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OFDM系统下抑制峰均比的压扩算法研究

OFDM系统下抑制峰均比的压扩算法研究

作者：王雷博长安大学

学位级别：硕士

正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)因具有频谱效率高、抗多径效应性能强以及实现复杂度低等优势,被广泛应用在5G移动通信系统的物理层协议中。但是,OFDM技术作为数字通信的多载波调制技术之一,同样具... 详细信息

正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)因具有频谱效率高、抗多径效应性能强以及实现复杂度低等优势,被广泛应用在5G移动通信系统的物理层协议中。但是,OFDM技术作为数字通信的多载波调制技术之一,同样具有多载波调制技术的共性缺陷,即峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)过高。而在无线通信系统中,信号的PAPR过高会导致其在高功率放大器进行功放处理时,部分信号样本点的幅值超出功率放大器的线性放大范围,进而导致信号引入较大的非线性失真,影响通信系统的误码率(Bit Error Ratio,BER)性能和功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)性能。此外,过高的PAPR也导致功率放大器的功放效率降低,造成不必要的能耗。而且为满足海量通信需求的急剧增加,无线通信系统的带宽和子载波数愈发增大,故OFDM信号PAPR过高的问题也更为严峻。因此,为改善无线通信系统的通信质量以及能耗,必须有效抑制OFDM系统的PAPR。而压扩算法在众多PAPR抑制算法中,拥有计算复杂度低、灵活可调的较大优势,且该算法的PAPR抑制性能和计算复杂度与子载波数目无关。因此,选择基于压扩算法抑制OFDM系统PAPR的研究具有重要价值,本文的主要研究工作和创新成果如下:(1)提出了一种分段压扩与限幅混合算法。论文首先分析了分段压扩算法在压扩失真和算法复杂度上的优势,并基于分析结果总结出压扩算法的两点设计建议。基于两点设计建议,本文提出了一种三分段压扩与限幅混合算法,并通过变分法求解得出压扩失真最小的压扩函数形式。该算法在参数选择上,主要依据算法复杂度、压扩失真信号大小和带外辐射功率大小的均衡约束进行取值。仿真结果表明,本文所提出的分段压扩与限幅混合算法在实现有效抑制PAPR的前提下,其BER性能和PSD性能与对比算法相比均具有明显优势,且算法的计算复杂度极低。(2)提出了一种基于指数函数倒数曲线的分段非线性压扩算法。该算法将压扩处理后的信号幅值所服从的目标PDF函数分为两段,并用形似瑞利分布下降段的指数函数的倒数曲线对原幅值分布进行截断。此外,该算法对低幅值信号不进行压扩处理,保持了低幅值信号所服从的左分段幅值分布仍为瑞利分布,减少了算法复杂度和压扩失真。算法得益于所采用函数接近原瑞利分布,使得压扩处理中引入的压扩失真极小,继而其BER性能和PSD性能理论上极优。另外,本文基于压扩处理后的信号幅值所服从的目标PDF与信道噪声所服从的分布函数的差异,将接收端进行解压扩时对信道噪声所引入的乘数因子进行了修正。仿真对比结果表明,在解压扩和不解压扩两种情况下,本文所提出的分段非线性压扩算法在PAPR抑制性能优于或相同于对比压扩算法时,其BER性能也优于对比压扩算法,而且算法的PSD性能也较优。

关键词：正交频分复用技术峰均功率比压扩算法误码率

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基于多分辨率分析的小波系数压扩去噪算法

中国电机工程学报 2008年第10期28卷 76-81页

作者：王振朝岳莹昭师洁侯惠然河北大学电子信息工程学院河北省保定市071002 中国人民解放军92914部队海南省临高市571800

研究利用小波分析技术抑制突发性噪声的算法,以改善多载波调制的电力线通信系统中的同步性能。首先,对小波强制去噪算法及其局限性进行分析,提出了基于多分辨率分析的小波系数压扩去噪新算法。新算法在时域上对含噪信号进行分解,在频域... 详细信息

