（通信与信息系统专业论文）lte下行单天线峰均比抑制及信噪比估计技术研究.pdf

摘要 摘要 长期技术演进( l o n gt e r me v o l u t i o n ，l t e ) 作为新一代无线和个人移动通信系统 的可选方案，采用了许多新技术，如正交频分复用和自适应调制编码技术等。正 交频分复用具有抗多径时延和均衡简单等优点，被广泛应用。但是由于多个载波 叠加，使得正交频分复用具有较高的峰均比。 自适应调制编码技术根据无线信道环境的变化，动态地调整发射机的发射功 率、调制方式、编码速率等参数，是提高频谱利用率的关键技术之一。自适应调 制编码时，需要进行信噪比估计以便获取信道的信噪比信息。本文针对上述的问 题，对l t e 下行单天线峰均比抑制技术及信噪比估计技术进行了研究。 针对峰均比抑制技术特点，本文分析了l t e 下行链路的帧结构，提炼出了五 种仿真场景。在保证信号错误矢量幅度( e r r o rv e c t o rm a g n i t u d e ，e v m ) 前提下，研究 了一种e v m 排序限幅法，并针对l t e 下行链路的各种仿真场景，提出了改进的 e v m 排序限幅算法、迭代e v m 排序算法和e v m 排序循环限幅滤波算法。 对2 0 m h z 的l t e 下行单天线链路：当o f d m 符号中只有q p s k 一种调制方 式，在c c d f 值为1 0 。4 时，瞬时峰均比可以降低到6 1 4 d b ：当o f d m 符号同时存 在q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m ( 比例为1 1 2 ，1 4 ，1 4 ) - - - 种调制符号和参考信号，在c c d f 值为1 0 4 时，瞬时峰均比也可以降低到7 2 6 d b ，可以达到系统设计要求的7 5 d b ； 在各种仿真场景下，改进算法都较平稳，信号峰均比不会存在突然增大的可能， 有利于对放大器的保护；峰均比抑制效果效果与e v m 的损失成正比关系。 针对l t e 下行单天线的信噪比估计问题，本文将信噪比估计转化为对信道和 噪声功率的估计，并通过对信号和噪声功率的修正得到了本文的信道估计方法。 仿真表明，通过本文提供的信噪比估计方法，当信噪比真实值大于2 d b 时，有8 0 以上统计点的信噪比估计值和信噪比真实值的误差在2 d b 以内，9 0 以上的统计 点信噪比估计值和信噪比真实值的误差在3 d b 以内；该算法对多普勒频移具有鲁 棒性，不同多普勒频移条件下的信噪比估计性能在1 0 以内。 本文在l t e 下行单天线峰均比抑制及信噪比估计技术方面的研究成果，可应 用于多天线场景，也可应用于其他采用正交频分复用技术和自适应调制编码技术 摘要 的系统中，如w i m a x 系统等，具有重要的理论和经济价值。 关键词：正交频分复用，峰均功率比，信噪比，循环限幅滤波，错误矢量幅度 a b s t r a c t a b s t r a c t a sa n o p t i o n a lp r o j e c t o fn e x t g e n e r a t i o n w i r e l e s sa n dp e r s o n a lm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m , l o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) a d o p t sm a n yn e wt e c h n o l o g i e s ，s u c h a so f d ma n da m ce t c o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( o f d m ) h a s r e c e n t l yb e e na p p l i e dw i d e l yf o ri t sr o b u s t n e s st om u l t i - p a t hd e l a ya n de a s ye q u a l i z a t i o n o f d mh a sh i g hp e a k - t o - a v e r a g ep o w e rr a t i o ( p a p r ) p r o b l e mf o rt h ea d d i n go f m u l t i c a r r i e r s a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ( a m c ) i sah i g hb a n d w i d t he f i i c i e n tt e c h n o l o g y b ya d a p t i v e l yc h a n g i n gt h et r a n s m i tp o w e r , m o d u l a t i o np a t t e r na n dc o d i n gr a t e a c c o r d i n gt ot h ec h a n n e ls t a t e b u ts i g n a lt on o i s er a t i o ( s n r ) e s t i m a t i o