RD多载波通信中峰均比问题研究.ppt

多载波通信中的峰均比问题,吴炳洋 东南大学移动通信实验室 ,2019/9/18,2,内容提要,峰均比问题的背景。 关于峰均比的理论分析。 降低峰均比的方法。,2019/9/18,3,内容提要,峰均比问题的背景。 关于峰均比的理论分析。 降低峰均比的方法。,2019/9/18,4,峰均比问题的背景,多载波调制是高速数据通信的理想接入技术。 峰均比问题是多载波通信的固有缺陷。,2019/9/18,5,多载波通信的优缺点,多载波通信的优点： 实现接近信道容量的传输能力； 有效克服符号间干扰(ISI)。 多载波通信的缺点： 载波间干扰(ICI)； 峰均比(PAPR / PAR / PAP / PMEPR)问题。,2019/9/18,6,多载波调制解调,2019/9/18,7,基于DFT 的多载波(OFDM)系统的发射接收机,2019/9/18,8,多载波传输信号,2019/9/18,9,基于DFT的多载波(OFDM) 传输信号,带通,低通,矩形窗,2019/9/18,10,多载波信号特性,多载波信号的包络呈现较大幅度的动态变化,2019/9/18,11,峰均比,目的：描述信号波动的幅度。 定义：一定时间间隔内信号峰值功率与平均功率之比。 性质： 峰均比随载波数增加而提高。 带通信号的峰均比可以用等效低通信号的峰均比加3dB近似。 连续信号的峰均比可以用采样的峰均比近似。,2019/9/18,12,较大的峰均比导致系统非线性,输入： 输出：,AM/AM 和 AM/PM变换,2019/9/18,13,几种非线性模型,1. 软限幅(SL),2. 固态功率放大器(SSPA),3. 行波管(TWT),2019/9/18,14,2019/9/18,15,非线性造成的性能损失,带外辐射,SL和TWT放大器总体损耗,TWT放大器后功率谱密度,带内干扰,2019/9/18,16,峰均比问题是多载波通信的 固有缺陷,来源：发射信号是多个载波随机信号的加权累加。 危害：高峰均比造成系统性能下降。,2019/9/18,17,内容提要,峰均比问题的背景。 关于峰均比的理论分析。 降低峰均比的方法。,2019/9/18,18,几个相关的概念,峰均比（PAPR / PAR / PAP）,包络峰均比（PMEPR）,峰值系数（CF）,2019/9/18,19,带通信号与等效低通信号的峰均比,带通信号,等效低通信号,2019/9/18,20,连续时间信号与抽样信号峰均比,近似地可以认为,2019/9/18,21,低通信号峰均比的上界,低通信号峰均比的上界： PSK调制时为N，QAM调制时更高,2019/9/18,22,峰均比的统计特性,峰均比的上界没有实际价值。 峰均比的统计特性更有意义。 峰均比的统计特性可由峰均比的概率分布函数（CDF）表示 更常用的表示为补概率分布函数（CCDF 1 - CDF ）,2019/9/18,23,低通多载波信号峰均比的CCDF,2019/9/18,24,连续和抽样信号峰均比的CCDF,奈奎斯特抽样信号的峰均比 过采样信号的峰均比 连续时间信号的峰均比,2019/9/18,25,峰均比统计特性的理论分析,多载波信号高斯分布假设 信号抽样独立性假设 R. van Nee 经验近似 H. Ochiai近似,2019/9/18,26,多载波信号实部概率密度函数,2019/9/18,27,高斯分布的近似表示,2019/9/18,28,PAPR CCDF 的近似方法,1. 根据信号抽样独立性假设,2. R. Van Nee 近似方法,3. H. Ochiai 近似方法,2019/9/18,29,内容提要,峰均比问题的背景。 关于峰均比的理论分析。 降低峰均比的方法。,2019/9/18,30,降低峰均比的方法,选择映射（SLM） 部分传输序列（PTS） 裁剪和滤波（Clip） 编码 频谱保留,2019/9/18,31,1. 选择性映射,2019/9/18,32,实现方法,相位旋转 扰码 交织 矩阵变换 连续变换 自适应方法,2019/9/18,33,SLM性能,选择性映射多载波信号峰均比的CCDF (N=256),2019/9/18,34,2. 部分传输序列方法,PTS方法原理 PTS实现方案 PTS性能 PTS 因子搜索方法,2019/9/18,35,PTS方法原理,2019/9/18,36,影响PTS性能的因素,子块划分方法 相邻划分法 伪随机划分法 交织划分法 子块数目 V 因子集合 W 因子优化方法,2019/9/18,37,因子优化的方法,最优方法：全局搜索 次最优方法： 迭代方法（单起点、多起点） 随机序列尝试（编码序列尝试） 排序幅值消减 正交投影 双层优化（树的方法） 自适应方法 格形搜索,2019/9/18,38,格形搜索,W=2,W=4,2019/9/18,39,对应约束长度 LC的性能,N = 64 QPSK V = 8 W = 2,2019/9/18,40,复杂度,2019/9/18,41,各 PTS方法示意,2019/9/18,42,3. 用信号裁剪的方法降低峰均比,定义裁剪率：,裁剪函数：,2019/9/18,43,奈奎斯特裁剪和过采样裁剪,2019/9/18,44,裁剪方法降低峰均比性能,2019/9/18,45,裁剪造成的星座图信号扭曲,2019/9/18,46,裁剪对误比特率性能的影响,2019/9/18,47,信号裁剪对系统性能的影响,有用信号功率衰减 频带内失真噪声 频带外功率辐射,2019/9/18,48,多载波信号裁剪的理论分析,随机过程的非线性变换 sd(t)=gs(t) 两个基本定理 Price 定理 Bussgang定理 一个重要结论：高斯输入的非线性系统的输出可以表示成两个可分离部分之和，一部分是与输入信号成正比的有用信号，另一部分是与有用信号不相关的非线性干扰。,2019/9/18,49,4. 编码方法,互补序列 格雷序列 Reed-Muller 码 优点：确保较低的峰均比 缺点：效率较低,2019/9/18,50,5. 频谱保留方法,引入一些保留频谱的信号，使发射信号具有较低的峰均比。