OFDM系統(tǒng)峰值功率控制及優(yōu)化算法研究.pdf

1、多載波技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)代通信技術(shù)發(fā)展的重要一環(huán)，它在提高通信系統(tǒng)傳輸速率、改善頻帶利用效率和抗多徑干擾能力等方面發(fā)揮了重要的作用。在多載波調(diào)制技術(shù)中，正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)更是因其優(yōu)越的數(shù)字化技術(shù)、良好的抗頻率選擇性衰落性能以及高信息傳輸速率，成為未來(lái)移動(dòng)通信的主流技術(shù)，并已經(jīng)成功地應(yīng)用于無(wú)線本地環(huán)路(Wireless Local Loop，WLL)

2、、數(shù)字音頻廣播(DigitalAudio Broadcasting，DAB)、無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network，WLAN)等系統(tǒng)中。另外，OFDM技術(shù)還易于結(jié)合空時(shí)編碼、分集、干擾抑制以及智能天線等技術(shù)，最大程度地提高物理層信息傳輸?shù)目煽啃浴?br>　　 雖然OFDM技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，但它的一個(gè)最主要的瓶頸問(wèn)題就是其高峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)問(wèn)題。由

3、于PAPR較高，使得信號(hào)經(jīng)過(guò)非線性信道后，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的信號(hào)畸變，導(dǎo)致系統(tǒng)性能的衰退。同時(shí)，由于高峰值功率的存在，使得發(fā)送端對(duì)高功率放大器的線性度要求也相應(yīng)提高，不但增加系統(tǒng)成本，還會(huì)導(dǎo)致低的功放效率。因此，本論文意在研究OFDM系統(tǒng)的峰均功率比特性，并結(jié)合其特性重點(diǎn)研究高PAPR的抑制方法和優(yōu)化算法，達(dá)到有效控制OFDM系統(tǒng)峰值功率的目的。
　　 本文首先介紹了正交頻分復(fù)用調(diào)制的基本原理和峰均功率比的定義，并給出PAPR的統(tǒng)計(jì)特

4、性和度量方法，研究了與PAPR值有關(guān)的參量，并提出通過(guò)利用、控制和改善這些參量，可以達(dá)到對(duì)峰值功率控制的目的。同時(shí)論文列舉了幾種常用的峰值功率控制算法及其優(yōu)、缺點(diǎn)，并著重研究了克服這些算法不足之處的優(yōu)化處理算法。論文研究?jī)?nèi)容包括：改進(jìn)的相位加擾算法、基于信道編碼的峰值功率控制算法和改進(jìn)的預(yù)畸變算法等。
　　 相位加擾算法是通過(guò)破壞子載波相位的一致性，使OFDM信號(hào)出現(xiàn)高PAPR的概率顯著降低。但由于相位加擾算法的巨大計(jì)算復(fù)雜度，

5、使得這種算法的應(yīng)用受到限制。本文提出一種相位控制編碼算法(Phase Control Coding，PCC)，該算法可以明顯降低傳統(tǒng)相位加擾算法的計(jì)算復(fù)雜度。PCC算法是在傳統(tǒng)部分傳輸序列(Partial Transmit Sequence，PTS)算法的基礎(chǔ)上，通過(guò)將輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行2N→2l映射，再進(jìn)行IFFT運(yùn)算得到的。其余n-l個(gè)狀態(tài)用來(lái)表示相位旋轉(zhuǎn)因子索引，即相位控制碼序列，經(jīng)IFFT運(yùn)算后再與數(shù)據(jù)符號(hào)相加。再在備選信號(hào)

6、中選擇PAPR最低的一路進(jìn)行傳輸。另外，本文還提出了一種基于m序列映射的優(yōu)化分割方案，通過(guò)理論證明，該種分割方法對(duì)功率峰值的改善性能僅次于隨機(jī)分割方式，比交織分割和相鄰分割方式性能優(yōu)越。
　　 編碼法是一種較新的無(wú)失真減小 PAPR的方法，論文分析了Davis法構(gòu)造Golay互補(bǔ)序列(Golay Complementary Sequences，GCS)的具體方法，及其能夠有效抑制PAPR的理論依據(jù)。為提高Golay互補(bǔ)序列法的信

7、息速率，本文研究了Golay碼與編碼調(diào)制相結(jié)合的改進(jìn)GCS算法(Improved GCS，IGCS)原理和構(gòu)造方法，并分析了結(jié)合編碼調(diào)制時(shí)，OFDM系統(tǒng)的PAPR性能。雖然少量增加了系統(tǒng)的PAPR，但I(xiàn)GCS算法比GCS算法有更高的信息速率。
　　 當(dāng)子載波數(shù)較大時(shí)，畸變法抑制PAPR是一種簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的方法，但會(huì)產(chǎn)生限幅噪聲和非線性失真。本文在Ochiai限幅濾波算法的基礎(chǔ)上，提出一種基于MMSE準(zhǔn)則的限幅失真重構(gòu)迭代算法(