（通信与信息系统专业论文）ofdmcpm系统中papr的研究.pdf

摘要 摘要 本文主要介绍了将连续相位调制( c p m ) 应用于o f d m 系统，用来减小系统 的p a p r 。同时给出了几种o f d m - c p m 信号：例如o f d 妒c p f s k ； 0 f d m - 叫l t i _ h c p f s k ；非对称参数o f d m 一叫1 t i _ hc p f s k 等等。 本文提出了利用编码序列结合窗函数法进一步减小o f d m c p m 系统p a p r 的思 路。同时也提出了利用多幅值c p m 信号结合部分响应序列( p t s ) 法进一步减 小0 f d m c p m 系统p a p r 的思路，并都给出了计算机仿真结果。 通过本论文的研究，我们不难得出这样的结论；与普通的0 f d m p s k 系统 相比，o f d m c p m 系统本身就具有较小队p r 的优点，若结合可减小p a p r 的 常用算法( 编码，窗函数，p t s 等) 则将进一步减小p a p r 值，这在当前移动通 信应用中具有重要意义。 关键词：正交频分复用( 0 f d m ) 连续相位调制( c p m ) 峰值平均功率比( p a p r ) 互补累积分布函数( c c d f ) 2 o f d m c p m 系统中队p r 的研究 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，w el l s et h ec o n c e p to fc o n t i n u o u sp h a s em o d u l a t i o n ( c p m ) i l l 0 f d ms y g t e mf o rr c d u c a t i o nt l l ep a p ro f o f d m ac 1 船so f o f d m - c p ms i 卸i a l si s i i l n d d u c e d 锄d v e m ls u b c l a s s e so f s i 弘a l ss u c h 翻o f d m - c p f s k ，o f d m - 删l t i - h c p f s ko f d m m u l t i hc p f s k 谢ma s y m m e m cp 删c t e r s 觚ds oo n i nt l l i sm e s i s ，w ep r e s e n tt w on o v e la l g o r n l m sf o r 缸t h c rr c d u c a t i n gm e 附r o f 0 f d m c p m o n eo f t h e m 璐e sl i i l e 缸b l o c kc o d e s 、v i t l lw e i g b t i l l g 胁c t i o m ，谢m e a i l o t h e ru s e sm 啪锄p l i t u d cc p m s i g n a l s n 啪e r i c a lr e s u l t so f m e ya r er e p o n e d a c c o r d i n gt ot h e s i s ，o l l rc o n c l l l s i o ni st h a tt h e 队p ro fo f d m c p mi sl o w 盯 t h a n 1 a to f0 f d m p s k p a p rc a l lf i l n l l e rb cr c d u c e di fo f d m c p mh 鹊c o m b i n e d c o n v e 嘶o n a la l g o r i t l l l st or e d u c ep a p r ( s u c h 勰c 9 d i n gs c h e m 髂，w e i g h t i n g 铀c t i o n 绷dp t s ) ，w 1 1 i c hi ss i 鲥f i c a mi 1 1c u r r e l 吐m o b i l cc o m m 咖i c a t i o n k e y w o r d ： o f d mc p mp a p rc c d f 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学分和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：磅鼻吐日期名：世：2 z 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名：! 