面向OFDM的低峰均比QAM序列研究

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现代无线通信技术的发展突飞猛进,其中正交频分复用(OFDM)技术作为无线通信技术的核心,起到不容小觑的作用。OFDM系统的频谱利用率高,成本低且可以有效消除信号在多径传播过程中的ISI现象,因此广泛用于各种数字通信传输中。例如较早采用的移动无线FM信道,高比特率数字用户线系统(HDSL),不对称数字用户线系统(ADSL),数字音频广播(DAB)系统,数字视频广播(DVB)和HDTV地面传播系统;以及宽带无线接入系统和第三代(3G)、四代(4G)移动通信系统(采用下行OFDM技术、上行DFT-S-OFDM技术的改进型系统)中。另外,OFDM技术还易于和时空编码,分集,干扰抑制以及智能天线技术相结合,大幅度的提高物理层信息的传输可靠性;再结合自适应技术和动态分配技术,OFDM系统的性能得到了更进一步的提升,所以OFDM受到越来越多的重视。但是其也存在峰值功率平均比高,易受频率偏差影响等缺点,而较高的峰均比对系统的硬件要求很高,导致其迈向实用性的进程缓慢,所以降低系统的峰均比迫在眉睫。现有的降低峰均比的技术大概分为三类:信号预畸变技术,信号扰码技术和编码类技术。信号预畸变技术是比较直接和有效的降低峰均比的方法,其着眼于直接降低那些功率超过给定门限值的信号的幅度,属于非线性过程,缺点是会带来信号畸变。信号扰码技术是通过减小峰值功率信号出现的概率来达到降低峰均比的目的。编码类技术主要是限制满足条件的那些码字才能被传输,为的是避开信号峰值,属于线性过程,不会引起信号畸变,但是会带来冗余,使系统的传输速率下降。本文重点是在QAM(正交幅度调制)星座图上讨论序列的峰均比,格雷(Golay)序列的峰值平均包络功率比(PMEPR)小于2,是较好的构造高阶序列的子序列,结合一定的调制技术应用到QAM上以后,可以在PMEPR变化不大的情况下扩大码字集,提高传输效率,进而提高系统的实用性。本文的具体工作内容为:1、对OFDM基础知识的介绍。本文首先对OFDM的优缺点以及其发展进行了介绍,接着对OFDM的基本原理和系统构成进行了介绍,为后面研究OFDM的峰均比问题奠定了理论基础。2、对OFDM峰均比问题的介绍。本文介绍了关于峰值平均功率比的定义,因为峰均比较大对系统的要求会更高,继而给出非线性的放大器对系统的影响,并给出了降低峰均比的三种方法,即信号预畸变技术、信号扰码技术以及编码类方法三种。介绍了属于信号预畸变方法的限幅滤波技术,峰值加窗和峰值抵消技术以及压缩扩展变换技术,还有属于信号扰码技术的选择性映射和部分传输法,并给出各个方法的具体实现过程以及各自的优缺点。3、介绍了编码类方法降低峰均比。较为常用的编码类方法有分组编码(Block Coding),格雷互补序列(Golay Complementary Sequence,GCS)和雷德密勒(Reed-Muller,RM)码等,本文简单介绍了分组编码的思想,重点介绍了Golay互补序列的应用,本文还介绍了计算较为方便的峰值平均包络功率比,即PMEPR,给出QAM星座图上的Golay序列,分别给出了22n-QAM和22N+1-QAM序列的构造方法,并给出各自的峰值平均包络功率比的上界,即各自的PMEPR的上界。
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