OFDM通信係統中的信號優化設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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但黎琳，肖悅，雷霞 著

圖書標籤:

• OFDM
• 通信係統
• 信號處理
• 優化設計
• 無綫通信
• 正交頻分復用
• 調製解調
• 信道估計
• 乾擾抑製
• 通信工程

店鋪： 北京愛讀者圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118104684

商品編碼：29728957761

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2015-08-01

基本信息

書名：OFDM通信係統中的信號優化設計

定價：65.00元

作者：但黎琳,肖悅,雷霞

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2015-08-01

ISBN：9787118104684

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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《無綫傳感器網絡信號處理》

內容提要

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本書對正交頻分復用（OFDM）峰均功率比抑製技術進行瞭係統的闡述和研究，包括多信號替換法、子載波預留法等非失真技術和峰值限幅法、加窗峰值抵消法等預失真技術，為正交頻分復用信號優化設計提供瞭理論依據。
本書共分為6章。章介紹瞭正交頻分復用的基本原理以及包絡不穩定問題。第2章介紹瞭峰均功率比的衡量和數學建模。第3章介紹瞭多信號替換的峰均比抑製技術。第4章介紹瞭利用空餘子載波的載波預留技術。第5章介紹瞭預失真的峰值限幅技術。*後，第6章介紹瞭時頻優化的加窗峰值抵消技術。
本書可供從事無綫通信技術與係統研究和開發的科研人員與工程技術人員學習參考，也可作為高校通信類的研究生和本科高年級學生的教學參考書。

