峰值功率降低技術(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)翻譯模板.doc_第1頁(yè)
峰值功率降低技術(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)翻譯模板.doc_第2頁(yè)
峰值功率降低技術(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)翻譯模板.doc_第3頁(yè)
峰值功率降低技術(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)翻譯模板.doc_第4頁(yè)
峰值功率降低技術(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)翻譯模板.doc_第5頁(yè)
免費(fèi)預(yù)覽已結(jié)束,剩余15頁(yè)可下載查看

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯外文原文題目:orthogonal frequency division multiplexing for wireless communications中文翻譯題目: 無(wú)線通信中的正交頻分復(fù)用 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 基于c8051f單片機(jī)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 姓 名: 學(xué) 院: 信息與電子學(xué)院 班 級(jí): 01540802 指導(dǎo)教師: chapter 6峰值功率降低技術(shù)chintha tellambura and mathias friese6.1 概述本章討論相關(guān)方法來(lái)降低ofdm信號(hào)的較大包絡(luò)變化(envelope variations)。包絡(luò)變化是ofdm最常提到的缺點(diǎn)之一,因?yàn)樵趯?shí)際中任何傳輸系統(tǒng)均存在非線性特征,而且是峰值功率受限的。非線性將引起傳輸信號(hào)頻譜的擴(kuò)展,從而產(chǎn)生不希望的帶外(oob)噪聲,特別是在來(lái)自移動(dòng)發(fā)送機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度可能產(chǎn)生明顯區(qū)別的無(wú)線電應(yīng)用中,主要考慮的是對(duì)相鄰信道干擾(aci)抑制的嚴(yán)格要求。發(fā)送信號(hào)自身受非線性影響,將在接收端增加誤碼率。在參考文獻(xiàn)中,包絡(luò)變化通常以峰值振幅因數(shù)(cf),峰值平均功率比(papr),峰值平均包絡(luò)功率比(pmepr)或簡(jiǎn)單峰值平均功率比(papr)衡量。并不是所有標(biāo)準(zhǔn)總是被使用,因?yàn)榻^對(duì)值的比較有時(shí)會(huì)很困難。我們使用這些術(shù)語(yǔ)papr221,222以及cf223,它們準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)定義。在ofdm中,高峰值來(lái)自于大量通常統(tǒng)計(jì)上的獨(dú)立子信道的疊加,這些子信道在結(jié)構(gòu)上可以疊加而產(chǎn)生高峰值。由于這個(gè)眾所周知的原因,高峰值的出現(xiàn)在一段時(shí)間內(nèi)曾被認(rèn)為是不可避免的。然而,最近人們對(duì)于ofdm在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面的興趣使得對(duì)抗這些問(wèn)題的方法得到發(fā)展??偟膩?lái)說(shuō)有幾種不同類型的方法。例如,一些研究者接受較高的峰均比(papr)并且提出新的放大器概念來(lái)提高發(fā)送機(jī)的功率效率?,F(xiàn)有放大器的最優(yōu)化也在考慮范圍之內(nèi)225。其他方法試圖尋求優(yōu)秀的調(diào)制方法,以產(chǎn)生較低峰均比(papr)的傳輸信號(hào)。因此,現(xiàn)有的放大器技術(shù)可以被使用。