甚址 日期拉z z ：z 2 导师签名：葺乏罐 日期 嘭i l 今 第一章绪论 第一章绪论 1 1 现代移动通信系统的发展 现代移动通信技术起源于本世纪2 0 年代，但是直到7 0 年代初美国的b e 儿实验室 提出了蜂窝移动通信系统的概念之后才得到了飞速发展。目前，根据移动通信系统 的发展历程与实现技术上的差别，人们习惯上将移动通信技术分成几代，即第一代 的模拟式窄带移动通信，第二代的数字式窄带移动通信，第三代的数字式宽带移动 通信以及正在酝酿之中的三代后与第四代移动通信。 第一代移动通信系统主要是7 0 年代末8 0 年代初出现的以频分多址( f d m a ) 为基础 的模拟式蜂窝移动通信系统。其中有代表性的系统为北美的a 肝s 系统、英国的t a c s 系统、北欧的n m t 系统和日本的h a h i t s 系统等，这些系统主要提供以电路交换方式为 基础的话音业务，由于通信质量较高，因此取得了较大的成功。然而模拟蜂窝通信系 统也暴露了不少缺点，例如频率利用效率低、移动设备复杂、费用较昂贵、业务种 类少以及通话保密性差等等，更重要的是其系统容量小，不能满足日益增长的移动 通信用户的需求。 第二代移动通信系统为蜂窝式数字移动通信系统。与模拟式蜂窝系统相比，数 字式移动通信系统解决了不少原先无法解决的问题，例如多径信道引起的码间干扰 ( i s i ) 的抵消问题等等；同时数字式移动通信系统还能够比较便利地与数字有线网络 融合在一起，更加灵活高效地提供话音数据通信，支持新业务的开发。作为第二代 蜂窝移动通信中具有代表性的系统，基于时分多址t d i a 制式的欧洲g s m 与北美1 s 一1 3 6 占据了较大的市场，而以码分多址c d m a 制式为基础的北美i s 一5 系统则由于某些原因 占据次要位置。 数字蜂窝移动通信系统的应用与发展，使通信业务的种类和数目的增长非常迅 速。就无线通信技术来说，己从单一的话音业务，发展到可以提供话音和中、低速 资料业务。随着芯片技术、通信技术与计算机技术的发展，无线个人通信系统必须 能够提供现有数字通信网路中绝大部分业务，即来自各种信源( 话音、传真、低速和 o f d m c p m 系统中p a p r 的研究 高速数据以及图像、视频业务等等) ，具有不同特征( 数据率、突发性等等) 和不同质 量( 误比特率) 要求的多媒体业务。在近期内数据传输的最高速率要求达到2 m b p s ，同 时还要做到：( 1 ) 能够接入大型商用数据库： 1 时，c p m 信号具有 重叠的脉冲成型，使数据符号间相位更加平滑，此时称部分响应c p m 技术；l 时 称全响应c p m 。 在实际应用中，一般取 = 2 七p ，七和p 无公共因子，相位可写作 妒( f ，口) = 2 石j ，q g ( f f d + 见 ( 1 4 3 ) ；月一l + 1 月一 其中岛= 【 石q 】m o d 2 万仅有个p 值，描述该相位的总状态数数为s = 跗。”， j 2 m 状态矢量( 眈，吒，q 。，一。二) 包括相位状态眈和m “个部分响应系数的相关状 态；当为全响应系统时，s = p 。c p m 信号的有限状态描述 可以采有卷积码类似的 网格表述。这些在第三章将详细论述。 由于c p m 信号具有记忆特性，所以可用m l s d 方法进行检测。在信号处理中 如果某信号是带宽有限的，那它在时间上符号间必是相互影响的，或者说该信号具 有记忆特性。这类信号在接收端必须要用序列估计，消除符号间的记忆，它的优点 就是带宽狭窄，缺点为接收机较复杂，c p m 调制就是这种信号。 o f d m c p m 系统中p a p r 的研究 1 4 3o f d m c p m 系统 图1 7o f 蹦- c 蹦系统 n ( t ) r ( f ) 图1 7 显示了o f d m - c p m 发射机和信道的的基带模型原理框图。在此处x o ) 为被 发送的o f d m - c p m 信号，定义如下： 加) 2 莓莓o ，g ( f 一2 r ) 2 酬7 ，o f o d 1 t 4 1 4 此处 g ( ，) = l 厄一疋f 工丁 o 。