ni sn e e d e d b e c a u s et h es n rw a sd e m a n d e df o rt h ea d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g h e n c e i nt h i s p e r , w ep r e s e n ts o m er e s e a r c hw o r ki np a p rr e d u c t i o na n ds n r e s t i m a t i o nf o rl t e d o w n l i n kt r a n s m i s s i o n 、 r i mo n ea n t e n n ap o r t f i v et y p i e ss i m u l a t i o ns c e n e sw r t ed e r i v e db ya n a l y z i n gt h ef r a m es t r u c t u r eo f l r ed o w n l i n kt r a n s m i s s i o nf o rp a p rr e d u c t i o n a ne v ms o r t i n gc l i p p i n ga l g o r i t h m w i t he r r o rv e c t o rm a g n i t u d e ( e v m ) c o n s t r a i n t sw a sp r o p o s e d t h e ni m p r o v e de v m s o r t i n gc l i p p i n ga l g o r i t h m s ，i t e r a t i v ee v ms o r t i n ga l g o r i t h ma n de v ms o r t i n gr c f a l g o r i t h mw e l ed e v e l o p e d f o rl t ed o w n l i n kt r a n s m i s s i o nw i t h2 0 mt r a n s m i s s i o nb a n d w i d t h ：f o ro f d m s y m b o l so n l yw i t hq p s km o d u l a t i o ns h e m e t h es i m u l t a n e o u sp a p rc a nb er e d u c e dt o 6 14d bw h i l et h ec o m p l e m e n t a r yc u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o nr c c d f ) v a l u ei s 10 q ；f o ro f d ms y m b o l s 谢mq p s k16 q a m ，6 4 q a m ( w i t hp r o p o r t i o n1 2 ，1 4 ， 1 4 ) a n dr e f e r e n c es i g n a l s ，t h es i m u l t a n e o u sp a p r c a l lb er e d u c e dt o7 2 6d b ，w h i l et h e s y s t e mr e q u i r e m e n t i s 7 5 d b ；t h ei m p r o v e da l g o r i t h m s w e r es m o o t hi ne v e r y s i m u l a t i o ns c e n e s ，s ot h e r ei sn op o s s i b i l i t yt oi n c r e a s ea b r u p t l y , w h i c hi s g o o df o r a m p l i f i e r sp r o t e c t i o n ；p a p rr e d u c t i o ng a i nw a sp r o p o r t i o n a lt ot h ee v m l o s s n e s s f o rmd o w n l i n kt r a n s m i s s i o n t h es n re s t i m a t i o nw a st r a n s f o r m e dt oc h a n n e l a n dn o i s ep o w e re s t i m a t i o na c c o r d i n gt or e q u i r e m e n tf o rc h a n n e la n dn o i s ep o w e r e s t i m a t i o ni nl t ed o w n l i n kt r a n s m i s s i o n t h e nt h es n re s t i m a t i o nm e t h o dw a sg o tb y c o r r e c t i n gs i g n a la n d n o i s ep o w e r s i m u l a t i o ns h o w st h