1、多載波通信中的峰均比問題吳炳洋東南大學(xué)移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)室2022-3-302內(nèi)容提要n峰均比問題的背景。n關(guān)于峰均比的理論分析。n降低峰均比的方法。2022-3-303內(nèi)容提要n峰均比問題的背景。n關(guān)于峰均比的理論分析。n降低峰均比的方法。2022-3-304峰均比問題的背景n多載波調(diào)制是高速數(shù)據(jù)通信的理想接入技術(shù)。n峰均比問題是多載波通信的固有缺陷。2022-3-305多載波通信的優(yōu)缺點(diǎn)n多載波通信的優(yōu)點(diǎn)：n實(shí)現(xiàn)接近信道容量的傳輸能力；n有效克服符號(hào)間干擾(ISI)。n多載波通信的缺點(diǎn)：n載波間干擾(ICI)；n峰均比(PAPR / PAR / PAP / PMEPR)問題。2022-3-306

2、多載波調(diào)制解調(diào)2022-3-307基于DFT 的多載波(OFDM)系統(tǒng)的發(fā)射接收機(jī)S/PIFFT+ CPP/SD/AP/SFFT- CPS/PA/D2022-3-308多載波傳輸信號(hào)2022-3-309基于DFT的多載波(OFDM)傳輸信號(hào)帶通低通矩形窗2022-3-3010多載波信號(hào)特性多載波信號(hào)特性多載波信號(hào)的包絡(luò)呈現(xiàn)較大幅度的動(dòng)態(tài)變化2022-3-3011峰均比峰均比n目的：描述信號(hào)波動(dòng)的幅度。n定義：一定時(shí)間間隔內(nèi)信號(hào)峰值功率與平均功率之比。n性質(zhì)：n峰均比隨載波數(shù)增加而提高。n帶通信號(hào)的峰均比可以用等效低通信號(hào)的峰均比加3dB近似。n連續(xù)信號(hào)的峰均比可以用采樣的峰均比近似。2022-

3、3-3012較大的峰均比導(dǎo)致系統(tǒng)非線性輸入：輸出：AM/AM 和 AM/PM變換2022-3-3013幾種非線性模型1. 軟限幅(SL)2. 固態(tài)功率放大器(SSPA)3. 行波管(TWT)2022-3-30142022-3-3015非線性造成的性能損失帶外輻射SL和TWT放大器總體損耗TWT放大器后功率譜密度帶內(nèi)干擾2022-3-3016峰均比問題是多載波通信的固有缺陷n來源：發(fā)射信號(hào)是多個(gè)載波隨機(jī)信號(hào)的加權(quán)累加。n危害：高峰均比造成系統(tǒng)性能下降。2022-3-3017內(nèi)容提要n峰均比問題的背景。n關(guān)于峰均比的理論分析。n降低峰均比的方法。2022-3-3018幾個(gè)相關(guān)的概念峰均比（PAPR

4、 / PAR / PAP）包絡(luò)峰均比（PMEPR）峰值系數(shù)（CF）2022-3-3019帶通信號(hào)與等效低通信號(hào)的峰均比帶通信號(hào)等效低通信號(hào)2022-3-3020連續(xù)時(shí)間信號(hào)與抽樣信號(hào)峰均比近似地可以認(rèn)為2022-3-3021低通信號(hào)峰均比的上界低通信號(hào)峰均比的上界：PSK調(diào)制時(shí)為N，QAM調(diào)制時(shí)更高2022-3-3022峰均比的統(tǒng)計(jì)特性n峰均比的上界沒有實(shí)際價(jià)值。n峰均比的統(tǒng)計(jì)特性更有意義。n峰均比的統(tǒng)計(jì)特性可由峰均比的概率分布函數(shù)（CDF）表示n更常用的表示為補(bǔ)概率分布函數(shù)（CCDF 1 - CDF ）2022-3-3023低通多載波信號(hào)峰均比的CCDF4567891011121310-41