研究利用小波分析技术抑制突发性噪声的算法,以改善多载波调制的电力线通信系统中的同步性能。首先,对小波强制去噪算法及其局限性进行分析,提出了基于多分辨率分析的小波系数压扩去噪新算法。新算法在时域上对含噪信号进行分解,在频域上对各层的小波分解系数的畸变量进行抑制。然后,用低压电力线上的实测噪声对新算法进行了仿真验证。结果表明,新算法的去噪效果大大优于现有算法,尤其适用于平稳信号中突发性噪声的抑制。最后,将算法应用于作者开发的基于相对值判决的多载波调制系统中,试验结果证明,新算法可有效提高多载波调制系统的同步性能。

关键词：小波变换多载波调制去噪多分辨率分析压扩算法突发性噪声

降低MC-CDMA峰均功率比的SLM压扩联合算法

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徐州师范大学学报（自然科学版） 2011年第2期29卷 63-65页

作者：罗靖宇冯康淮南师范学院电气信息工程系安徽淮南232001

针对多载波码分多址(MC-CDMA)系统的高峰均功率比(PAPR)的问题,提出一种将选择性映射(SLM)算法与压扩技术相级联的新算法,该算法首先利用SLM算法对系统PAPR特性优化;然后对幅度大于给定门限的信号进行压缩,实现对系统峰均功率比的进一... 详细信息

针对多载波码分多址(MC-CDMA)系统的高峰均功率比(PAPR)的问题,提出一种将选择性映射(SLM)算法与压扩技术相级联的新算法,该算法首先利用SLM算法对系统PAPR特性优化;然后对幅度大于给定门限的信号进行压缩,实现对系统峰均功率比的进一步有效降低.仿真结果表明,SLM压扩联合算法能够最大限度地利用现有算法的优势,在很好地降低PAPR的同时,又不会引入很大的计算量和压扩噪声.

关键词：多载波码分多址峰均功率比选择性映射压扩算法联合算法

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一种降低OFDM峰均比的联合算法

电视技术 2009年第S1期33卷 33-35页

作者：胡茂凯陈西宏刘斌舒涛空军工程大学导弹学院陕西三原713800

在分析降低PAPR的常用算法的基础上,提出一种基于部分传输序列(PTS)算法和压扩变换(C变换)算法的联合算法。仿真结果表明所提联合算法能以较小的计算复杂度有效的降低OFDM系统的峰均比,算法具有一定的实用价值。

关键词：峰均比压扩算法 PTS 联合算法

一种椭圆球面波调制信号自适应峰均比抑制方法

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电子与信息学报 2017年第1期39卷 75-81页

作者：王红星陆发平刘传辉刘晓海军航空工程学院电子信息工程系烟台264001 山东省信号与信息处理重点实验室烟台264001

该文针对椭圆球面波(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)时域正交调制信号峰均功率比过高,易受功率放大器非线性影响,造成信号失真,导致系统解调性能下降的问题,提出一种基于μ律压缩的自适应峰均比抑制方法。该方法能够根据输入... 详细信息

该文针对椭圆球面波(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)时域正交调制信号峰均功率比过高,易受功率放大器非线性影响,造成信号失真,导致系统解调性能下降的问题,提出一种基于μ律压缩的自适应峰均比抑制方法。该方法能够根据输入信号自适应调节压缩参数,有效压缩信号峰值,降低PSWF调制信号峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR),同时保证压缩前后信号平均功率不变。理论论证和仿真结果表明,该方法能够有效抑制PSWF调制信号PAPR,当压缩参数m为1且互补累计分布函数CCDF为410-时,压缩后调制信号与原调制信号相比PAPR降低约2.1 d B;有效改善经过功放后调制信号功率谱和系统在高斯白噪声信道下的误码性能。

关键词：椭圆球面波峰均功率比压扩算法输入功率回退

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基于混合整数变换的高容量可逆数字水印

数据采集与处理 2010年第2期25卷 188-194页

作者：朱立赵耀倪蓉蓉北京交通大学信息科学研究所北京100044

提出了一种基于混合整数变换的高容量可逆数字水印算法。该算法首先将图像分割成3×3的小块,从第一个图像块开始进行9像素的整数变换。然后应用压扩算法减小差值,并采用扩差法嵌入水印。引入压扩算法极大地增加了可扩的图像块的数目。... 详细信息

