大规模多用户MIMO-OFDM系统中降低峰均功率比方法研究

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大规模MIMO(Multiple-input Multiple-output)技术在近些年被广泛研究,它能显著提高系统的容量和可靠性。虽然大规模MIMO技术可以较好的处理多径衰落,但对频率选择性衰落,它就显得有些无能为力了。众所周知的是,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术可以很好的抵抗频率选择性衰落,因此,大规模MIMO技术与OFDM技术相结合形成的大规模MIMO-OFDM通信系统综合了两种技术的优势,具有十分广阔的发展前景。而且,得益于多用户分集,多用户MIMO对于传播信道的抵抗性比点对点MIMO更好。因此,目前的研究热点主要集中在大规模多用户MIMO-OFDM系统。然而,OFDM系统固有的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)问题也成为了影响大规模多用户MIMO-OFDM系统性能的重要因素。因为单天线OFDM系统是大规模多用户MIMO-OFDM系统的基础,所以本论文先对单天线OFDM系统进行了研究,并提出一种新的降低其PAPR的方法。然后,针对大规模多用户MIMO-OFDM系统提出了一种低复杂度方法来降低系统的PAPR。首先,本文提出了一种信号幅值扩展方法来降低OFDM系统的PAPR。信号幅值扩展方法通过功率限制和幅度限制把降低PAPR的过程建模为一个凸优化问题,然后我们给出了一种定制的内点法对优化问题进行求解。仿真结果表明,所提方法可以用较少的迭代次数取得比有效星座图扩展法更好的降PAPR的性能。然后,我们提出了一种基于多音预留(Tone Reservation,TR)的方法来降低大规模多用户MIMO-OFDM系统的PAPR。这种方法是根据基站天线上OFDM信号PAPR分布不均匀而提出来的,我们把有限的计算能力放在降低PAPR值最大的信号上。仿真结果及对复杂度的分析表明,所提方法能以更低的复杂度降更多的PAPR。
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