目錄

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章OFDM基本原理
1．1正交頻分復用
1．2 0FDM的峰值波動
1．3峰均比抑製技術
參考文獻
第2章OFDM的峰均功率比
2．1峰均功率比定義
2．2峰均功率比分析
2．2．1非周期自相關性
2．3采樣率與峰均比
2．4其他衡量準則
2．4．1峰值因子
2．4．2立方量度
參考文獻
第3章多信號替換法
3．1選擇映射法
3．1．1基本原理
3．1．2相關性和序列設計
3．2部分傳輸序列法
3．2．1基本原理
3．2．2備選信號相關性分析
3．2．3低復雜度搜索方案
3．2．4副信息優化和接收機設計
參考文獻
第4章子載波預留法
4．1基本原理
4．2數學建模
4．3 POCS算法
4．3．1基本原理
4．3．2復雜度分析
4．4 SCR算法
4．4．1基本原理
4．4．2 SCR算法的復雜度分析
4．5 active—set算法
4．5．1 實信號算法
4．5．2復信號算法
4．5．3復雜度分析
4．6算法比較
4．6．1 POCS和SCR算法對比
4．6．2 active—set算法對比
4．6．3 SCR與active～set算法對比
參考文獻
第5章峰值限幅法
5．1基本原理
5．2限幅濾波算法
5．3迭代限幅濾波算法
5．3．1 時頻迭代限幅濾波
5．3．2簡化限幅濾波算法
5．4限幅噪聲抑製
5．4．1發端噪聲抑製
5．4．2收端噪聲估計和抵消
5．5聯閤導引的改進算法
5．5．1 係統模型
5．5．2信道估計優化算法
參考文獻
第6章加窗峰值抵消法
6．1並行峰值抵消算法
6．2串行峰值抵消算法
6．2．1理論分析
6．2．2基本原理
6．2．3復雜度分析
6．2．4仿真結果
6．3失真恢復算法
6．3．1基本思想
6．3．2算法建模
6．3．3仿真結果
6．4聯閤導引的窗函數設計
6．4．1設計準則
6．4．2基本原理
6．4．3仿真結果
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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OFDM通信係統中的信號優化設計 緒論 在信息爆炸的時代，通信係統是信息傳遞的動脈，其效率和可靠性直接關係到社會的發展和生活的便利。隨著移動通信技術的飛速發展，對數據傳輸速率、頻譜利用率以及抗乾擾能力的要求也日益提高。正交頻分復用（OFDM）技術憑藉其獨特的優勢，已成為現代通信係統（如4G、5G、Wi-Fi等）的核心技術之一。OFDM能夠有效地剋服頻率選擇性衰落，簡化均衡器設計，並實現高速數據傳輸。然而，OFDM係統在實際應用中，仍然麵臨著諸多挑戰，例如峰均功率比（PAPR）過高導緻的功率放大器（PA）效率低下、對信道估計誤差的敏感性、以及在特定應用場景下的性能限製等。 本書深入探討OFDM通信係統中信號優化設計的關鍵問題，旨在為研究人員、工程師以及相關專業的學生提供一套係統、全麵的理論框架和實踐指導。我們不僅僅關注OFDM的基本原理，更著眼於如何通過精巧的信號設計來提升係統的整體性能。本書的研究範疇涵蓋瞭OFDM信號的各個關鍵環節，從基礎的波形生成到復雜的係統級優化，力求做到理論與實踐相結閤，深入淺齣。 第一部分 OFDM信號基礎與關鍵性能挑戰 在深入探討優化設計之前，理解OFDM信號的本質及其麵臨的關鍵性能瓶頸至關重要。 第一章 OFDM信號的基本原理 本章將迴顧OFDM的核心思想，解析其正交性如何實現高頻譜效率。我們將詳細闡述OFDM信號的生成和解調過程，包括： OFDM信號的數學模型： 詳細推導OFDM信號的時域和頻域錶達式，解釋子載波的獨立性與正交性。 IFFT/FFT在OFDM中的作用： 闡述快速傅裏葉變換（FFT）和逆快速傅裏葉變換（IFFT）如何高效地實現OFDM符號的調製與解調。 循環前綴（CP）的引入與作用： 深入分析CP的機製，以及其如何有效地抵禦符號間乾擾（ISI）和保護OFDM信號免受頻率選擇性衰落的影響。我們將討論不同長度CP對性能和開銷的影響。 OFDM係統的信道模型： 介紹OFDM係統常用的信道模型，包括平坦衰落、頻率選擇性衰落等，以及這些信道特性對OFDM信號的影響。 第二章 OFDM係統中的關鍵性能挑戰 OFDM技術的廣泛應用並非沒有代價，一些固有的性能挑戰限製瞭其進一步的優化和應用。本章將聚焦於這些關鍵問題： 峰均功率比（PAPR）問題： 詳細分析OFDM信號由於多個子載波信號疊加而導緻的瞬時功率遠高於平均功率的現象。我們將探討PAPR過高對功率放大器（PA）效率、綫性度以及係統成本的影響。PAPR過高會導緻PA工作在綫性度較差的非綫性區域，産生信號失真和帶外輻射，迫使係統降低發射功率以保持綫性度，從而降低瞭係統的傳輸效率和覆蓋範圍。 載波間乾擾（ICI）和符號間乾擾（ISI）： 雖然CP能夠有效抑製ISI，但如果信道變化過快（例如，在高速移動場景下），或者CP長度不足，仍然會産生ICI和ISI。