f 为其他值 ( 1 4 5 ) t 是保护问隔，r = r + 乙是加入保护间隔后的o f d m 符号周期，复数符号c 如定义 如下： 2c o s ( 以，) + j s i n ( 吼。，) ( 1 4 6 ) 8 k 。p 2 儡。，砌+ ，七= l 。- | ( 1 4 7 ) 口砌+ 砌萎砺，+ ，七 1 此处，参数h 决定了c p m 映射器性能，a i ，= l 表示第k 组o f d m 符号数据块中第p 个子 载波上发送的数据，参数矽表示被假定已知的初相位，若无较大损失时设为0 。 被发送的信号经过一个具有冲激响应为厅o ) 的信道，同时有噪声栉( f ) 被加入该 第一章绪论 信道( 假设该信道为双边功率谱密度为“2 的高斯白噪声信道) 。 的接收信号，( f ) 将变为： ，( f ) = x ( f ) _ i l ( f ) + ”( f ) ，o f 朋朋o ) “l 一( 1 一g 一“o ) ” ( 2 2 8 ) 图2 3 给出了低通多载波信号p a p r 的c c d f 的仿真结果。从图上我们可以很 容易的看出随着子载波个数变大，o f d m 符号中的p a p r 也变得越来越高。 剐p r o ( d 8 ) 图2 3低通多载波信号峰均比的o c d f 2 3 减小o f d m 信号中p a p r 的常用算法 由以上介绍可以看出o f d m 信号存在着较大的p a p r ，当它通过非线性器件， 例如进入放大器的非线性区域时，信号会产生非线性失真，产生谐波。造成较明显 的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能的下降，而且还会同时增加 第二章o f d m 中的峰值平均功率比( p a p r ) a d 和d a 转换器的复杂度并且降低它们的准确性，这些都限制它的应用。下面我 们就从各个方面来研究减小高p a p r 出现的各种方法。 目前所存在的减小p ：a p r 的方法大致可以被分为三类：第一类是信号预畸变技 术，即在信号经过放大之前，首先对功率值大于门限值的信号进行非线性畸变，例 如限幅f 2 0 l ；第二类是编码方法，即避免使用那些会产生大峰值功率信号的编码图样， 例如循环编码法口1 ，2 2 1 ；第三类是利用不同的加扰序列对o f d m 信号进行加权处理， 从而选择p a p r 较小的o f d m 信号来传输，例如选择性映射( s l m ) 和部分传输序 列( p t s ) 【2 3 2 4 i 。 2 3 1 限幅对o f d m 信号性能的影响 因为0 f d m 信号中大峰值出现概率非常小，所以虽然适度的限幅是一个很简 便的方法但却可以有效地降低p ：a p r 。但是，限幅是一个非线性的处理过程，可能 产生严重的带内失真，从而导致误码率的提高和产生影响频谱效率的带外噪声。限 幅之后进行滤波则可以减小频谱的邻道干扰，但有可能提高了峰值功率。这一节， 我们就研究限幅和滤波对0 f d m 性能的影响。 信号在经过非线性部件之前进行限幄，就可以使峰值信号低于所期望的最大值。 尽管限幅非常简单，但是它也会为o f d m 系统带来相关的问题：首先，对o f d m 符号幅度进行畸变，会对系统造成自身干扰，从而导致系统的误码率( b e r ) 性能降 低；其次，o f d m 信号的非线性畸变会导致带外辐射功率值的增加，其原因在于限 幅操作可以被认为是o f d m 采样信号与矩形窗函数相乘，如果0 f d m 信号的幅值 小于门限值时，则该矩形窗函数的幅值为1 ；而如果信号幅值需要被限幅时，则该 矩形窗函数的幅值应该小于l 。根据时域相乘等效于频域卷积的原理，经过限幅的 o f d m 信号的频谱等于原始0 f d m 信号频谱与窗函数频谱的卷积，因此其带外频 谱特性主要由两者之间频谱宽度较大的信号来决定，也就是由矩形函数的频谱来决 定。 为了克服矩形窗函数所造成的带外辐射过大的问题可以利用其他的非矩形窗函 数，例如g a u s s i a n 窗、r a i c o s i n e 窗、k a i s e r 窗、以及h 枷m i n g 窗等等刚。总这， 选择窗函数的原则就是：频谱特性比较好，而且也不能在时域内过长，避免对更多 o f i ) m c p m 系统中队p r 的研究 时域采样信号造成影响。 图2 4 给出了不同p a p r 门限值( 限幅门限值) 条件下，a w g n 信道中o f d m 系统的b e r 对s n r 的仿真曲线图。其中，4 条曲线从下到上分别对应没有门限、 门限值为6 d b 、5 d b 和4 d b 的情况。