基于预留子载波的ofdm系统峰均比抑制算法研究

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1、摘要摘要正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）技术具有频谱利用率高、抗频率选择性衰落能力强等诸多优点，从而使其已成为了现代无线通信领域的主要调制技术之一。但是，OFDM信号与生俱来的高峰均比（PeaktoAveragePowerRatio，PAPR）问题限制了它的广泛应用，当信号峰均比超过高功率放大器（HighPowerAmplifier，HPA）的线性动态范围时，会产生非线性失真，进而导致OFDM系统性能下降。若要避免非线性失真，可采用线性范围较大的HPA，但这样的HPA成本较高，难

2、以应用于实际的无线系统。因此，需要采用PAPR抑制技术来使PAPR在HPA的线性动态范围内。典型的PAPR抑制技术可以分为三类：预畸变类技术、编码类技术、概率类技术。预畸变类技术直接处理OFDM信号，能非常有效地抑制PAPR，但容易导致信号失真，进而恶化系统的误比特率（BitErrorRate，BER）性能和功率谱密度（PowerSpectralDensity，PSD）性能；编码类技术则仅传输峰值低于门限值的OFDM信号，编码类技术虽然不会产生噪声，也不会导致信号发生畸变，但会降低系统传输速率；概率类技术思想则是降低OFDM信号峰值出现的概率，是目前

3、最流行的PAPR抑制技术，包括预留子载波（ToneReservation，TR）算法。本文主要研究基于TR的无线OFDM通信系统信号峰均比抑制算法。首先，介绍了OFDM系统及其峰均比抑制技术的发展与研究意义，简述了峰均比抑制技术的评价准则；其次，分析了现有三类峰均比抑制技术的原理和优缺点，并详细阐述了概率类技术中的TR算法数学模型；最后，针对现有TR峰均比抑制算法难以同时兼顾峰均比、误码率、功率谱密度性能的缺点，通过与其他峰均比抑制算法思想相结合，提出了两种新的算法：联合智能梯度映射（SmartGradientProjection，SGP）-主动星座

4、扩展（ActiveConstellationExtension，ACE）的最小平方估计（LeastSquaresApproximation，LSA）TR算法，称为SgpACE-LsaTR算法，以及一种改进的基于限幅噪声比（SignaltoClippingNoiseRatio，SCR）的TR峰均比抑制算法，称为Lsa-ScrTR算法。本文对提出的新算法进行了深入的理论分析，对新算法的PAPR理论值、误码率性能及运算复杂度进行了定性定量评价；并通过Matlab仿真软件对新算法进行了全面的仿真验证。由仿真结果可知，与传统的最小平方估计TR算法相比，所提的S

5、gpACE-LsaTR算法能以更快的收敛速度产生削峰信号，且其误码率性能和带外功率谱性能均较优。而与现有的限幅噪声比TR算法相比，提出的Lsa-ScrTR算法也具有较优异的综合性能，尤其在有效降低PAPR的同时，对信号的误码率性能及功率谱性能影响均很小。而且其在迭代过程中，I西安电子科技大学硕士学位论文可以实时自适应调整算法参数，从而有效增加OFDM系统的自适应性。关键词：正交频分复用，预留子载波，峰均比抑制，误码率，功率谱论文类型：应用基础研究类IIABSTRACTABSTRACTOrthogonalFrequencyDivisionMultipl

6、exing(OFDM)technologyhasmanyadvantages,suchashighspectrumefficiency,thestrongabilityofresistancetofrequencyselectivefading.Asaresult,ithasbecomeoneofthemainmodulationtechniquesinmodernwirelesscommunicationfield.However,theissueofhighPeaktoAveragePowerRatio(PAPR)ofOFDMsignalslim

7、itsitswideapplication.IfthePAPRisnotcoveredbyHighPowerAmplifier(HPA),nonlineardistortionwillbeproducedandtheperformanceisreduced.AlthoughthelargelinearrangeofHPAcanavoidnonlineardistortion,highcostmakesitimpossibletoapplytotheactualwirelesssystem.Therefore,it’snecessarytomakeus

8、eofPAPRreductiontechniques.PAPRreductiontechniquesared