a tf o rt h ep r o p o s e ds n re s t i m a t i o nm e t h o dw h i l et h et r u e s n ri sb i g g e rt h a n2d bo v r ，r8 0 s t a t i s t i c a lp o i n t sw h o s ed i f f e r e n c eb e t w e e nt r u es n r a n de s t i m a t es n rw a sw i t h i n2d b o v e r9 0 s t a t i s t i c a lp o i n t sw h o s ed i f f e r e n c e b e t w e e nt r u es n ra n de s t i m a t es n rw a sw i t h i n3d b ：t h ep r o p o s e dm e t h o dw a sr o b u s t t od o p p l e rf r e q u e n c yw h i c hm e a n st h a tt h ed i f f e r e n c eb e t w e e ns n re s t i m a t i o nw i t h d i f f e r e n td o p p l e rf r e q u e n c yw a sw i t h i n1o t h er e s e a r c hr e s u l t so fp a p rr e d u c t i o na n ds n re s t i m a t i o nf o rl t ed o w n l i n k t r a n s m i s s i o nw i t ho n ea n t e n n ap o r tp , a nb ea p p l i e di nm u l t i a n t e n n ap o r t s c a s e ，a n d o t h e rs y s t e m sw h i c ha d o p to f d ma n da m ct e c h n o l o g y ( f o re x a m p l e ，w i m a xs y s t e m ) a b s t r a c t s ot h er e s e a r c hr e s u l ta r eo fg r e a tt h e o r e t i c a li m p o r t a n c ea n de c o n o m i cv a l u e k e y w o r d s ：o f d m ，p a p r ，s n r ，r c f , e v m i v 图目录 图1 1 图1 2 图2 1 图2 2 图2 3 图2 _ 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图3 1 图3 2 图3 3 图3 _ 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图3 1 0 图3 1 l 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 1 5 图3 1 6 图3 1 7 图3 1 8 图4 _ l 图4 _ 2 图目录 o f d m 系统框图4 o f d m 添加循环前缀示意图4 o f d m 系统发送端过采样限幅滤波原理图1 3 多次的限幅滤波r c f 原理图1 4 限幅后q p s k 调制符号的星座图1 5 无限可扩展区域( 左) 有限可扩展区域( 右) 示意图1 5 a c e 算法实现框图1 6 t i 技术中1 6 q a m 星座图扩展示例1 6 部分传输序列法的基本原理框图18 选择映射法的基本原理框图。1 9 类型1 帧结构2 4 l t e 下行链路物理信号位置示意图2 5 e v m 排序限幅算法框图3 0 带内处理的向量解释31 迭代e v m 排序算法3 3 e v m 排序r c f 算法3 4 迭代e v m 排序算法不同迭代次数的瞬时峰均比c c d f 性能3 7 e v m 排序r c f 算法不同迭代次数的瞬时峰均比c c d f 性能3 8 场景l 四种p a p r 抑制算法c c d f 性能比较4 0 场景l 四种算法帧峰均比变化曲线4 1 场景2 四种p a p r 抑制算法c c d f 性能比较4 1 场景2 四种算法帧峰均比变化曲线4 2 场景3 四种p a p r 抑制算法c c d f 性能比较4 3 场景3 四种算法帧峰均比变化曲线4 4 场景4 四种p a p r 抑制算法c c d f 性能比较4 5 场景4 四种算法帧峰均比变化曲线4 6 场景5 四种p a p r 抑制算法c c d f 性能比较4 7 场景5 四种算法帧峰均比变化曲线4 8 综合场景四种p a p r 抑制算法c c d f 性能比较4 9 综合场景四种算法帧峰均比变化曲线5 0 o f d m 系统并行子信道等效模型5 3 i f f t 插值信道估计算法框图5 5 v i i 表目录 表2 1 表3 1 表3 2 表3 3 表3 - 4 表3 5 表3 6 表3 7 表3 8 表3 - 9 表3 1 0 表3 1 l 表3 1 2 表3 1 3 表3 1 4 表3 1 5 表3 1 6 表3 1 7 表3 18 表3 1 9 表3 2 0 表4 1 表4 - 2 表4 3 表4 _ 4 表4 5 表4 6 表4 7 表4 8 表4 9 表目录 物理资源块参数表2 4 e v m 的最低要求指标2 8 仿真场景编号。