本章將分析這些乾擾的産生機理及其對OFDM信號解調精度的影響。 信道估計誤差的敏感性： OFDM係統對信道狀態信息的準確性非常敏感。信道估計的誤差會直接導緻解調符號的失真，從而降低誤碼率性能。我們將討論信道估計誤差的主要來源及其影響。 頻率偏移（FO）和相位噪聲（PN）： 盡管OFDM係統本身具有一定的魯棒性，但非理想的頻率和相位特性，如多普勒頻移、本地振蕩器相位噪聲等，仍然會引入載波間乾擾（ICI），影響OFDM係統的性能。 非綫性失真： 功率放大器（PA）的非綫性特性會對OFDM信號産生嚴重的失真，包括信號的幅度失真和相位失真，以及産生帶外輻射（OOB）。這不僅會影響接收端的解調質量，還可能乾擾相鄰信道。 第二部分 OFDM信號優化設計策略 針對上述關鍵性能挑戰，本部分將詳細介紹多種先進的信號優化設計技術，涵蓋信號生成、信號預失真以及係統級優化等多個層麵。 第三章 PAPR降低技術 PAPR是OFDM係統中最突齣的性能瓶頸之一。本章將係統性地介紹多種有效的PAPR降低方法，並分析其在性能、復雜度及額外開銷上的權衡： 基於概率的信號限幅/削頂（Clipping）： 介紹簡單的限幅方法，分析其對信號失真和帶外輻射的影響。 概率性削頂（Probabilistic Clipping）： 提齣在概率基礎上進行削頂，以減小對信號的失真。 基於搜索的PAPR降低技術： 部分傳輸序列（PTS）： 詳細闡述PTS原理，包括如何劃分子塊、引入相位鏇轉因子，並通過搜索最優組閤來降低PAPR。分析其搜索復雜度和性能增益。 迭代削頂（Iterative Clipping and Filtering, ICF）： 介紹迭代削頂的原理，以及如何通過多次削頂和濾波操作逐步降低PAPR。 編碼約束（Coding Constraints）： 討論如何通過對星座映射進行設計，例如塊編碼，來限製OFDM符號的PAPR。 動態範圍擴展技術： 介紹一些旨在擴展信號動態範圍的技術，如均值補償等。 非綫性預失真技術（Non-Linear Pre-distortion）： 簡要介紹將信號在發送端進行預失真，以補償PA的非綫性特性，從而間接降低PAPR的影響。 第四章 信號星座和映射優化 星座圖和映射方式的選擇對OFDM係統的性能有著至關重要的影響，尤其是在復雜信道和特定應用場景下。本章將深入探討： 傳統星座映射的分析： 分析QPSK、QAM等標準星座映射在OFDM係統中的錶現，及其在AWGN信道和衰落信道下的差異。 麵嚮PAPR優化的星座設計： 探討如何設計具有低PAPR特性的星座圖。例如，某些特殊設計的星座點分布可以有效降低信號峰值。 麵嚮抗乾擾的星座設計： 分析如何設計能夠提高係統對噪聲、乾擾和信道衰落魯棒性的星座。例如，具有較大最小歐氏距離的星座。 基於信道狀態信息的動態星座調整： 討論如何根據實時的信道狀態信息，動態地調整星座映射，以最大化數據速率並優化性能。 比特交織（Bit Interleaving）的優化： 分析不同比特交織方案對OFDM係統整體性能的影響，包括其在糾錯編碼後的應用，以及如何結閤信道狀態信息進行優化。 子載波功率分配（Power Loading）與比特分配（Bit Loading）： 深入研究如何根據不同子載波的信道增益，進行最優的功率和比特分配，以實現最高的數據速率和最小的誤碼率。這將涉及到信息論的原理和優化算法。 第五章 抗乾擾與信道估計優化 OFDM係統對信道變化的敏感性需要有效的抗乾擾策略和精準的信道估計。本章將聚焦於此： 改進的導頻設計： 導頻位置和數量的優化： 分析不同導頻布局對信道估計精度和訓練開銷的影響。 導頻序列的設計： 探討如何設計具有良好自相關和互相關特性的導頻序列，以提高信道估計的準確性。 聯閤信道估計和均衡： 介紹聯閤優化信道估計和均衡的方法，以減小信道估計誤差對均衡性能的影響。 魯棒的OFDM信號設計： 冗餘OFDM（Redundant OFDM）： 介紹通過引入冗餘子載波或時域冗餘來提高OFDM係統的魯棒性。 廣義OFDM（Generalized OFDM, G-OFDM）： 探討G-OFDM的變體，如DFT-s-OFDM，以及其在降低PAPR和提高抗乾擾能力方麵的優勢。 聯閤檢測與均衡技術： 介紹將信道估計、均衡和數據檢測過程進行聯閤優化的方法，以剋服非理想信道條件。 相位噪聲抑製技術： 探討用於補償OFDM係統中相位噪聲影響的算法，包括基於導頻的相位補償和基於迭代的相位恢復。 第六章 OFDM信號預失真技術 功率放大器（PA）的非綫性效應是OFDM係統性能的另一大殺手。本章將詳細介紹OFDM信號的預失真技術： PA非綫性模型： 介紹常用的PA非綫性模型，如Volterra模型、Saleh模型等。 基於模型的預失真： 查找錶（LUT）預失真： 介紹如何構建和使用查找錶來映射輸入信號到期望輸齣信號，以補償PA的非綫性。 Volterra級數預失真： 詳細闡述基於Volterra級數模型的預失真設計，包括其階數選擇和係數推導。 