5、0-310-210-1100PAPR dBCCDFN=64N=256N=10242022-3-3024連續(xù)和抽樣信號(hào)峰均比的CCDFn奈奎斯特抽樣信號(hào)的峰均比n過采樣信號(hào)的峰均比n連續(xù)時(shí)間信號(hào)的峰均比2022-3-3025峰均比統(tǒng)計(jì)特性的理論分析n多載波信號(hào)高斯分布假設(shè)n信號(hào)抽樣獨(dú)立性假設(shè)nR. van Nee 經(jīng)驗(yàn)近似nH. Ochiai近似2022-3-3026多載波信號(hào)實(shí)部概率密度函數(shù)2022-3-3027高斯分布的近似表示2022-3-3028PAPR CCDF 的近似方法1. 根據(jù)信號(hào)抽樣獨(dú)立性假設(shè)2. R. Van Nee 近似方法3. H. Ochiai 近似方法2022-3-3

6、029內(nèi)容提要n峰均比問題的背景。n關(guān)于峰均比的理論分析。n降低峰均比的方法。2022-3-3030降低峰均比的方法n選擇映射（SLM）n部分傳輸序列（PTS）n裁剪和濾波（Clip）n編碼n頻譜保留2022-3-30311. 選擇性映射2022-3-3032實(shí)現(xiàn)方法n相位旋轉(zhuǎn)n擾碼n交織n矩陣變換n連續(xù)變換n自適應(yīng)方法2022-3-3033SLM性能選擇性映射多載波信號(hào)峰均比的CCDF (N=256)2022-3-30342. 部分傳輸序列方法nPTS方法原理nPTS實(shí)現(xiàn)方案nPTS性能nPTS 因子搜索方法2022-3-3035PTS方法原理2022-3-3036影響PTS性能的因素n子塊

7、劃分方法n相鄰劃分法n偽隨機(jī)劃分法n交織劃分法n子塊數(shù)目 Vn因子集合 Wn因子優(yōu)化方法2022-3-3037因子優(yōu)化的方法n最優(yōu)方法：全局搜索n次最優(yōu)方法：n迭代方法（單起點(diǎn)、多起點(diǎn)）n隨機(jī)序列嘗試（編碼序列嘗試）n排序幅值消減n正交投影n雙層優(yōu)化（樹的方法）n自適應(yīng)方法n格形搜索2022-3-3038格形搜索格形搜索W=2W=42022-3-3039對(duì)應(yīng)約束長(zhǎng)度 LC的性能N = 64QPSKV = 8W = 22022-3-3040復(fù)雜度2022-3-3041各 PTS方法示意2022-3-30423. 用信號(hào)裁剪的方法降低峰均比定義裁剪率：裁剪函數(shù)：2022-3-3043奈奎斯特裁剪和

8、過采樣裁剪2022-3-3044裁剪方法降低峰均比性能2022-3-3045裁剪造成的星座圖信號(hào)扭曲2022-3-3046裁剪對(duì)誤比特率性能的影響2022-3-3047信號(hào)裁剪對(duì)系統(tǒng)性能的影響n有用信號(hào)功率衰減n頻帶內(nèi)失真噪聲n頻帶外功率輻射2022-3-3048多載波信號(hào)裁剪的理論分析n隨機(jī)過程的非線性變換 sd(t)=gs(t)n兩個(gè)基本定理nPrice 定理nBussgang定理n一個(gè)重要結(jié)論：高斯輸入的非線性系統(tǒng)的輸出可以表示成兩個(gè)可分離部分之和，一部分是與輸入信號(hào)成正比的有用信號(hào)，另一部分是與有用信號(hào)不相關(guān)的非線性干擾。2022-3-30494. 編碼方法n互補(bǔ)序列n格雷序列nReed-Muller 碼n優(yōu)點(diǎn)：確保較低的峰均比n缺點(diǎn)：效率較低2022-3-30505. 頻譜保留方法n引入一些保留頻譜的信號(hào)，使發(fā)射信號(hào)具有較低的峰均比。n優(yōu)