提出了一种基于混合整数变换的高容量可逆数字水印算法。该算法首先将图像分割成3×3的小块,从第一个图像块开始进行9像素的整数变换。然后应用压扩算法减小差值,并采用扩差法嵌入水印。引入压扩算法极大地增加了可扩的图像块的数目。对于不可扩的3×3像素块,算法进一步将其分割为3×1的图像块,应用3像素的整数变换,同样采用压扩算法和扩差法嵌入水印。混合嵌入方案和压扩算法的引入能够获得更易压缩的位置图,从而最大限度地提高了水印的容量。该算法一次嵌入的极限容量为8/9 bpp(比特/像素)。实验结果表明,本算法的透明性好,容量高。

关键词：可逆数字水印整数变换压扩算法扩差法混合嵌入

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一种新的降低HPA非线性失真的方法

系统仿真学报 2014年第2期26卷 289-293页

作者：段莉莉汤立刚湖北师范学院计算机科学与技术学院黄石4350002 湖北理工学院电气与电子信息工程学院黄石4350002

正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波调制技术,其频谱效率高,并且在对抗多径衰落特别是频率选择性信道方面有着巨大优势。然而,由于OFDM信号具有高峰均功率比,因此在通过高功率放大器(HPA)的时候,会产生非线性失真,从而严重影响系统误... 详细信息

正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波调制技术,其频谱效率高,并且在对抗多径衰落特别是频率选择性信道方面有着巨大优势。然而,由于OFDM信号具有高峰均功率比,因此在通过高功率放大器(HPA)的时候,会产生非线性失真,从而严重影响系统误码率性能。提出一种新的结合压扩和预失真的信号处理算法,通过压扩降低峰值功率,降低OFDM信号超过HPA饱和点部分造成的失真,并通过预失真技术,降低HPA饱和点以内失真,从而大大降低了HPA对OFDM信号误码率造成的影响,提升了系统的误码率性能。仿真结果分析表明,同传统的压扩算法和预失真算法相比较,所提的算法具有更好的误码率性能。

关键词：正交频分复用峰均功率比压扩算法预失真算法

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一种新的PSWF调制信号PAPR抑制方法

无线电通信技术 2017年第2期43卷 6-11,20页

作者：毛忠阳陆发平刘传辉康家方刘晓海军航空工程学院电子信息工程系山东烟台264001 山东省信号与信息处理重点实验室山东烟台264001 装备发展部第六十一研究所北京100141

针对椭圆球面波(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)时域正交调制信号峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)过高,易受功率放大器非线性特性影响,造成PSWF脉冲间良好正交性下降,导致系统解调性能下降的问题,引入A律压缩,... 详细信息

针对椭圆球面波(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)时域正交调制信号峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)过高,易受功率放大器非线性特性影响,造成PSWF脉冲间良好正交性下降,导致系统解调性能下降的问题,引入A律压缩,提出了一种基于A律压缩的PSWF调制信号PAPR抑制方法。该方法能够有效抑制PSWF调制信号PAPR,改善经过功放后调制信号的功率谱和系统误码性能。

关键词：椭圆球面波峰均比压扩算法自适应

一种基于压扩变换降低OFDM系统峰均比的方法

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现代电子技术 2007年第13期30卷 18-20,24页

作者：艾艳锦吴长奇翟艳东贾景谱宋欣天津职业大学电子信息学院天津300402 燕山大学信息工程学院河北秦皇岛066004 河北工业大学计算机科学与软件学院天津300401 石家庄信息工程职业学院河北石家庄050035

对一种用于减小OFDM信号峰均比的压缩扩展技术进行了分析,该技术能够以相对较小的计算复杂度大大降低OFDM信号的PAPR。作者采用μ率压扩算法,其中的压扩拐点值取为均值而不是传统方法中的峰值。计算机仿真表明这种方法能大大降低OFDM信... 详细信息

对一种用于减小OFDM信号峰均比的压缩扩展技术进行了分析,该技术能够以相对较小的计算复杂度大大降低OFDM信号的PAPR。作者采用μ率压扩算法,其中的压扩拐点值取为均值而不是传统方法中的峰值。计算机仿真表明这种方法能大大降低OFDM信号的PAPR,并且与PTS技术相比这种方法更有效,计算复杂度也比PTS技术低。

关键词： 0FDM PAPR 压扩算法 PTS