OFDM信號(hào)的峰均比線性優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)具有抗多經(jīng)干擾能力好、頻譜利用率高及傳輸能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),被廣泛采納為多種無(wú)線通信系統(tǒng)的物理層標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)成為下一代無(wú)線通信的核心技術(shù)之一。然而,高峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)是OFDM系統(tǒng)的一個(gè)主要缺點(diǎn),高峰均比信號(hào)會(huì)嚴(yán)重降低發(fā)射機(jī)功率放大器的效率。當(dāng)信號(hào)峰值超過(guò)放大器線性工作范圍時(shí),會(huì)產(chǎn)生非線性失真,降低系統(tǒng)BER性能。因此,降低OFDM信號(hào)的PAPR對(duì)提高

2、功率效率,改善誤碼率性能至關(guān)重要。本文重點(diǎn)研究基于線性變換方法來(lái)抑制OFDM信號(hào)峰均比的非失真技術(shù),選擇了最具代表性的部分傳輸序列、脈沖整形以及編碼法三種PAPR抑制方法作為具體的研究對(duì)象。
　　首先,針對(duì)部分傳輸序列(Partial Transmit Sequences,PTS)方法的研究,本文提出兩種新的技術(shù):第一,提出一種增強(qiáng)迭代相位因子搜索算法。基本思想是將迭代搜索相位因子的范圍通過(guò)一個(gè)參數(shù)S來(lái)設(shè)定,可根據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需求靈

3、活地配置搜索寬度,結(jié)合預(yù)設(shè)PAPR門限,從而降低了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。其特點(diǎn)是可動(dòng)態(tài)地平衡系統(tǒng)性能和計(jì)算復(fù)雜度,該方法與原始PTS相比在獲得相近PAPR性能時(shí),明顯降低了計(jì)算復(fù)雜度。其次,為解決PTS系統(tǒng)傳輸邊帶信息(Side Information,SI)會(huì)增加冗余數(shù)據(jù),降低有效數(shù)據(jù)傳輸率的問(wèn)題,提出一種不需要傳遞邊帶信息的部分傳輸序列方法,該方法的實(shí)現(xiàn)思想是利用每個(gè)子塊的導(dǎo)頻信息,在接收端進(jìn)行PTS解碼,按照歐式距離最小原則判別每個(gè)子塊

4、所使用的加權(quán)因子。給出了具體的實(shí)現(xiàn)方案及系統(tǒng)控制策略,提出的PTS-OFDM方案適用于子載波數(shù)量較大的系統(tǒng),不受調(diào)制方式影響。
　　其次,脈沖整形(Pulse Shaping,PS)技術(shù)是一種有效的PAPR抑制方法,本文根據(jù)對(duì)PS原理的深入分析,提出一種改進(jìn)的奈奎斯特脈沖,通過(guò)調(diào)整滾降因子,可以靈活有效地抑制OFDM信號(hào)的PAPR,同時(shí)可以改善系統(tǒng)的BER性能,相對(duì)提高頻帶利用率,其綜合性能優(yōu)于傳統(tǒng)的升余弦脈沖和反轉(zhuǎn)指數(shù)脈沖。另外

5、,文中針對(duì)Nyquist脈沖整形的最優(yōu)化問(wèn)題,作了深入的理論分析和推導(dǎo),提出一種不影響OFDM系統(tǒng) BER性能的Nyquist整形脈沖選擇判據(jù),只有符合該判據(jù)的Nyquist脈沖才可獲最優(yōu)的BER性能,不受滾降因子的影響。
　　然后,研究了線性變換聯(lián)合優(yōu)化方案,提出了一種脈沖整形與部分傳輸序列聯(lián)合抑制PAPR的方案。部分傳輸序列和脈沖整形都是通過(guò)降低高峰均比信號(hào)出現(xiàn)的概率來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的性能,是解決OFDM系統(tǒng)高峰均比問(wèn)題的兩種有效的

6、線性變換技術(shù)。為了進(jìn)一步優(yōu)化PTS存在的計(jì)算復(fù)雜度以及PS技術(shù)的帶寬效率問(wèn)題,本文提出一種PS與PTS的聯(lián)合技術(shù),通過(guò)分析二者的工作原理,借鑒級(jí)聯(lián)編碼的思想,有機(jī)結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn),規(guī)避原方案的缺點(diǎn)。研究結(jié)果表明,聯(lián)合法具有更好的性能,在相同帶寬利用率條件下,聯(lián)合法比PS技術(shù)的抑制PAPR能力更強(qiáng);相比PTS技術(shù),聯(lián)合法在相同計(jì)算復(fù)雜度的條件下,增強(qiáng)了OFDM系統(tǒng)PAPR抑制性能,同時(shí)還提高了系統(tǒng)的BER性能。
　　最后,針對(duì)編碼法的

7、研究,提出一種采用LDPC編碼優(yōu)化OFDM系統(tǒng)峰均比的方法。基本思路是將LDPC編碼引入到PAPR抑制領(lǐng)域,應(yīng)用一種有效的LDPC校驗(yàn)矩陣快速構(gòu)造方法,降低LDPC的編碼復(fù)雜度;另外提出了采用LDPC降低PAPR的MIMO-OFDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案,方法是判別IFFT后的OFDM符號(hào)峰均比,若超過(guò)預(yù)設(shè)門限,則采用LDPC快速編碼,產(chǎn)生備選冗余數(shù)據(jù),根據(jù)擴(kuò)展率進(jìn)行分塊,選擇具有最低峰均比的分組進(jìn)行傳輸。解決了線性分組碼在大載波數(shù)量的OFDM系