2 8 仿真参数3 4 洲门限3 5 迭代e v m 排序算法综合场景中不同限幅门限瞬时峰均比降低量3 6 e v m 排序r c f 算法综合场景中不同限幅门限瞬时峰均比降低量3 6 各种仿真场景最优门限3 7 各种p a p r 抑制算法迭代次数及限幅门限3 9 场景l 四种算法p a p r 及平均功率降低量比较4 0 场景1 四种算法e v m 性能比较。4 0 场景2 四种算法p a p r 及平均功率降低量比较4 2 场景2 四种算法e v m 性能比较4 3 场景3 四种算法p a p r 及平均功率降低量比较4 4 场景3 四种算法e v m 性能比较。4 5 场景4 四种算法p a p r 及平均功率降低量比较4 6 场景4 四种算法e v m 性能比较4 6 场景5 四种算法p a p r 及平均功率降低量比较4 7 场景5 四种算法e v m 性能比较4 8 综合场景四种算法p a p r 及平均功率降低量比较4 9 综合场景四种算法e v m 性能比较5 0 s n r 估计系统参数5 8 c o s t 2 0 7t u 6 信道模型5 9 统计量说明5 9 不同滤波窗口的s n r 估计性能。6 0 v = 3 k m h 时不同噪声平滑系数的s n r 估计性能。6 0 v = 3 0 k m h 时不同噪声平滑系数的s n r 估计性能6 l v = 3 k m h 时s n r 估计性能6 2 v = 3 0 k m h 时s n r 估计性能6 3 v = 1 2 0 k m h 时s n r 估计性能。6 3 v i i i 缩略词表 英文缩写 3 g p p a c e a m c a 口s k n g r b e r c c d f c p e v m f d 【a f e r f f r g s m h p a h s d p a f t i s i l s l t e m 2 m 4 m 蹦o m l m s e n m s e o f d m o f d 【a 缩略词表 英文全称 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t a c t i v ec o n s t e l l a t i o ne x t e n s i o n a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m a d d i t i v e 珊l i t eg a u s s i 锄n o i s e b i te r r o rr a t e c o m p l e m e n t a r yc u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o n f u n c t i o n c y c l i cp r e f i x e r r o rv e c t o rm a g n i t u d e f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s f r a m ee r r o rr a t e f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m g 1 0 b a l s y s t e m f o r m o b i l e c o m m u n i c a t i o n s h i g h - p o w e ra m p l i f i e r h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r l n i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e l e a s ts q u a r e l o n gt e r me v o l u t i o n s e c o n d a n df o u r t h o r d e rm o m e n t s m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t m a x i m u ml i k e l i h o o d m e a ns q u a r ee r r o r n o r m a l i z e dm e a ns q u a r ee r r o r o r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e i x 中文释义 第三代合作伙伴计划 星座图扩展技术 自适应调制编码 高级移动电话系统 加性白高斯噪声 误比特率 互补累积分布函数 循环前缀 错误矢量幅度 频分多址 误帧率 快速傅立叶变换 全球移动通讯系统 功率放大器 高速下行分组接入 快速傅立叶逆变换 符号间干扰 最d x - 乘 长期技术演进 二阶矩四阶矩 多输入多输出 最大似然 均方误差 标准均方误差 正交频分复用 正交频分多址接入 箜堕望耋 一 一一一 a c