第6章 mimo-ofdm系统峰值平均功率比.ppt

* 第6章 MIMO-OFDM系统峰值平均功率比 6.1 引言 峰平比问题是多载波调制（MCM）中一个普遍存在的问题。 在某个时刻，若多个载波以同一个方向进行累加时，就会产生很大的峰值，从而要求功率放大器具有很大的线性区域。否则，当信号峰值进入放大器的非线性区域时，就会使信号产生畸变，从而产生子载波间的互调干扰和带外辐射，破坏子载波间的正交性，降低系统性能。 由于MIMO-OFDM系统的本质上的多载波结构，所以也存在PAPR问题。 6.2 峰值平均功率比（PAPR）的定义及分布 6.2.1 OFDM信号峰平比定义 OFDM 符号PAPR的定义为 离散OFDM符号的PAPR可表示为 表示OFDM符号。 代表经过IFFT运算之后所得到的输出信号，即离散的OFDM符号。 对于包含N个子信道的OFDM系统 例如，N=256时，OFDM系统的PAPR =24dB。当然，这是一种非常极端的情况，OFDM系统内的PAPR通常不会达到这一数值。 另一种描述信号包络变化的参数是峰值参数（Crest Factor，CF），CF被定义为信号的最大值与均方根值之比，即 6.2.2 峰值平均功率比的测量 OFDM信号的PAPR 由于OFDM信号是一个随机信号，所以PAPR是一个随机信号。 通常采用累积分布函数（CDF)和互补累积分布函数(CCDF)来衡量信号PAPR的分布情况。 CCDF=1-CDF 复OFDM基带符号 根据中心极限定理，只要子载波的个数N足够大，就可以认为 的实部和虚部的样点服从均值为0、方差为1/2的高斯分布(实部和虚部各占整个信号功率的一半)。由此可知，OFDM符号的幅值 服从瑞利分布，其概率密度函数为 其功率分布服从 由此可以计算出其累积分布函数CDF为 假设OFDM符号周期内每个采样值之间都是不相关的，则OFDM符号周期内的N个采样值中每个采样值的PAPR都小于门限值z的概率分布应该是 通常还可以从另一个角度来衡量OFDM系统的PAPR分布，即计算PAPR超过某一门限值 的概率，得到互补累积分布函数CCDF为 6.2.3 过采样对OFDM信号峰平比的影响 什么是过采样? 如何实现过采样? 当在时域或频域内对序列后面补充N个零时，相应地就在频域或时域进行2倍的过采样。当在时域或频域内对序列后面补充2N个零时，相应地就在频域或时域进行3倍的过采样，以此类推。 为什么要进行过采样? 仿真中通过如下方式实现 N个子载波的OFDM系统 倍过采样信号PAPR的CCDF为 6.2.4 信号峰平比对系统设计的影响 非线性功率放大器的输入输出示意图 大峰平比对系统的影响是： （1）发射机的功率放大器需要一个大的线性范围。 （2）D/A转换器和A/D转换器需要一个宽的动态范围。 6.3 OFDM系统降低PAPR技术 降低PAPR技术 信号预畸变技术 编码类技术 概率类技术 限幅类技术 压缩扩张变换 选择映射方法（SLM） 部分序列传输方法（PTS） 预留子载波技术（TR） TI技术 ACE 技术 分组编码法 格雷补码序列 雷德密勒码 6.3.1 信号预畸变方法 1. 限幅法 对OFDM符号进行时域加窗 限幅法的缺点： （1）OFDM信号的非线性畸变会导致带外辐射功率值增加 32子载波OFDM信号峰值加窗后的功率谱比较 限幅门限为信号幅度均方根值上3dB 限幅对OFDM系统SER的影响 （2）导致OFDM系统的SER性能降低 2. 压缩扩张变换 具有压缩扩张器的OFDM系统基带结构框图 利用压缩扩展变换的OFDM系统中， 和 时， PAPR的CCDF示意图 QPSK调制 N=128 4倍过采样 6.3.2 概率类技术 1. 选择性映射方法（SLM） IFFT IFFT IFFT 选择P A P R最小的输出 SLM-OFDM系统框图 假设存在M个不同的、长度为N的随机相位序列矢量 在 之内均匀分布 得到M个不同的输出序列 ，即 相应得到M个不同的输出序列 对所得到的M个不同的输出序列 分别实施IFFT计算， 从中选择一个PAPR最小的OFDM符号发送。 SLM-OFDM系统发送端工作原理： SLM-OFDM系统的缺点： 1、计算复杂度和OFDM系统比有所增加。 2、需要传输边带信息，从而带来数码率损失。 OFDM系统内经过过采样后的PAPR分布的CCDF可表示为 则采用SLM算法后，OFDM系统PAPR分布的C