多载波通信系统峰值平均功率比抑制算法的研究

1、多载波通信系统峰值平均功率比抑制算法的研究多载波通信技术具有高效的频谱利用率和良好的抗多径衰落性能 , 是一种适 用于无线环境下高速数据传输的技术。目前 , 以正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM为代表的多载波技术已经成功应用于智能导航、卫星通信、数字视频播送、无线接入网和电力线通信等领域 , 是下一 代移动通信系统颇具竞争力的关键技术：多输入多输出 (Multiple Input Multiple Output, MIMO技术在不增加带宽和发射功率的情况下能够成倍地提高 通信系统的信道容量和频谱利用率；将 OFDM技术

2、和MIMO技术相结合的 MIMO-OFD系统具有更好的性能。然而, 多载波通信系统存在峰值平均功率比拟高的缺点 , 容易导致信号失真、 频谱扩展、系统性能下降 , 是其得到广泛应用的主要障碍 , 因此如何有效抑制峰值 平均功率比已经成为多载波通信系统的研究热点。 本文深入研究了多载波通信系 统的特点和顶峰值平均功率比信号产生的原因，针对OFD系统及MIMO-OFD系统 具有的不同特点 ,提出适用于不同多载波通信系统的峰值平均功率比抑制算法 , 有效地降低了信号的峰值平均功率比 , 并通过仿真实验验证了算法的有效性。系统分析了多载波通信中峰值平均功率比的统计特性及其影响因素 , 研究了 OFDM

3、I号在离散时间域和连续时间域中峰值平均功率比性能的差异，并给出了离散时间域过采样率的选择准那么。同时,分析了 OFDh信号自相关性与峰值平均功 率比之间的对应关系 , 为设计有效的峰值平均功率比抑制算法提供了重要的理论 依据。局部传输序列法采用穷举搜索寻找最优相位因子 , 计算复杂度较高。针对这 一问题,提出了基于非线性优化的局部传输序列算法 ,将最优相位因子的求解过 程转化为具有非线性约束条件的全局优化问题 , 应用模拟退火算法在全局范围内 求解最优相位因子 ,有效地防止了对相位因子的穷举搜索 , 得到具有较低峰值平 均功率比的信号 , 显著降低了系统的计算复杂度；应用粒子群优化求解最优相位

4、 因子 , 采用汉明距离重新定义粒子更新公式 , 使相位因子搜索能够快速跟踪最优 相位因子的方向 , 从而得到具有较低峰值平均功率比的信号。算法实现简单 ,搜索复杂度低 , 能够获得良好的峰值平均功率比抑制性能 ,具 有很好的实用性。深入分析了迭代局部传输序列法 , 将其归结为对二叉树各级分 支进行搜索的过程 , 针对采用一维线性逼近 , 导致相位因子搜索易陷入局部最优 的问题,应用 Metropolis 准那么中概率接受的思想 ,提出了一种非线性优化的迭代 局部传输序列算法。由于算法跳出了一维线性搜索 , 为最优相位因子的搜索提供了更大的自由度 空间, 使得峰值平均功率比抑制性能显著提高。

5、同时, 考虑到迭代局部传输序列法 易受相位因子初始值的影响 ,采用循环迭代使搜索更接近最优相位因子 , 减弱了 初始相位因子对算法性能的影响。仿真结果证明 , 算法能够以较少的循环次数获得良好的峰值平均功率比性能 具有较低的复杂度和较好的可行性。 选择映射算法是一种有效的峰值平均功率比 抑制算法,其性能与备选信号数量有关 ,备选信号越多 ,算法性能越好 ,但是计算 复杂度也随之增加，在MIMO-OFD系统中尤为突出。针对这一问题 , 提出了一种基于信号分解的选择映射算法 , 构造了更大的备 选信号空间 , 显著提高了算法的峰值平均功率比性能。 同时 , 利用实序列固有的共 轭对称特性使计算复杂度保持不变 , 而仅有少量的边带信息增加。考虑到MIMO-OFD系统多天线的特点，进一步提出基于信号分解的并行选择 映射算法 ,在不增加系统计算复杂度的情况下 , 取得了边带信息传输量与峰值平 均功率比性能之间良好的折衷。深入探讨了基于空时分组码 (Space-time block code, STBC的MIMO-OFD系统,证明了共轭数据具有相同的峰值平均功率比统计 特性 , 利用该特性构造了峰值平均功率比抑制算法 , 不仅有效降低了计算复杂