从图中可以看到，所能允许的p a p r 门限值越 低，对系统b e r 所造成的影响就会越大。 蝴限值d b 图2 4限幅对o f d m 系统内b e r 的影响 2 3 2 用非畸变减小0 f d m 信号的p a p r 选择性映射( s e l e c t i v em a p p i n g ，s l m ) 嘲 选择性映射( s e l e c t i v em a p p i n g ，s l m ) 的方法是：0 f d m 系统发射机内的信号 可以表示为：以= i f f t 讧。) ，n ，k _ o ，n _ l 。假设可以产生m 个长度为n 的统计独 立的随机序列p “= ( 岛”，a ”p 。- 1 ) ，= 1 ，m “= e x p ( j 硝”) ，。在 o ，2 万 之间均匀分布。可以利用这个m 相位矢量分别与的输入序列x 。进行点乘， 则可以得到m 个不同的输出序列x ，。 第二章o f d m 中的峰值平均功率比( p a p r ) 一r 冒 串并一h = ! 竺! 卜 选择p a p r 晟小的序 转换器 i 屹 。 列 一旷耳 图2 5选择性映射( s u o 的方法框图 然后对所得的m 个序列e 砷分别进行i f f t 计算，相应得到m 个不同的输出序列x ， 最后选出p a p r 最小的序列进行传输。其方法框图如图2 5 所示。 在此处的随机序列的个数可以变化，更重要的一点是随机序列的元素是随机地 从集合( + l ，j ) 中选出。这种做法的好处就是在实际运用时只要对原序列元素相移 丌2 的倍数，而无需乘法器。 如果原序列的c c d f 是抑 j p 爿p 置 朋尸r 0 ，那么编码后的序列的c c d f 就是 【州只4 户足 只4 p r o ) r 。所以，编码后的序列的互补累积分布函数( c c d f ) 如式 ( 2 3 1 ) 所示 【p r 删朋 删艘o ) r 【l 一( 1 一f 一“) ”r 2 3 1 ) 其c c d f 的仿真图形如图2 6 所示。我们的仿真条件是载波数为1 2 8 ，分别仿真m = l 、 2 、4 、8 、1 6 时的c c d f 。从图中，我们看出在1 0 1 处m - 2 比原序列的c c d f 性能好了 约1 d b ，而m = 1 6 贝0 好了2 5 d b 。 所以，s l m 是以增加系统复杂度( 如增加了i f f t ) 为代价，降低了大p a p r 出现 的概率。而且，为了恢复原序列，接收机还需知道是哪一个随机序列与原序列相异 或。这就需要传输边带信息。但是，这种方法可以用于任意载波数和星座图。 o f d m p m 系统中p a p r 的研究 星 生 鲁 芷 正 叠 f 图2 6选择性映射( s ) 的c c d f 部分传输序列( p a r t i a lt r a n s m i ts e q u e n c e s ，p t s ) 矧 部分传输序列方法的思想是将原序列分成几块，并分别给每一块乘以不同的权 值，然后再合并以减小p a p r 。 我们把数据序列f x n ，n = o ，1 ，n 1 ) 写成向量形式x = ) ( ox l 7 。然后，把 x 分成m 个子集，由向量( k ，m = l ，2 ，m 表示，那么表达式如式( 2 3 2 ) 所示 盯 x = 以 ( 2 3 2 ) m 4 i 每一个子集的元素个数相等。p t s 方法的目的就是形成m 个子集的带权合并序列。 肚兰k 以 3 3 刀= k 以 “ m = l 其中， b ，m _ 1 ，2 ，m 是权值，且b 一1 ，+ 1 ) 。把式( 2 3 3 ) 转化 为时域表达式( 2 3 4 ) = 6 。x 。 ( 2 3 4 ) 第二章o f d m 中的峰值平均功率比( 队p r ) = i f f t 防。】 ( 2 3 5 ) 向量x 。就称为部分传输序列，即j 0 的i f f t 值。然后，再对于x 选取相位因子，即 b ，来减小x 的p a p r 。部分传输序列( p t s ) 的方法框图如图2 7 所示。 在图中，“优化器”模块是用于优化地选取权值。但是若按照传统方法，运算 复杂度太大了，所以我们常用一种次优化方法，即递归算法。我们先假设对于所有 m ，b - - 1 ，计算其合并序列的p a p r ，然后改变第一个相位因子，即b 。一1 ，再计算p a p r 。 如果新的p a p r 小于原来的p a p r ，就保留b ，的值，否则，把b 。