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随着下一代数字电视广播研究的深入,用于交互性业务的广播专用上行网络已经得到美国 ATSC3.0(Advanced Television Systems Committee 3.0)标准制定委员会的支持。目前地面数字电视标准采用OFDM技术以对抗多径失真引起的频率选择性衰落。由于第二代系统的调制阶数增加至16K/32K,OFDM系统引起波形峰均比(PAPR,Peak to Average Power Ratio)增大的问题更为严峻。因而降低系统PAPR,减少功率放大器的线性失真,有效降低发射端功耗,节约成本,对于数字电视上行系统中具有重要意义。本文首先对于数字电视上行系统SC-FDM架构与现有的标准采用的OFDM架构进行对比,针对SC-FDM系统中PAPR问题进行理论建模,分析SC-FDM系统具有更低PAPR的理论依据以及系统参数对于PAPR的影响。同时,本文调研降低PAPR的现有方案,包括基于信号畸变的削波Clipping技术,主动星座映射ACE(Active Constellation Extension),以及非畸变的选择映射SLM(Selective Mapping)方案,预留子载波TR(Tone Reservation)技术等,同时针对算法复杂度、EVM影响、PAPR性能等指标,选取预留子载波TR技术为文中降低PAPR主要研究方向。文中进而针对预留子载波技术展开算法的调研,对于传统的OTOP(One Tone One Peak)、OKOP(One Kernel One Peak)、梯度Gradient以及SCR(Signal to Clipping noise Ratio)等方案从收敛性、迭代次数、复杂度等方面分析传统方案的缺陷不足。基于传统方案的缺陷,一种基于积极集(Active set)算法,能够快速收敛、同时迭代性能可控方案被提出。最初积极集方案仅考虑到基带实信号,当扩展至基带复数信号时,需要求解二次约束项从而无法进行硬件实现。因而文中提出基于基带复信号的多边形拟合方案来使得算法可实现,并通过仿真验证拟合性能与复杂度。此外,文中对于TR方案的两大核心问题:预留比例与预留位置予以讨论。首先针对预留载波最优比例问题,文中定义了有效信号能量的概念,即结合考虑了 PAPR性能提升与其预留载波所带来额外能量的消耗。通过从理论对有效信号能量的建模,对于最优预留比例的问题进行研究。进而,针对预留载波最优位置问题,针对该问题的原有目标函数:即时域核副峰最小原则,本文提出利用时域核信号方差替代最小副峰的方式,通过理论比较二者计算复杂度和实际仿真来验证时域核方差方案具有更低搜索时间。最后,针对现有TR频域恒包络方案,文中设计了非均匀频域核方案,给出最小方差的闭式可导公式,通过梯度下降进行非均匀幅值的获取,最终获得优于均匀方案的性能。在完成预留子载波理论分析与方案优化后,文中基于Xilinx Virtex6的硬件开发板,进行了算法的硬件系统仿真,验证了 SC-FDM系统下的PAPR性能,为下一代数字电视上行系统降低PAPR提供关键技术的理论支撑与可实现方案。