多载波通信中的峰均比

多载波通信中的峰均比问题吴炳洋东南大学移动通信实验室wubingyang@2/13/20241内容提要峰均比问题的背景。关于峰均比的理论分析。降低峰均比的方法。2/13/20242内容提要峰均比问题的背景。关于峰均比的理论分析。降低峰均比的方法。2/13/20243峰均比问题的背景多载波调制是高速数据通信的理想接入技术。峰均比问题是多载波通信的固有缺陷。2/13/20244多载波通信的优缺点多载波通信的优点：实现接近信道容量的传输能力；有效克服符号间干扰(ISI)。多载波通信的缺点：载波间干扰(ICI)；峰均比(PAPR/PAR/PAP/PMEPR)问题。2/13/20245多载波调制解调2/13/20246基于DFT的多载波(OFDM)系统的发射接收机2/13/20247多载波传输信号2/13/20248基于DFT的多载波(OFDM)

传输信号带通低通矩形窗2/13/20249多载波信号特性多载波信号的包络呈现较大幅度的动态变化2/13/202410峰均比目的：描述信号波动的幅度。定义：一定时间间隔内信号峰值功率与平均功率之比。性质：峰均比随载波数增加而提高。带通信号的峰均比可以用等效低通信号的峰均比加3dB近似。连续信号的峰均比可以用采样的峰均比近似。2/13/202411较大的峰均比导致系统非线性输入：输出：AM/AM和AM/PM变换2/13/202412几种非线性模型1.软限幅(SL)2.固态功率放大器(SSPA)3.行波管(TWT)2/13/2024132/13/202414非线性造成的性能损失带外辐射SL和TWT放大器总体损耗TWT放大器后功率谱密度带内干扰2/13/202415峰均比问题是多载波通信的

固有缺陷来源：发射信号是多个载波随机信号的加权累加。危害：高峰均比造成系统性能下降。2/13/202416内容提要峰均比问题的背景。关于峰均比的理论分析。降低峰均比的方法。2/13/202417几个相关的概念峰均比（PAPR/PAR/PAP）包络峰均比（PMEPR）峰值系数（CF）2/13/202418带通信号与等效低通信号的峰均比带通信号等效低通信号2/13/202419连续时间信号与抽样信号峰均比近似地可以认为2/13/202420低通信号峰均比的上界低通信号峰均比的上界：PSK调制时为N，QAM调制时更高2/13/202421峰均比的统计特性峰均比的上界没有实际价值。峰均比的统计特性更有意义。峰均比的统计特性可由峰均比的概率分布函数（CDF）表示更常用的表示为补概率分布函数（CCDF1-CDF）2/13/202422低通多载波信号峰均比的CCDF2/13/202423连续和抽样信号峰均比的CCDF奈奎斯特抽样信号的峰均比过采样信号的峰均比连续时间信号的峰均比2/13/202424峰均比统计特性的理论分析多载波信号高斯分布假设信号抽样独立性假设R.vanNee经验近似H.Ochiai近似2/13/202425多载波信号实部概率密度函数2/13/202426高斯分布的近似表示2/13/202427PAPRCCDF的近似方法1.根据信号抽样独立性假设2.R.VanNee近似方法3.H.Ochiai

近似方法2/13/202428内容提要峰均比问题的背景。关于峰均比的理论分析。降低峰均比的方法。2/13/202429降低峰均比的方法选择映射（SLM）部分传输序列（PTS）裁剪和滤波（Clip）编码频谱保留2/13/2024301.选择性映射2/13/202431实现方法相位旋转扰码交织矩阵变换连续变换自适应方法2/13/202432SLM性能选择性映射多载波信号峰均比的CCDF(N=256)2/13/2024332.部分传输序列方法PTS方法原理PTS实现方案PTS性能PTS因子搜索方法2/13/202434PTS方法原理2/13/202435影响PTS性能的因素子块划分方法相邻划分法伪随机划分法交织划分法子块数目V因子集合W因子优化方法2/13/202436因子优化的方法最优方法：全局搜索次最优方法：迭代方法（单起点、多起点）随机序列尝试（编码序列尝试）排序幅值消减正交投影双层优化（树的方法）自适应方法格形搜索2/13/202437格形搜索W=2W=42/13/202438对应约束长度LC的性能N=64

QPSKV=8W=22/13/202439复杂度2/13/202440各PTS方法示意2/13/2024413.用信号裁剪的方法降低峰均比定义裁剪率：裁剪函数：2/13/202442奈奎斯特裁剪和过采样裁剪2/13/202443裁剪方法降低峰均比性能2/13/202444裁剪造成的星座图信号扭曲2/13/202445裁剪对误比特率性能的影响2/13/202446信号裁剪对系统性能的影响有用信号功率衰减频带内失真噪声频带外功率辐射2/13/202447多载波信号裁剪的理论分析随机过程的非线性变换sd(t)=g[s(t)]两个基本定理Price定理Bussgang定理一个重要结论：高斯输入的非线性系统的输出可以表示成两个可分离部分之和，一部分是与输入信号成正比的有用信号，另一部分是与有用信号不相关的非线性干扰。2/13/2024484.编码方法互补序列格雷序列Reed-Muller码优点：确保较低的峰均比缺点：效率较低2/13/2024495.频谱保留方法引入一些保留频谱的信号，使发射信号具有较低的峰均比。优点：效率较高