基于低复杂度预编码的OFDM峰均比抑制方法研究

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正交频分复用(OFDM)技术是一种高效的多载波传输方案,其能有效对抗频率选择性衰落和窄带干扰,并具有高频谱效率、高服务质量和高设计自由度等优势。目前OFDM已经被众多高速率无线传输系统选为其物理层标准。同时, OFDM技术也存在一些不足,尤其是其高峰值平均功率比(PAPR)问题,很大程度上限制了OFDM技术的实际应用和发展。在实际通信系统中,存在大量的非线性元件。当OFDM信号经过这些元件时,其峰值往往会落入元件的非线性区域,从造成严重的带内失真和带外干扰,进而恶化系统性能。本文旨在围绕OFDM系统的峰均比问题展开研究工作并提出创新性的解决方案。  本文首先介绍了OFDM的发展以及其标准的演进。随后介绍了OFDM的基本原理和其中涉及的关键技术。之后,本文分析了OFDM峰均比问题的理论原因并研究了目前主流的三类峰均比抑制技术,并对其中的典型算法进行了仿真分析。此外,本文还对OFDM峰均比抑制研究经常涉及的过采样技术和高功率放大器技术做了系统性研究。  目前关于OFDM峰均比抑制的相关算法,都是以牺牲系统复杂度,误码率或频谱性能为代价,换取峰均比性能的提升。针对该问题,本文提出了一种低复杂度的Walsh-Hadamard预编码算法。该算法可以联合计算Walsh-Hadamard预编码矩阵和IFFT矩阵,并通过一种新型的蝶形算法大大降低其实现复杂度。经仿真验证,本算法可以在不增加OFDM系统复杂度,不影响频谱性能的前提下完成信号的峰均比抑制,并且可以提升OFDM信号在频率选择性信道的误码率性能。  只使用Walsh-Hadamard预编码获得的峰均比性能提升比较有限,为了进一步抑制OFDM信号的峰均比,本文提出了一种结合使用Walsh-Hadamard预编码和可变参数分段指数压扩的联合算法。可变参数分段指数压扩结合了分段压扩和指数压扩的优点,能在显著抑制OFDM系统峰均比的同时,减少信号失真。联合算法能够从降低OFDM频域信号相关性和改善OFDM时域信号幅值概率分布两方面综合抑制信号的峰均比,同时还能弥补压扩算法造成的误码率性能损失。此外,该联合算法还具有实现简单,参数可调,设计自由度高的优势。本文仿真过程考虑了高功率放大器和峰均比抑制算法对信号的综合影响,在多种信道环境下从峰均比性能、误码率性能、频谱性能三方面检验了联合算法的性能。
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