無模型預失真： 逆查找錶（Inverse LUT）： 介紹如何通過學習PA的逆特性來進行預失真。 機器學習在預失真中的應用： 探討如何利用神經網絡等機器學習方法來構建高效的預失真器，以適應PA的復雜非綫性行為。 自適應預失真： 介紹如何設計能夠實時跟蹤PA特性變化的自適應預失真算法，以應對PA的溫度變化、老化等因素。 數字預失真（DPD）與模擬預失真（APD）的比較： 分析兩種預失真方式的優缺點和適用場景。 第三部分 OFDM係統的高級主題與前沿應用 在掌握瞭OFDM信號優化的核心技術之後，本部分將進一步拓展到更高級的主題和前沿應用，為讀者提供更廣闊的視野。 第七章 OFDM與其他多載波技術融閤 現代通信係統往往需要集成多種技術以實現最佳性能。本章將探討OFDM與其他多載波技術以及先進調製方案的融閤： OFDM與CDMA的融閤（OFCDM）： 分析OFDM和CDMA的結閤如何實現更高效的資源利用和用戶分離。 OFDM與SC-FDMA的比較與應用： 探討SC-FDMA（單載波FDMA）的低PAPR優勢，以及其在OFDM係統中的替代或補充應用。 OFDM與MIMO係統的結閤： 詳細分析OFDM-MIMO係統的設計，包括空時編碼、多天綫信號優化以及其在提升數據速率和魯棒性方麵的作用。 OFDM與其他調製格式的結閤： 討論OFDM如何與更高級的調製格式（如高階QAM、PAM）以及新型調製方案（如非正交多址接入NOMA）進行有效結閤。 第八章 OFDM在未來通信係統中的應用展望 OFDM作為一項成熟而強大的技術，其生命力遠未終結。本章將展望OFDM在下一代通信係統中的應用前景： 6G通信中的OFDM： 探討OFDM在太赫茲通信、空天地一體化網絡等6G關鍵技術中的潛在作用和麵臨的挑戰。 麵嚮物聯網（IoT）的OFDM優化： 分析如何針對低功耗、低速率的物聯網設備，對OFDM係統進行精簡和優化。 智能通信中的OFDM： 探討OFDM與人工智能、機器學習的結閤，例如在智能頻譜感知、自適應調製編碼等方麵的應用。 軟件定義通信（SDC）與OFDM： 分析OFDM係統如何適應軟件定義通信架構，實現更靈活的部署和管理。 新一代無綫通信標準中的OFDM演進： 結閤當前的無綫通信標準演進趨勢，分析OFDM在未來標準中的可能發展方嚮。 結論 本書係統地梳理瞭OFDM通信係統中的信號優化設計理論與方法。我們從OFDM的基礎原理齣發，深入剖析瞭其在PAPR、ICI、信道估計等方麵的關鍵挑戰。隨後，我們詳細介紹瞭多種行之有效的信號優化設計策略，包括PAPR降低技術、星座與映射優化、抗乾擾與信道估計改進、以及信號預失真技術。最後，我們拓展到OFDM與其他先進技術的融閤以及在未來通信係統中的應用展望。 我們希望本書能夠為讀者提供堅實的理論基礎和實用的設計思路，幫助他們理解並掌握OFDM信號優化設計的精髓，從而在未來的通信係統設計和研究中取得突破。OFDM技術仍在不斷發展和演進，通過持續的信號優化設計，其在滿足未來通信日益增長的需求方麵將繼續發揮至關重要的作用。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，這本書的排版和圖示設計堪稱典範，這對於理解復雜的二維或三維信號空間模型至關重要。許多通信書籍中的圖錶往往為瞭節約空間而變得擁擠不堪，但本書的插圖清晰、標注精確，每一條麯綫、每一個嚮量的指嚮都意義明確。尤其是那些關於“二維窗函數”或“多維星座圖”的示意圖，它們極大地幫助我可視化瞭在時間維度和頻率維度上同時進行的信號整形操作。這種對視覺輔助的重視，反映瞭作者深刻理解技術交流的本質——清晰度高於一切。而且，書中對不同符號集和子載波間乾擾（ISI）的圖形化展示，使得原本抽象的數學概念立刻變得可觸摸、可辨識。可以說，這本書通過高質量的視覺呈現，將原本需要大量文字解釋的復雜物理過程，濃縮在瞭幾張精美的圖錶中，極大地提升瞭學習的效率和愉悅感。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘述方式著實讓人耳目一新，它仿佛在引領讀者進行一場深入的“思想漫步”，而不是簡單地羅列技術公式。我尤其欣賞作者在引入關鍵概念時所采用的類比手法。例如，在探討信道編碼的效率時，作者沒有直接拋齣復雜的數學模型，而是通過描繪一個繁忙的集市上信息傳遞的場景，生動地解釋瞭冗餘信息如何幫助我們在喧囂中捕捉到真實的呼喚。這種“情境化”的教學方法，極大地降低瞭初學者的心理門檻。讀完前幾章，我感到自己不僅理解瞭理論框架，更重要的是，我開始以一種更直觀、更具畫麵感的方式去“感受”信號是如何在復雜的無綫環境中穿梭和重構的。它不是一本枯燥的教科書，更像是一位經驗豐富的老工程師，帶著你親手搭建和調試一個精密的係統，每一步的權衡與取捨都清晰可見，讓人在領悟技術精髓的同時，也對設計背後的哲學有瞭更深層次的思考。這種敘事上的細膩處理，使得那些原本晦澀難懂的優化問題，變得觸手可及，引人入勝。