c e s s p a p r p t s q a m r b r c f p r b r s s i m s i n r s l m s n r s n v s s t a c s t i t r w c d m a p e a kt oa v e r a g ep o w e rr a t i o p a r t i a lt r a n s m i ts e q u e n c e q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n r e s o u r c eb l o c k r e p e a t e dc l i p p i n ga n d f i l t e r i n g p h y s i c a lr e s o u r c eb l o c k r e f e r e n c es i g n a l s u b s c r i b e ri d e n t i t ym o d u l e s i g n a l - t o i n t e r f e r e n c e - n o i s er a t i o s e l e c t e dm a p p i n g s i g n a lt on o i s e r a t i o s q u a r e ds i g n a l - t o - n o i s ev a r i a n c e s y n c h r o n i z a t i o ns i g n a l t o t a la c c e s sc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m t o n ei n j e c t i o n t o n er e s e r v a t i o n w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s x 峰均功率比 部分传输序列 正交幅度调制 资源块 循环限幅滤波 物理资源块 参考信号 用户识别卡 信干噪比 选择映射 信噪比 平方信噪方差 同步信号 全入网通信系统 信道引入 信道预留 宽带码分多址 主要数学符号表 符号类别 变量 矢量 虚数单位 复共扼 指数函数 对数函数 变量取实部 数学期望 方差 变量取模 主要数学符号表 示例 口 a ( 口) e x p ( a ) l o g ：( a ) r e ( a ) e a v a t a i a l x i 字体、说明或用法 斜体字符 小写粗体 斜体小写字符 ( ) e x p ( ) l o g ：( ) r e ( ) e v a r ) 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 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作了明确的 说明并表示谢意。 签名： 日期洲年y 月归 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 在世界各国中，无线通信产业已成为各国信息基础建设的一个不可缺少的部 分。在我国，近几年的个人移动用户数目激增，无线通信作为人们在信息获取和 交流中不可缺少的重要工具，已经在当今信息化时代扮演着越来越重要的角色。 因此，世界各国都在致力于现代无线通信技术的研究。在信息传输技术中，移动 通信作为能够提供快速、便捷、可靠的通信方式，是当今通信领域中最为活跃和 发展最为迅速的领域之一。 第一代蜂窝移动通信系统出现于8 0 年代早期，采用频分多址( f r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，f d m a ) 和模拟技术，典型的有美国的高级移动电话系统 ( a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m ，a m p s ) 和英国的全接入通信系统( t o t a la c c e s s c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，t a c s ) 。由于模拟系统频谱利用低、抗干扰能力差、系统 保密性差，因此很快被性能更优的第二代移动通信所代替。 第二代移动通信系统是目前广泛使用的数字移动通信系统g s m 及窄带 c d m a ，数字信号处理技术是其最基本的技术特征。第二代移动通信系统提供了 更高的频谱效率，更先进的漫游，它对移动通信发展的重大贡献是使用s i m 卡， 轻小手机和大量用户的网络支撑能力。使用s i m 卡作为移动通信用户个人身份和 通信记录的载体，为移动通信管理、运营和服务带来极大便利。 第三代移动通信系统是正在全力投入开发的系统，其最基本的特征应当是智 能信号处理技术，实现基于话音业务为主的多媒体数据通信，更高的频谱效率、 更高的服务质量及低成本。实现全球无线覆盖，真正实现“任何人，在任何地点、 任何时间与任何人 都能便利地通信。 目前，中国是世界第一大移动通信市场，每年的移动终端直接市场已超过1 0 0 0 亿元人民币，因此，移动通信在国民经济中占有重要的地位。随着第三代移动通 信系统技术与设备的成熟【l 】，新一代移动通信系统- it e 的研究正越来越多的受 到学术界及产业界的关注。 