正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术由于具有抗频率选择性衰落和频谱效率高等优点,已被IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,电气电子工程师协会)标准化组织选为下一代无线城域网标准IEEE 802.16d/e的物理层核心技术,即目前在无线通信领域引起较多关注的WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access,全球互操作微波接入)技术。然而,OFDM系统固有的高峰值平均功率比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)仍是阻碍WiMAX技术广泛应用的主要问题之一。发射信号的高PAPR要求射频高功率放大器具有较大的线性范围,并且放大器的功率输出回退(Back-off)必须足够大才能减少非线性失真和频谱扩展。本文从基带信号处理的角度对该问题进行了研究,提出了三种新的方法和策略,进行了计算机仿真,并基于作者参与开发的WiMAX系统物理层链路RF综合测试平台进行了实验验证。本文第一部分介绍了论文工作的研究背景和OFDM系统原理,在综述PAPR抑制方法的基础上,指出了本文研究的主要内容。本文的第二部分根据WiMAX系统特点——其下行链路中没有冗余的数据子载波可用于传递副信息,提出了一种可适用于WiMAX系统的预留空子载波方法(Tone Reservation using Null Subcarriers, TRNS)抑制PAPR。通过计算机仿真,讨论了空子载波数目、预设定门限对所提方法PAPR抑制性能的影响。相关仿真结果表明所提方法能有效地降低发送信号的PAPR。本文的第三部分首先分析了WiMAX信号时域波形的峰值联合概率密度函数。分析结果证明了WiMAX信号出现高PAPR情况下,一个WiMAX符号周期内同时出现多个高峰值的现象具有极低概率。基于以上结论,提出了一种峰值平衡预留空子载波方法(Peak Equivalent Tone Reservation, PETR)和一种低复杂度预留空子载波方法(Low Complexity Tone Reservation using Null Subcarriers, LC-TRNS),并进行了计算机仿真。仿真结果表明,上述两种方法能够以较低的复杂度代价,取得接近TRNS方法的PAPR抑制性能。本文的第四部分进一步针对实际情况,提出了一种联合高功率放大器预失真和TRNS的无失真PAPR抑制方法。当输入信号功率回退不够大时,由于高功率放大器引入的非线性失真将导致带内信号失真、频谱扩展(邻道干扰)和误码率恶化。已有的研究工作较少考虑联合PAPR抑制与预失真的设计方法,而本文在剖析高功率放大器非线性输入输出特性的基础上,提出进行预失真和PAPR抑制方法的联合优化设计思想。计算机仿真研究结果表明,所提方法能够在较低的输入信号功率回退条件下,能够取得较大的误码率性能改善。本文的第五部分介绍了开展论文研究工作的仿真与实验平台,即利用国家仪器公司(National Instrument)射频信号发生器和射频信号分析仪建立的WiMAX系统物理层链路RF信号测试平台。另外,简述了本文实验工作所涉及的一些关键技术问题,例如,任意信号发生器的带宽匹配,信号分析仪的信号时频同步、相位补偿与恢复、实测功率归一化等。最后,介绍了本文在WiMAX系统测试平台上得到的一些测试结果。论文最后部分总结了已有研究工作,并指出了下一步研究方向。