的值改回去。然后一 直算到b 。这样就确定了权值b 。 图2 7部分传输序列( p t s ) 的原理框图 这种次优化方法可以有效地降低运算复杂度，但是却是p t s 方法的性能下降了 l d b 左右。从综合性能上看，运用递归算法的p t s 的性能仍优于传统方法，在分的 块数较多时，互补累积分布函数( c c d f ) 性能优于选择性映射( s 圳) 。图2 8 就是 用递归算法的部分传输序列的c c d f 的仿真图，仿真条件是：载波数为1 2 8 ，分别仿 真m ：1 、2 、4 、8 、1 6 时的c c d f 。从图中我们可以看出在1 0 4 处，m - 8 比原序列( m - 1 ) 的c c d f 性能好了近3 d b 。当分的块数继续增加时，p t s 的性能提高越来越小，而计 o f d m c p m 系统中p a p r 的研究 算复杂度越来越大，所以我们在使用p t s 时，取m - 1 6 是比较合适的。 金 q - 詈 叱 图2 8部分传输序列( p t s ) 的c c d f 2 3 3 用分组编码减小0 f d m 信号的p a p r 我们已经知道o f d m 信号的p a p r 在确定了子载波数的条件下只与信码，即与载 波初始相位有关。这样我们就可以引用线性分组码的方法来降低p a p r 。在采用分组 编码降低p a p r 的过程中，般要考虑三个方面的原因：首先，要查找适用于任意子 载波数，任意阶数的调制方案以及任意编码效率的一组码字；其次，选择能够有效 实现编码和译码的码组；最后，所选择的码组最好还能具备检错和纠错的能力。 为了说明编码方法降低p a p r 的原理，我们只考虑包含4 个子载波的o f d m 系 统，采用b p s k 调制方法。并且假设所有符号都具有归一化的能量，即信息l 对应 于符号1 ，信息0 对应于符号1 。 表2 1 中给出了这1 6 种码字所对应得到的峰值功率值。从表中可以看到，在1 6 种可能传输的码字中，有4 种码字可以生成最大1 6 w 的队p r 值，并且另外4 种码 字可以生成9 4 5 w 。因此，如果可以避免传输上述的8 种码字，可以降低o f d m 系 统的p a p r 。通过采用分组编码实现这种传输方式，例如把3 比特的数据映射为4 第二章o f d m 中的峰值平均功率比( 队p r )丝 比特的码字，要求所得到的可允许码组中不能包括上述生成大p a p r 的码字。在该 特殊实例中可以观察到，码字韵前3 个比特c l 、c 2 、c 3 是3 比特的数据符号d l 、 d 2 、d 3 ，而且码字的第4 个比特“是前3 个比特的奇偶校验位。 采用这种编码方法，由于包含4 个子载波在内0 f d m 系统中的平均功率值没有 发生变化，而峰值功率值从原来的1 2 0 4 d b 降低到现在的8 5 0 d b ，则p ：a p r 可以相应 从原来的6 0 2 d b 降低到2 8 4 d b ，减少了3 5 4 d b 。而且采用这种编码方法的、4 载波 o f d m 系统的p a p r 要低于未编码的、3 载波o f d m 系统的p a p r 值( 4 7 7 d b ) 。当 然，这样所获得的p a p r 性能增益是在相同数据传输速率的条件下来增加系统带宽， 以及相同发射功率条件下来降低每发送比特的能量为代价的。 表2 1“种码字对应的峰值功率值 码子d d 1d 2d 3d 4 峰值功率( w ) o ooo01 6 0 0 1loo07 0 7 2oloo7 0 7 3lloo9 4 5 4 o0l07 0 7 51olo1 6 o o 6ol1o9 4 5 7lllo7 0 7 8 oo ol7 0 7 9l0ol9 4 5 l oo1ol1 6 o o 1 l ll017 0 7 1 20ol l9 4 5 1 31oll7 0 7 1 4o1ll7 0 7 1 5l1 l11 6 o o o f d m p m 系统中p a p r 的研究 下面来研究不同子载波数量、不同调制方式条件下，分组编码方法所能获得的 p a p r 性能的改善。假设可能使用的码字的数量为c 睨。，而允许被使用的码字数 量为c 。，图2 9 给出了不同c 。c 降。条件下，可以得到的队p r 数值。这 些数值都是通过计算所有可能码字的p a p r 两得到的。