电子科技大学硕士学位论文 1 2 论文背景 在过去的二十多年里，无线通信技术得到了迅猛的发展和广泛的应用。近年 来，随着移动通信的飞速发展，出现了很多新的移动通信技术，由于无线频谱资 源的短缺，其中以能提高频谱效率的技术最受人关注，如多载波的正交频分复用 ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g , o f d m ) 技术、自适应调制编码 ( a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g , a m c ) 技术和多入多( m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l e o u t p u t , m i m o ) 技术等。 l t e 作为新一代无线和个人移动通信系统的可选方案，采用许多新技术，如 o f d m 和自适应调制编码技术等。由于多载波的叠加，o f d m 具有较高的峰均比， 需要对其进行峰均功率比( p e a kt oa v e r a g ep o w e rr a t i o ，p a p r ) 抑制；另外，自适应 调制编码时，上层需要知道信道的信噪比( s i g n a lt on o i s er a t i o ，s n r ) 值，因此本文 主要聚焦于l t e 下行链路o f d m 的峰均比抑制技术和信噪比估计技术的研究。 1 2 1o f d m 技术概述 正交频分复用技术最早提出于2 0 世纪5 0 年代，由于实现起来十分复杂，o f d m 技术一直没有得到人们的重视。直到上世纪7 0 年代，人们采用离散傅立叶变换来 实现多个载波的调制，简化了系统结构，使得o f d m 技术更趋于实用化。进入9 0 年代以来，o f d m 技术的研究深入到无线调频信道上的宽带数据传输，目前o f d m 技术已经被广泛应用于广播式的音频、视频领域和民用通信系统。l t e 下行链路 中也采用了o f d m 技术。 o f d m 技术是一种多载波调制技术，其主要思想是【2 】：将原始信道划分为等间 隔的多个正交子信道，每个子信道使用不同的载波进行调制，在每个子信道上进 行窄带调制和传输，信号带宽小于信道的相干带宽。 o f d m 每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的 不同选择不同的调制方式，以频谱利用率和误码率( b i te r r o rr a t e ，b e r ) 之间的最 佳平衡为原则。 1 2 1 1o f d m 系统的主要特点 近年来，o f d m 技术已经越来越受到人们的广泛关注，其原因在于o f d m 系 2 第一章绪论 统存在如下的主要优点【2 】： ( 1 ) 把高速数据流通过串并转换，使得各子载波上的数据符号持续长度相对增 加，从而可有效地减小由于多径时延扩展引起的( i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e , i s l ) ，这样就有效地减小了接收机均衡的复杂度，有时甚至可以不采用均 衡，仅通过采用插入循环前缀( c y c l i cp r e f i x ，c p ) 的方法消除i s i 的影响； ( 2 ) 在o f d m 系统中，由于各子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相 互重叠，因此与常规的频分复用系统相比，o f d m 系统可以最大限度的利 用频谱资源； ( 3 ) 各个子信道中的正交调制和解调可以采用快速傅立叶逆变换( i n v e r s ef a s t f o u r i e rt r a n s f o r m ，n ：v r ) 和快速傅立叶变换( f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ，f f d 来 实现； ( 4 ) 无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中传输的数据量远远大于 上行链路中的数据传输量，而o f d m 系统可以很容易的通过使用不同数 量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率； ( 5 ) 针对无线信道存在的频率选择性，o f d m 技术可以采用动态比特分配和动 态子信道分配方法来提高系统性能； ( 6 ) o f d m 可以容易的与其它多种接入方法结合使用，构成正交频分多址接入 ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，o f d m a ) 系统。 从以上讨论可以看出，o f d m 调制技术在高速无线数据传输系统中具有很大 的发展潜力。但是，由于o f d m 系统内存在多个正交的子载波，而且输出信号是 多个子信道信号的叠加，因此与单载波系统相比，存在如下主要缺点： ( 1 ) o f d m 系统易受频率偏差的影响，使得子载波之间的正交性遭到破坏，从 而导致子信道之间的信号相互干扰； ( 2 ) 存在较高的峰值平均功率比，使得它对放大器的线性要求很高。 