多载波通信中的峰均比问题

格形搜索
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格形搜索
W=2
W=4
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对应约束长度 LC的性能
N = 64 QPSK V=8 W=2
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复杂度
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各 PTS方法示意
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3. 用信号裁剪的方法降低峰均比
裁剪函数：
定义裁剪率：
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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. van Nee 经验近似 H. Ochiai近似
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多载波信号实部概率密度函数
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高斯分布的近似表示
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PAPR CCDF 的近似方法
1. 根据信号抽样独立性假设
近似地可以认为
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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
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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 （CCDF 1 - CDF ）
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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。
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多载波调制解调
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基于DFT 的多载波(OFDM)系统 的发射接收机
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谢谢！ 谢谢！
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非线性造成的性能损失
•带内干扰 •带外辐射
SL和TWT放大器总体损耗
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TWT放大器后功率谱密度
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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。
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低通多载波信号峰均比的CCDF
10
0
10
-1
CCDF
10
-2
10
-3
10
-4
N=6 4 N=2 5 6 N=1 0 2 4
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
PAPR dB
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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
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。
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较大的峰均比导致系统非线性
输入： 输出：
AM/AM 和 AM/PM变换
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几种非线性模型
1. 软限幅(SL) 2. 固态功率放大器(SSPA) (SSPA) 3. 行波管(TWT)
S/P + CP IFFT P/S D/A
P/S
- CP FFT
S/P
A/D
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多载波传输信号
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基于DFT的多载波(OFDM) 传输信号
带通
低通
矩形窗
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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
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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：
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1. 选择性映射
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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
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SLM性能
选择性映射多载 波信号峰均比的 CCDF (N=256)
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2. 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
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PTS方法原理
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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
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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
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。
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几个相关的概念
峰均比（PAPR / PAR / PAP）
பைடு நூலகம்
包络峰均比（PMEPR）
峰值系数（CF）
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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
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连续时间信号与抽样信号峰均比
2. R. Van Nee 近似方法
3. H. Ochiai 近似方法
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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。
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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
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5. 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 缺点：计算复杂度较高
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总结
峰均比是多载波通信的固有问题。 高的峰均比造成系统非线性，降低系统 性能。 利用多载波信号近似高斯的特性分析峰 均比的统计特性。 通过一些方法，峰均比能够得到有效抑 制。
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。
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4. 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
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@seu.edu.cn
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。
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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。
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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。
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奈奎斯特裁剪和过采样裁剪
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裁剪方法降低峰均比性能
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裁剪造成的星座图信号扭曲
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裁剪对误比特率性能的影响
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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
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多载波信号裁剪的理论分析