以采用b p s k 调制的8 载波 o f d m 系统为例，如果允许使用的码字数量等于可能的码字数量，即没有采用分组 编码时，o f d m 系统的队p r 取值为9 0 3 d b ；如果可能码字中存在有l 2 的码字能 够被允许使用，即相当于编码效率为7 8 ，则所得到的p a p r 数值为4 4 5 d b ；如果 只有l ，4 的码字允许被使用，即编码效率为3 4 ，则可以得到p a p r 等于3 o l d b ， 0 f d m 系统的p a p r 降低了6 0 2 d b 。 从图2 9 中可以看到，由于随着子载波数量以及调制阶数的增加，必须要减少 c 呒一c 形。，才可能达到所期望的p a p r 数值，因此这种编码方法也是具有局限 性的。然而，如果利用如下公式，即： 矗：l + 上l o g ，三坠( 2 3 6 ) n “c w 一 把c 。c 阡转换为编码效率r ，则可以得到图2 1 0 中的结果，表明不同编 码效率条件下，o f d m 系统可以得到的p a p r 值。 从图2 1 0 中可以清楚地看到，增加子载波数量以及增加调制阶数都不会对编码 方法的性能造成较大的影响，而且很明显，在适当的编码效率前提下，可以显著地改善 o f d m 系统的p a p r 性能。典型地，采用效率为l ，2 的编码可以获得的p a p r 取值 为3 d b 左右。当然如果这种码字还可以提供检错纠错能力，那么这种方法将会具备 非常广阔的应用前景。此外，在编码效率与p a p r 之间存在折衷问题，即编码效率 高，所要求的p a p r 就要相应增加，而p a p r 较小，相应的编码效率就要降低。 第二章o f d m 中的峰值平均功率比( p a p r ) 黾 謦 毫 黾 钆 毒 图2 9 不同c f k ，c 玎k 条件下的队p r 编码效率r 图2 1 0不同编码效率条件下p a p r o f d m c p m 系统中队p r 的研究 2 4 小结 本章我们首先分析了o f d m 信号的数学模型；然后给出了我们习惯上衡量 o f d m 系统内的p a p r 分布的一种方法一互补累积分布函数( c c d f ) ；最后研究了减 小毫p a p r 出现的各种方法。 从本章分析我们可知，因为0 f d m 信号存在着较大的p a p r ，所以当它通过非 线性器件，例如进入放大器的非线性区域时，信号会产生非线性失真，产生谐波， 造成较明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能的下降，而且还 会同时增加d 和d a 转换器的复杂度并且降低它们的准确性，这些都限制它的应 用。 在本章中，我们首先研究了限幅对o f d m 信号的影响，并从性能影响和量化影 响两个方面进行了分析。从性能影响方面来看，限幅是降低0 f d m 系统p a p r 的最 简单且直接的方法，但是导致了带内信号失真和带外频谱弥散，从而使误码率性能 下降，所以限幅之后的滤波是十分必要的。滤波抑制带外限幅噪声，减小了带外频 谱弥散，但是又在很小的范围内提高了p a p r ；从量化影响方面来看，限幅减小了 信号的动态范围，从而在保持相同信噪比的同时减少了a d ，d a 转化器所需的比 特数，降低了器件的复杂度。 接下来研究了选择性映射( s ) 、部分传输序列( p t s ) 。它们的共同之处就在 于：编码速率高，编码方法简单，边带信息少，冗余度小，而且都是从统计特性上 降低高p a p r 出现的概率。从性能上分析，当分的块数较多时，p t s 的性能优于s l m 。 s l m 和p t s 都不子受载波数限制，且运算复杂度都与分的块数有关。当块数不断增 加时，p t s 和s l m 都有一个性能极限，所以我们要在性能和运算复杂度之间取一个 折衷。 最后我们研究了分组编码。该方案具有纠错和降低p a p r 的双重功能，但是确以 增加相同数据传输速率的条件下的系统带宽，以及降低相同发射功率条件下每发送 比特的能量，以及系统的冗余度代价来换取p a p r ，纠错和码速率的性能的提高。 第三章删- c p m 信号研究 第三章o f d m - c p m 信号 在许多文章中，0 f d 卜p s k ，o f d m - q a m ，o f d m - d a p s k 已经被认为是传统的多载波调 制方法，并且已经被许多研究者广泛研究。我们在本章将介绍一类新的调制方法 o f d m - c o n t i n u o u sp h a s em o d u l a t i o n ( c p m ) ”，它利用了c p m 信号“相位连续的概念。 