1 2 1 2o f d m 系统概述 o f d m 是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可 以被当作一种复用技术。多载波传输把数据流分解成若干子数据流，这样每个子 数据流将具有比原先低得多的比特速率，用这些低比特率形成的低速率多状态符 3 电子科技大学硕士学位论文 号去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输系统。正交频分 复用的各个子载波相互正交，子载波频带可以重叠，因此o f d m 系统的频谱利用 率很高，这也是o f d m 系统支持高速数据传输的原因。 o f d m 系统框图如图1 1 所示。在发送端，信息比特b 经过串并变换和映射之 后成为频域数据，再经i f f t 完成o f d m 调制。i f f t 后得到的时域数据s 为【3 】： 暑= 丽1 白n - i 以1 ( ，百2 r c i k ) ( 1 - 1 ) 一网墨。 串 7 刨：7 ， 并 s ( n c ： 加 碰 6 ( 刀乃) 并。网。 写 墨。 富 转 7 剀7习 转 c p 换换 。网。 7 幽s 一i r r s m i _ 并 、刨； 1 由 r ( n r 。)去 删 占( 甩z )由 网文 喇 j ，； 并 转 1 倒、 习 转c p 换换 网。 复采样间距 测 、 譬 图1 1o f d m 系统框图 o f d m 调制完成后，为了消除频率选择性信道带来的符号间干扰【4 】【5 】，采用添 加循环前缀的方式，将o f d m 符号末尾的汐个时域数据组成循环前缀，添加到 o f d m 符号的前部，其示意图如图1 2 所示。 图1 - 2 o f d m 添加循环前缀示意图 在理想同步的情况下，当循环前缀的长度不小于收发天线间信道的最大时延 时，o f d m 解调后就不会产生符号间干扰。数据插入保护时隙后，经过速率为l e 4 第一章绪论 的数模转换和射频调制成为模拟信号【3 1 ，再由天线发射出去。 在接收端，经过模数转换形成数字时域信号，然后通过去循环前缀和f f t 进 行o f d m 解调。时域数据经f f t 恢复得到频域数据蛊为【2 】： 袅= 丽1 缶n - i ，：e x p ( 一歹警) m 2 ， 最后再经过检测和并串转换得到原始信息比特的估计占。 1 2 2 峰均比抑制技术 相对于传统的单载波调制方式，o f d m 具有抗多径时延、均衡简单、数据速 率高等优点。但也存在一些问题，其中，较高的p a p r 就是影响其性能的一个重要 因素。 众所周知，发射机利用功率放大器r ( h i g h p o w e ra m p l i f i e r , h p a ) 来放大信号，以 补偿传播带来的信号衰减。h p a 需要工作在线性区域，h p a 成本由其线性区域的 大小决定，具有高p a p r 的信号，就需要具有大的线性区域的h p a ，这提高了发 射机的成本。h p a 的功率消耗很大程度上是由峰值功率决定，而不是平均功率， 所以少量的高峰值信号会降低h p a 的功耗效率。为了保证h p a 工作在线性区域并 提高其效率，就需要进入h p a 的信号峰均比在一定的范围内。 目前峰均比抑制技术引起了广泛的研究兴趣，并已经提出了大量用于峰均比 抑制的技术方案。可以将这些技术分成两类：一类是基于放大器的设训6 h 引，如： 提高放大器的线性范围或采用预失真的方法自适应控制放大器；第二类是基于对 基带传输信号处理的角度，如：限幅法【9 h 1 1 1 、星座图扩展技术( a c t i v ec o n s t e l l a t i o n e x t e n s i o n , a c e ) 1 2 h 1 4 1 、信道引入( t o n ei n j e c t i o n ，t i ) 【1 5 1 、交织【1 6 】、编码【1 7 1 、信道预 留( t o n er e s e r v a t i o n ，t r ) 【1 8 】、选择映射法( s e l e c t e dm a p p i n g , s l m ) t 1 9 】【2 0 】、部分传输 序列法( p a r t i a lt r a n s m i ts e q u e n c e ，p t s ) 2 1 】【2 2 】等方法。本文将重点讨论限幅法。 1 2 2 1 峰值平均功率比 研究中通常用峰均比来描述信号包络的不稳定性。首先定义信号瞬时峰均比 为信号的瞬时功率与平均功率的比值： p a p 畔) ( d b ) _ 1 0 l g | 掣k ( 1 - 3 ) l 1 “ 电子科技大学硕士学位论文 一 其中，平均功率只，为： 己= e 陋( f ) 1 2i ，o s t o o ( 1 - 4 ) 定义信号峰均比【2 3 1 ，即在任意一个o f d m 符号内出现的最大峰值功率与平均 功率的比值。第z 个符号的峰均比表示为： c d b ) = l o l g f 半卜坩妃 m 5 ， 由于信号5 ( f ) 的随机性，p a p r ( ，) 也具有随机性，可以简记为随机变量p a p r ： 闩吨f 半卜h m m 6 ， 特别地，对于n y q u i s t 采样得到的离散信号( f = ( k - i n ) a , ，o k z = i - p p a p r z = 1 一。( z ) ( 1 - 1 0 ) = 1 一( 1 一p ) ，z o 由