研究系统的中心问题是 OFDM系统峰平比问题研究与分析

来源:计划方案 发布时间:2019-04-05 06:33:55 点击:

  1、引言   随着通信技术的迅猛发展和广泛应用,3G在通信容量与质量等方面将远远不能满足人们日益增长的通信需求。因此,世界各国在推动3G通信系统商用化的同时,已将研究重点放在新一代移动通信系统,即超三代(Beyond 3G)和第四代移动通信系统(4G)的研究上来,使其可以容纳更多的用户数、进一步改善现有通信质量和达到高速数据传输的要求。正交频分复用( Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM )技术作为一种新型的强有力的数字调制方式,能够很好的解决以上问题,以其突出的优点得到众多专家学者的青睐。
  2、OFDM系统峰平比降低技术
  为了降低OFDM信号的PAPR值,许多人对此进行了研究。目前降低OFDM信号PAPR的技术总体上可分为三类:限幅技术、编码技术和概率技术。
  2.1 限幅技术
  限幅类技术的基本思想是通过对信号进行某种非线性处理,以达到降低峰平比的目的[1-6]。属于这类技术的有削波法(Clipping )、峰值窗法(Peak Windowing)和压缩扩展法(Companding Transform )。
  削波法是降低峰平比最简单最直接的方法[1,2]。根据峰平比的统计特性,高峰平比发生的可能性极小,将过高的瞬时幅度削去对系统的影响应该不大。
  削波可以看成OFDM信号与一个矩形函数相乘的过程,当OFDM信号幅度小于给定门限A时,该矩形函数值为1,而当OFDM信号幅度超过给定门限需要限幅时,该矩形函数的值小于1,即 (1)
  通常情况下,只对实信号进行削波,即
   (2)
  峰值窗法是对峰平比高的信号乘以适当的非矩形窗函数[3,4]。峰值窗要求窗函数的频谱尽量窄但时域又不能太宽,这是因为时域里比较宽的窗意味着更多的信号样点将受到影响,从而增加系统的误码率。比较好的窗函数有余弦窗、凯塞窗和汉明窗等。
  压缩扩展法是一种基于数值变换的信号预失真方法[5,6]。在发射端通过数值变换将信号的功率重新分配,即利用压缩和扩展变换分别降低大幅值信号的幅值和增强小幅度信号的幅值,在接收端进行一个类似的逆操作,恢复原始信号。压缩扩展法的思想来源于非均匀量化,Wang借用语音信号处理中基于μ律非均匀量化的一种非线性变换函数,将幅度比较小的信号进行放大,而大幅度信号保持不变,这样就以增加整个系统的平均发射功率为代价来降低峰平比[5]。
  Huang将削波法和压缩扩展法相结合,提出了改进的压缩扩展法(Modified Companding Transform. MCT )[6]。MCT方法在放大小幅度信号的同时,压缩大幅度信号,并保持压缩扩展前后信号的平均功率基本保持不变。为了满足上述要求,MCT变换可描述为 (3)
  接收信号可表示为rn,k=hn,ksn,k+zn,k,其中hn,k表示衰落信道中的乘性噪声,zn,k表示均值为零、方差为σn2的加刑高斯白噪声。在接受端的MCT逆变换可描述为
   (4)
  
  其中,V’表示接收信号rn,k的平均幅值。
  2.2 编码技术
  编码类技术的基本思想是只传输峰平比低的码字[7],这可以说是最理想的方法,因为它可以基本上排除非线性失真同时提高放大器的效率。由于高峰平比发生的可能性极小,因此从理论上说只需要引入适当的冗余就可以通过编码来降低峰平比。目前常用的编码方法有分组编码方法和格雷互补序列编码方法。
  2.3 概率技术
  概率类降低峰平比技术是通过降低峰值信号出现的概率达到降低OFDM系统PAPR的目的。一般用概率作为工具的分析方法,都会带来一定的信息冗余。这类技术最基本的方法是采用线性变换。
  3、总结
  本文在对限幅技术、编码技术和概率技术三类OFDM系统峰平比降低技术研究的基础上,对削波法、改进压缩扩展法及脉冲整形法的互补累积分布函数及误码率性能进行了对比仿真计算。三种OFDM系统峰平比降低方法各有特点,在实际应用中可根据系统对PAPR降低性能、误码率性能及算法计算复杂度代价的需求,进行适当的选择。
  

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