方面的优势。 联合检测与均衡技术： 介绍将信道估计、均衡和数据检测过程进行联合优化的方法，以克服非理想信道条件。 相位噪声抑制技术： 探讨用于补偿OFDM系统中相位噪声影响的算法，包括基于导频的相位补偿和基于迭代的相位恢复。 第六章 OFDM信号预失真技术 功率放大器（PA）的非线性效应是OFDM系统性能的另一大杀手。本章将详细介绍OFDM信号的预失真技术： PA非线性模型： 介绍常用的PA非线性模型，如Volterra模型、Saleh模型等。 基于模型的预失真： 查找表（LUT）预失真： 介绍如何构建和使用查找表来映射输入信号到期望输出信号，以补偿PA的非线性。 Volterra级数预失真： 详细阐述基于Volterra级数模型的预失真设计，包括其阶数选择和系数推导。 无模型预失真： 逆查找表（Inverse LUT）： 介绍如何通过学习PA的逆特性来进行预失真。 机器学习在预失真中的应用： 探讨如何利用神经网络等机器学习方法来构建高效的预失真器，以适应PA的复杂非线性行为。 自适应预失真： 介绍如何设计能够实时跟踪PA特性变化的自适应预失真算法，以应对PA的温度变化、老化等因素。 数字预失真（DPD）与模拟预失真（APD）的比较： 分析两种预失真方式的优缺点和适用场景。 第三部分 OFDM系统的高级主题与前沿应用 在掌握了OFDM信号优化的核心技术之后，本部分将进一步拓展到更高级的主题和前沿应用，为读者提供更广阔的视野。 第七章 OFDM与其他多载波技术融合 现代通信系统往往需要集成多种技术以实现最佳性能。本章将探讨OFDM与其他多载波技术以及先进调制方案的融合： OFDM与CDMA的融合（OFCDM）： 分析OFDM和CDMA的结合如何实现更高效的资源利用和用户分离。 OFDM与SC-FDMA的比较与应用： 探讨SC-FDMA（单载波FDMA）的低PAPR优势，以及其在OFDM系统中的替代或补充应用。 OFDM与MIMO系统的结合： 详细分析OFDM-MIMO系统的设计，包括空时编码、多天线信号优化以及其在提升数据速率和鲁棒性方面的作用。 OFDM与其他调制格式的结合： 讨论OFDM如何与更高级的调制格式（如高阶QAM、PAM）以及新型调制方案（如非正交多址接入NOMA）进行有效结合。 第八章 OFDM在未来通信系统中的应用展望 OFDM作为一项成熟而强大的技术，其生命力远未终结。本章将展望OFDM在下一代通信系统中的应用前景： 6G通信中的OFDM： 探讨OFDM在太赫兹通信、空天地一体化网络等6G关键技术中的潜在作用和面临的挑战。 面向物联网（IoT）的OFDM优化： 分析如何针对低功耗、低速率的物联网设备，对OFDM系统进行精简和优化。 智能通信中的OFDM： 探讨OFDM与人工智能、机器学习的结合，例如在智能频谱感知、自适应调制编码等方面的应用。 软件定义通信（SDC）与OFDM： 分析OFDM系统如何适应软件定义通信架构，实现更灵活的部署和管理。 新一代无线通信标准中的OFDM演进： 结合当前的无线通信标准演进趋势，分析OFDM在未来标准中的可能发展方向。 结论 本书系统地梳理了OFDM通信系统中的信号优化设计理论与方法。我们从OFDM的基础原理出发，深入剖析了其在PAPR、ICI、信道估计等方面的关键挑战。随后，我们详细介绍了多种行之有效的信号优化设计策略，包括PAPR降低技术、星座与映射优化、抗干扰与信道估计改进、以及信号预失真技术。最后，我们拓展到OFDM与其他先进技术的融合以及在未来通信系统中的应用展望。 我们希望本书能够为读者提供坚实的理论基础和实用的设计思路，帮助他们理解并掌握OFDM信号优化设计的精髓，从而在未来的通信系统设计和研究中取得突破。OFDM技术仍在不断发展和演进，通过持续的信号优化设计，其在满足未来通信日益增长的需求方面将继续发挥至关重要的作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述方式着实让人耳目一新，它仿佛在引领读者进行一场深入的“思想漫步”，而不是简单地罗列技术公式。我尤其欣赏作者在引入关键概念时所采用的类比手法。例如，在探讨信道编码的效率时，作者没有直接抛出复杂的数学模型，而是通过描绘一个繁忙的集市上信息传递的场景，生动地解释了冗余信息如何帮助我们在喧嚣中捕捉到真实的呼唤。这种“情境化”的教学方法，极大地降低了初学者的心理门槛。读完前几章，我感到自己不仅理解了理论框架，更重要的是，我开始以一种更直观、更具画面感的方式去“感受”信号是如何在复杂的无线环境中穿梭和重构的。它不是一本枯燥的教科书，更像是一位经验丰富的老工程师，带着你亲手搭建和调试一个精密的系统，每一步的权衡与取舍都清晰可见，让人在领悟技术精髓的同时，也对设计背后的哲学有了更深层次的思考。这种叙事上的细腻处理，使得那些原本晦涩难懂的优化问题，变得触手可及，引人入胜。

