降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的星座恢復(fù)方法研究.pdf

1、為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、影像等多媒體業(yè)務(wù)的需求，這就要求通信系統(tǒng)具有很高地?cái)?shù)據(jù)傳輸速率。對(duì)于高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其傳輸?shù)姆?hào)寬度很窄。由于無(wú)線信道存在著時(shí)延擴(kuò)展，從而會(huì)使單載波通信系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重地符號(hào)間干擾，造成系統(tǒng)誤碼性能的下降。雖然CDMA系統(tǒng)具有較好地抗多徑衰落能力，但是其很難獲得較大的擴(kuò)頻增益，從而造成系統(tǒng)的誤碼性能下降。采用正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplex

2、ing，OFDM)技術(shù)的通信系統(tǒng)可有效地消除符號(hào)間干擾，其具有較強(qiáng)地抗多徑衰落能力和很高的頻帶利用率，適合于寬帶移動(dòng)通信。目前，OFDM技術(shù)已成為第4代移動(dòng)通信的核心技術(shù)。
　　但是OFDM技術(shù)本身也存在一些問(wèn)題，其兩個(gè)主要缺點(diǎn)是：對(duì)頻率偏差非常敏感和信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍很大，即峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)很大。基于OFDM技術(shù)的多載波調(diào)制系統(tǒng)輸出的信號(hào)是由多個(gè)子載波信號(hào)疊加而成的。當(dāng)各

3、子載波信號(hào)的相位一致時(shí)，疊加后的OFDM信號(hào)的瞬間功率就會(huì)遠(yuǎn)大于其的平均功率，導(dǎo)致OFDM信號(hào)具有很大的峰均功率比。因此，將對(duì)發(fā)射系統(tǒng)中的功率放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等器件的性能指標(biāo)提出很高的要求；當(dāng)發(fā)射系統(tǒng)的線性動(dòng)態(tài)范圍不能滿足輸入信號(hào)的要求時(shí)，就會(huì)使OFDM信號(hào)產(chǎn)生畸變，導(dǎo)致各個(gè)子載波信號(hào)之間的正交性遭到破壞，系統(tǒng)誤碼率急劇增大。本文主要是解決OFDM系統(tǒng)的高PAPR問(wèn)題。
　　目前，降低OFDM系統(tǒng)PAPR的技術(shù)主要包括

4、：信號(hào)預(yù)畸變類技術(shù)、概率類技術(shù)和編碼類技術(shù)。采用信號(hào)預(yù)畸變類技術(shù)的OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，且不需要加入冗余碼，因而系統(tǒng)傳輸效率較高，但信號(hào)的畸變較嚴(yán)重，系統(tǒng)誤碼性能較差。采用概率類技術(shù)的OFDM系統(tǒng)可大大地降低大信號(hào)的出現(xiàn)概率，從而使系統(tǒng)的PAPR性能得到明顯地改善，但其算法較復(fù)雜，還需要額外的信道來(lái)傳送附加信息。而采用編碼技術(shù)，在理論上可使OFDM系統(tǒng)獲得很低的峰均比，且不會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生畸變，但在子載波數(shù)較大時(shí)，編碼效率很低，且

5、編解碼方法非常復(fù)雜?；趯?duì)現(xiàn)有方法的分析結(jié)果，本文提出了一種新的降低OFDM系統(tǒng)PAPR的方法——星座恢復(fù)法。
　　星座恢復(fù)法的基本原理是：在發(fā)送端采用軟件削波限幅的方法來(lái)降低OFDM系統(tǒng)的PAPR，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且可根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求靈活地改變PAPR值；在接收端根據(jù)調(diào)制信號(hào)的星座特性恢復(fù)出被限幅數(shù)據(jù)的實(shí)際值，從而減小了信號(hào)的畸變，提高了系統(tǒng)的誤碼性能。在接收端被限幅數(shù)據(jù)的恢復(fù)過(guò)程較復(fù)雜，需對(duì)可能被限幅的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次調(diào)整，每調(diào)

6、整一次就需要進(jìn)行一次 FFT變換，然后根據(jù)變換后的數(shù)值與理想星座分布點(diǎn)之間的相似程度來(lái)判決哪一次調(diào)整后的數(shù)據(jù)是發(fā)送端應(yīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而完成了數(shù)據(jù)恢復(fù)的工作。由于需要進(jìn)行大量的FFT變換和比較判決工作，系統(tǒng)所需運(yùn)算量很大。
　　為了使星座恢復(fù)法更具實(shí)用性，需對(duì)其算法進(jìn)行簡(jiǎn)化，本文從兩個(gè)方面著手來(lái)解決這個(gè)難題。一方面降低求解多次FFT變換所需的運(yùn)算量。由于恢復(fù)某個(gè)被限幅數(shù)據(jù)需進(jìn)行多次調(diào)整，且每次調(diào)整只對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)的值進(jìn)行調(diào)整，因此，除了

7、第一次求解FFT變換需要進(jìn)行(log2N)×N/2次復(fù)數(shù)乘法和加法運(yùn)算和第二次求解FFT變換需要進(jìn)行N次復(fù)數(shù)乘法和加法運(yùn)算以外，其余各次求解FFT變換只需進(jìn)行N次復(fù)數(shù)加法運(yùn)算即可，從而大大地減少了系統(tǒng)的運(yùn)算量。另一方面可根據(jù)OFDM符號(hào)總能量為一固定值這一特性來(lái)精確地確定被限幅數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)的區(qū)間范圍，從而減少數(shù)據(jù)的調(diào)整次數(shù)，也就是減少了系統(tǒng)恢復(fù)被限幅數(shù)據(jù)所需的運(yùn)算量。
　　理論分析和仿真結(jié)果表明：基于星座恢復(fù)法的OFDM系統(tǒng)，其P

8、APR性能得到了明顯地改善，系統(tǒng)的平均輸出功率增大，誤碼率下降。與加權(quán)矢量系數(shù)為8的SLM法相比，在最佳PAPR條件下，二者的誤碼性能相似，但是，采用星座恢復(fù)法無(wú)需額外信道來(lái)傳送附加信息，且其所需的運(yùn)算量也大大地減少。
　　在OFDM系統(tǒng)最大輸出功率受限的情況下，為了獲得更好地誤碼性能，可采用改進(jìn)的星座恢復(fù)法。其是將SLM方法與星座恢復(fù)法相結(jié)合，充分利用二者的優(yōu)點(diǎn)，其誤碼性能與現(xiàn)有的一些方法相比有了較大地改善，但其算法復(fù)雜度有所提