評分☆☆☆☆☆

這本書在深度上展現齣瞭一種罕見的平衡感，它既沒有沉溺於純粹的理論推導而讓人望而卻步，也沒有流於錶麵而失去技術上的嚴謹性。對於那些期望深入理解現代通信係統性能瓶頸的專業人士來說，書中對各種“信道感知”算法的探討，無疑是一座寶庫。特彆是關於多普勒擴展效應與時頻聯閤優化部分的論述，作者似乎將多年的研究心得傾注其中，對不同優化指標（如誤碼率、頻譜效率、功耗）之間的權衡關係進行瞭極其透徹的分析。我特彆關注到其中關於“非凸優化”問題的處理策略，作者沒有簡單地推薦現成的近似解，而是細緻地剖析瞭每種近似背後的局限性及其對實際係統性能的潛在影響。這種精益求精的態度，讓這本書超越瞭一般的工程手冊，更像是一份沉甸甸的學術專著，它挑戰讀者去思考，在實際的資源約束下，我們到底能將性能推嚮何種極限。這種對細節的執著，讓我在閤上書本時，仍能感受到思維在持續運作。

評分☆☆☆☆☆

我必須稱贊這本書的結構設計，它極富邏輯層次感和前瞻性。作者巧妙地構建瞭一個從宏觀到微觀，再到未來展望的閱讀路徑。開篇奠定的基礎穩固紮實，為後續復雜模塊的學習鋪平瞭道路，而不會讓人感到知識點之間存在割裂感。最令我贊嘆的是，作者在討論完標準化的技術後，迅速將視野轉嚮瞭當前尚未完全成熟的前沿課題。比如，書中對“智能反射麵（RIS）輔助的波束管理”在超高頻段應用的初步探索，雖然篇幅不長，但其觀點之新穎、切入角度之刁鑽，讓我眼前一亮。這錶明作者不僅僅是在梳理既有知識，更是在積極參與未來的技術對話。這本書成功地搭建瞭一座連接“已知”與“未知”的橋梁，它激勵著讀者在掌握好當前主流技術的同時，也能保持對下一代通信範式的敏銳嗅覺，而不是滿足於對現有技術的重復描述。

評分☆☆☆☆☆

這本書最難能可貴的一點，在於它對“工程實用性”的堅持和強調，它從未讓讀者忘記這些優美的理論最終是要落地到真實世界的硬件中去實現的。在探討各種“優化算法”時，作者總是適時地穿插一些關於“計算復雜度”和“實時性”的討論。例如，在介紹一種高精度但迭代次數多的均衡算法時，書中並未止步於證明其收斂性，而是緊接著分析瞭在現有FPGA架構下，實現該算法所需的最少乘法器數量和延遲。這種“從理論到實現”的閉環思考模式，對於正在從事係統集成和硬件優化的工程師而言，具有無可替代的指導價值。它告訴我們，一個“好”的理論設計，必須是可以在有限的功耗和帶寬預算內穩定運行的。這種務實的態度，使得全書的論述不僅僅停留在紙麵上，而是充滿瞭可以被量化和驗證的工程智慧。