评分☆☆☆☆☆

这本书在深度上展现出了一种罕见的平衡感，它既没有沉溺于纯粹的理论推导而让人望而却步，也没有流于表面而失去技术上的严谨性。对于那些期望深入理解现代通信系统性能瓶颈的专业人士来说，书中对各种“信道感知”算法的探讨，无疑是一座宝库。特别是关于多普勒扩展效应与时频联合优化部分的论述，作者似乎将多年的研究心得倾注其中，对不同优化指标（如误码率、频谱效率、功耗）之间的权衡关系进行了极其透彻的分析。我特别关注到其中关于“非凸优化”问题的处理策略，作者没有简单地推荐现成的近似解，而是细致地剖析了每种近似背后的局限性及其对实际系统性能的潜在影响。这种精益求精的态度，让这本书超越了一般的工程手册，更像是一份沉甸甸的学术专著，它挑战读者去思考，在实际的资源约束下，我们到底能将性能推向何种极限。这种对细节的执着，让我在合上书本时，仍能感受到思维在持续运作。

评分☆☆☆☆☆

这本书最难能可贵的一点，在于它对“工程实用性”的坚持和强调，它从未让读者忘记这些优美的理论最终是要落地到真实世界的硬件中去实现的。在探讨各种“优化算法”时，作者总是适时地穿插一些关于“计算复杂度”和“实时性”的讨论。例如，在介绍一种高精度但迭代次数多的均衡算法时，书中并未止步于证明其收敛性，而是紧接着分析了在现有FPGA架构下，实现该算法所需的最少乘法器数量和延迟。这种“从理论到实现”的闭环思考模式，对于正在从事系统集成和硬件优化的工程师而言，具有无可替代的指导价值。它告诉我们，一个“好”的理论设计，必须是可以在有限的功耗和带宽预算内稳定运行的。这种务实的态度，使得全书的论述不仅仅停留在纸面上，而是充满了可以被量化和验证的工程智慧。

评分☆☆☆☆☆

我必须称赞这本书的结构设计，它极富逻辑层次感和前瞻性。作者巧妙地构建了一个从宏观到微观，再到未来展望的阅读路径。开篇奠定的基础稳固扎实，为后续复杂模块的学习铺平了道路，而不会让人感到知识点之间存在割裂感。最令我赞叹的是，作者在讨论完标准化的技术后，迅速将视野转向了当前尚未完全成熟的前沿课题。比如，书中对“智能反射面（RIS）辅助的波束管理”在超高频段应用的初步探索，虽然篇幅不长，但其观点之新颖、切入角度之刁钻，让我眼前一亮。这表明作者不仅仅是在梳理既有知识，更是在积极参与未来的技术对话。这本书成功地搭建了一座连接“已知”与“未知”的桥梁，它激励着读者在掌握好当前主流技术的同时，也能保持对下一代通信范式的敏锐嗅觉，而不是满足于对现有技术的重复描述。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书的排版和图示设计堪称典范，这对于理解复杂的二维或三维信号空间模型至关重要。许多通信书籍中的图表往往为了节约空间而变得拥挤不堪，但本书的插图清晰、标注精确，每一条曲线、每一个向量的指向都意义明确。尤其是那些关于“二维窗函数”或“多维星座图”的示意图，它们极大地帮助我可视化了在时间维度和频率维度上同时进行的信号整形操作。这种对视觉辅助的重视，反映了作者深刻理解技术交流的本质——清晰度高于一切。而且，书中对不同符号集和子载波间干扰（ISI）的图形化展示，使得原本抽象的数学概念立刻变得可触摸、可辨识。可以说，这本书通过高质量的视觉呈现，将原本需要大量文字解释的复杂物理过程，浓缩在了几张精美的图表中，极大地提升了学习的效率和愉悦感。