OFDM通信系統(tǒng)中PAPR抑制技術(shù)的研究.pdf

1、隨著信息社會的到來,無線通信特別是移動通信的興起,頻譜日益成為稀缺資源。為了提高頻譜的利用率,人們提出了多種技術(shù)方案。其中,在面向下一代移動通信的眾多多載波信號傳輸技術(shù)中,正交頻分復(fù)用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,OFDM)及其相關(guān)技術(shù)以其頻譜利用率高、抗多徑和脈沖噪聲、在高效帶寬利用率情況下的高速傳輸能力、可根據(jù)信道條件對子載波進(jìn)行靈活調(diào)制及功率分配的能力、技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)

2、,在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,已成為未來第四代多媒體移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵傳輸技術(shù)之一。但是OFDM系統(tǒng)的主要缺陷之一就是其時域信號的幅值波動較大,也就是出現(xiàn)高的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)問題。與傳統(tǒng)的單載波傳輸技術(shù)比較,較高的PAPR對放大器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(Digital-to-Analog converter,D/A)或模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital converter,

3、A/D)的線性動態(tài)范圍有很高的要求,如果系統(tǒng)線性動態(tài)范圍不能滿足信號的變化,就會造成信號畸變,使疊加信號的頻譜發(fā)生變化,從而導(dǎo)致子信道之間的正交性遭到破壞,產(chǎn)生嚴(yán)重的相互干擾,使通信系統(tǒng)性能嚴(yán)重惡化。本文針對這一關(guān)鍵問題,提出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,深入研究了OFDM技術(shù)中高PAPR問題。
　　 作為前提和基礎(chǔ),本文首先提出了PAPR問題的數(shù)學(xué)解決模型。按照所提模型的思路,從分量修正法、新分量注入法、運(yùn)算規(guī)則變更法三個方面研究并提出自己

4、的新算法。
　　 分量修正法通過修正參與運(yùn)算的分量來改變運(yùn)算結(jié)果,本文分別提出了包括預(yù)判斷技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)、碼元約束技術(shù)和分塊限幅算法四種新方法的分量修正法抑制PAPR。本文首先分析了現(xiàn)有限幅(Clipping、壓縮擴(kuò)展變換(Companding)、編碼(Coding)算法,指出了其存在的不足。Clipping算法對OFDM符號進(jìn)行了非線性處理會帶來嚴(yán)重的帶內(nèi)噪聲,從而導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率(Bit Error Ratio,BER)性能

5、降低,同時,OFDM信號的非線性畸變也會引起帶外輻射,從而降低功率利用率。Companding算法是通過把大功率信號進(jìn)行壓縮以及小功率信號進(jìn)行放大來降低系統(tǒng)的PAPR,同樣具有高BER的問題。因此,本文提出分量修正法抑制PAPR。預(yù)判斷技術(shù)可以按照預(yù)定的PAPR性能指標(biāo)來確定是否需要采用降低PAPR的算法。通過將預(yù)判斷技術(shù)和其它如Clipping、Companding等降低PAPR的算法結(jié)合起來,可以有效地降低PAPR,改善因降低PAP

6、R而產(chǎn)生的不良影響。自適應(yīng)技術(shù)根據(jù)通信系統(tǒng)預(yù)定的性能指標(biāo)和實(shí)際的通信情況,按照自適應(yīng)算法自動調(diào)整降低PAPR算法的參數(shù),在PAPR和通信系統(tǒng)的其它性能之間自動實(shí)現(xiàn)良好折衷。預(yù)判斷和自適應(yīng)技術(shù)都適用于其它所有降低PAPR的算法,并可以將兩種技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用。碼元約束技術(shù)將限幅信號的星座點(diǎn)約束到一個特定區(qū)域,該區(qū)域的星座點(diǎn)逼近于未限幅之前信號的原始星座點(diǎn)。因此,碼元約束技術(shù)能夠在降低PAPR達(dá)到系統(tǒng)要求的同時改善系統(tǒng)的BER性能。分塊限幅算法

7、將一個OFDM符號分成若干塊,然后分別對每塊限幅,最后組合發(fā)送。該算法降低信號的波動范圍,使其滿足功率放大器線性動態(tài)范圍,避免信號非線性嚴(yán)重失真,同時也改善了系統(tǒng)的BER性能。
　　 新分量注入法通過注入新的分量參與運(yùn)算來抑制信號PAPR。新的分量注入會涉及到邊帶信息問題,本文就新分量注入法提出了新穎的邊帶信息傳送方案和簡單可靠的邊帶信息檢測算法。現(xiàn)有算法主要包括部分傳輸序列(Partial TransmitSequences,

8、PTS)、選擇性映射(Selective Mapping,SLM)和載波預(yù)留法(ToneReservation,TR),其最主要的困難就是邊帶信息的傳送和檢測問題以及高計算復(fù)雜度問題。邊帶信息的傳送和檢測問題處理的好壞直接關(guān)系到接收端能否正確恢復(fù)出原始信息。在邊帶信息的傳送方面,已有的算法沒有考慮到邊帶信息插入后的峰值再生問題,本文提出新穎的邊帶信息傳送方案,不僅解決了峰值再生問題和邊帶信息的統(tǒng)一管理問題,而且可以輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)幀同步,使

9、PAPR問題與同步問題得以綜合解決。利用編碼理論知識,本文提出了兩種更簡單可靠的邊帶信息檢測算法。這兩種算法適用于M-PSK(Phase Shift Keying)調(diào)制情況,具有較低的計算復(fù)雜度和較高的可靠性。
　　 運(yùn)算規(guī)則變更法尋求從改變OFDM的正交變換對入手解決PAPR問題,本文就此做了初步研究并給出該方法的整體思路,對其進(jìn)一步的深入研究是以后研究工作的重點(diǎn)。
　　 綜上所述,論文較全面、透徹地闡述了OFDM系統(tǒng)