0 f d m - c p m 信号主要的优点是通过适合的选择映射器参数，相邻o f d m 信号之间的相关 性能够被系统的引出。本章先分析o f d m _ c p h i 信号，然后介绍0 f d m c p m 信号的数种子 信号，例如o f d m c p f s k ，o f d m 一舢l t i - hc p f s k ，非对称参数0 f d 瓶m u l t i - hc p f s k ，部 分响应0 f d m c p f s k 信号。 3 1 o f d m c p m 信号分析 由 p ，等， 并 转 换 器 牟( - i ) f p o 图3 10 f 删册m 信号发射机结构图 o f d m c p m 信号结构如图3 1 所示，一系列时间间隔为瓦的比特流6 ，i = o ，1 ，2 ， o f d m c p m 系统中队豫的研究 转换为n 比特一组的数据块，此数据块用d 表示，在这里，k = 1 ，2 ，3 ，； p = 0 ，1 。2 ，n 一1 ，n 为子载波数。 f + l ，表示二进制数l 吼，。i 一。，表示二进制数。 ( 3 1 1 ) 例如口岫表示第一组数据块，口：，表示第二组数据块，且每组数据块都包含n 比特。 理论上我们这样定义二进制的o f d m - c p m 信号：c p m 映射器将输入数据口i ，转换为合适 的复数符号。，定义如下： c i ，= c o s ( 吼，) + j s i n ( 以，) 口l ，p 砌+ ，后= l t i 以咖砌+ 砌吼，p + 妒，t l d 9 0 ( 3 1 2 ) ( 3 1 3 ) 在这里参数h 定义c p m 映射器；参数矿表示被假定已知的初相位，若无较大损失时设 为o ；角度吼。不仅与当前的数据相关而且与所有以前的数据相关。图3 2 显示了当 h = 1 2 时，信号时间与吼。值的变化关系。实线表示当a = + 1 时的传播路径，而虚线则 表示a ：一1 时的传播路径。吼，当前值由加+ 砌( 若a = + 1 ) 或加一砌( 若a = 一1 ) 到以前的 吼。值上得到的。需要注意的是，尽管在图3 2 中这种转移是用线段表示的，但从本 质上而言，口从以前值到当前值的转换是离散的。无论p 为何值，最终的复数符号。 都处于一个单位圆上。 第三章0 f d m _ c p m 信号研究 一f 、 一 ，、一。 一、。 。、；0 。0 、 、 一 、 、。、| 。、- ，、- i 一 j 一 时f i l 图3 2当h ：1 2 时0 f 蹦佣i 信号的相位树 从c p m 映射器输出的复数符号c 咖使用g ( f ) 进行脉冲形成，同时被正弦子载波进 行调制，最终相加得到一个复数已调o f d 射- c p m 信号，该信号表示如下： z g ) 2 莩莓d 声。一删2 酬0 1 7 挚 ( 3 l4 ) 此处 g ( f ) = l 打，一疋，三r o ，f 为其他值 ( 3 1 5 ) 在( 3 1 4 ) ( 3 1 5 ) 中，t ( n 五) 是o f d m 符号间隔，瓦是保护间隔，l 值的选取决 定于序列是全响应( l = 1 ) 还是部分响应( l 1 ) 。在全响应信号中，在当前符号间隔内 输入数据流影响的仅仅是当前符号间隔内的相位。这与部分响应不同，在部分响应 拓 栊 ， 眦 。 m 听 栊 抑 ： w ， m “ ，j，、l o f d m p m 系统中p a p r 的研究 中这些数据流还将影响到随后的l 个符号的相位。若数据已初始信息速率火。( _ l 瓦) 进行传播，则此时信号的采样时间瓦应该被减少到瓦= g r 工r + t k ，通过选择h 和l 的值可获得许多不同子类的0 f d m - c p m 信号。在以后的章节中我们将经常用到这些 信号，下面我们就分析一部分不同子类的o f d 聃- c p m 信号。 3 2 0 f d m _ c p f s k 信号 在这类信号中，h 值对于所有信号保持恒定。通过在( o ，1 ) 任意的选择h 和( m v ) ， m 和v 都是较小的整数，因此在c p m 星座图上可能仅有少数几个点。星座图上的点数是 接收机相关复杂性的标志之一。一个非随机的h 值可能导致极度复杂的相位路径，而 且在此种相位路径因缺少明确间隔，则很难用最大似然法解码。 若h = m v ，印v 是相关的素整数，此时星座图上的点如下给出。 口= o ，册v ，2 删，v ( v 1 ) 删v ) ，所是偶