本章討論降低峰均比(papr)的技術(shù)和峰均比(papr)問(wèn)題的基本理論。我們將學(xué)習(xí)基本概念以增加理解,這有助于我們列舉所有擁有不同屬性的不同方法。更多關(guān)于具體問(wèn)題的細(xì)節(jié)可以在注釋中找到。最后,在理論與藝術(shù)狀態(tài)的對(duì)比中我們得知:在新的領(lǐng)域中我們?nèi)匀恍枰芯?,以低?fù)雜度的技術(shù)接近理論上的極限。6.2 ofdm信號(hào)峰均比(papr)的性質(zhì)既然我們研究的重點(diǎn)是無(wú)線電應(yīng)用,那么貫穿本章我們只考慮通帶信號(hào)的復(fù)雜包絡(luò)。然而,許多重要的降低峰均比(papr)的技術(shù)首要針對(duì)基帶應(yīng)用而設(shè)計(jì),例如數(shù)字用戶線222,226。絕大多數(shù)技術(shù)可以輕易地轉(zhuǎn)換為帶通應(yīng)用。對(duì)于所有ofdm信號(hào)有關(guān)峰均比(papr)的問(wèn)題,我們只考慮一種簡(jiǎn)單的調(diào)制間隔(ofdm信號(hào))。保護(hù)間隔或持續(xù)的循環(huán)前綴在信號(hào)的前一部分重復(fù)出現(xiàn),因此它對(duì)于峰均比(papr)沒(méi)有影響,我們將其設(shè)為:。因此,傳輸?shù)男盘?hào)可以寫(xiě)為: (6.2.1)式中與為任意兩個(gè)相鄰子信道間的頻率間隔。ofdm信號(hào)持續(xù)時(shí)間等于,以保證各子信道之間的正交性。ofdm系數(shù)通常取自大小為的固定調(diào)制星座(字母表)。我們使用數(shù)據(jù)符號(hào)定義每個(gè),而其它同類系數(shù)為信息符號(hào),調(diào)制符號(hào)等。為了概念上簡(jiǎn)便,我們引入矢量。我們假定(通常情況如此)。在非編碼傳輸中,每一數(shù)據(jù)符號(hào)傳輸比特的信息。每一符號(hào)來(lái)自包含個(gè)不同元素的集合中。集合被稱為信號(hào)星座或信號(hào)字母表,而(集合中元素的個(gè)數(shù))被稱為星座的階數(shù)。二進(jìn)制相移鍵控(bpsk),正交相移鍵控(qpsk),多進(jìn)制相移鍵控(mpsk)和多進(jìn)制正交幅度調(diào)制(mqam)的星座可以被表示為如下定義:(6.2.2)注意任一psk的星座,對(duì)任意,有。這一恒模條件對(duì)于qam星座并不成立。對(duì)于一mqam星座,我們可能使用歸一化因數(shù)使得,其中表示期望。對(duì)于16qam和64qam,歸一化因數(shù)分別為和。通常,中的所有元素出現(xiàn)的幾率均為。高階信號(hào)星座可以被分解為低階信號(hào)星座,生成低峰均比(papr)序列的結(jié)構(gòu)。例如,227說(shuō)明16qam星座可以被分解為: (6.2.3)其中。將(6.2.2)帶入,可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為: (6.2.4)。qpsk星座可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)bpsk星座的總和228 (6.2.5)其中。則qpsk星座點(diǎn)可以寫(xiě)為: (6.2.6)。在本章后面的內(nèi)容中,這些表述將被使用。我們根據(jù)定義的大小和相位,其中且為實(shí)數(shù)。設(shè)為一個(gè)單獨(dú)的ofdm符號(hào)的時(shí)間平均功率,有 (6.2.7)其中式(6.2.7)的右手邊部分可以直接計(jì)算得出(而且它是著名的帕斯維爾公式的一個(gè)結(jié)果)。時(shí)間平均顯然取決于數(shù)據(jù)符號(hào)的大小。因此,如果被定義為具有不同大小的隨機(jī)變量,則也是一個(gè)隨機(jī)變量。整個(gè)ofdm信號(hào)的時(shí)間平均,由大量ofdm符號(hào)組成,等于的總體平均。因此,整個(gè)ofdm信號(hào)的發(fā)送功率由以下統(tǒng)計(jì)期望得出 (6.2.8)復(fù)包絡(luò)的均方根(rms)值由定義。接下來(lái),作為對(duì)一個(gè)單獨(dú)的ofdm符號(hào)峰值高度的量度,我們考慮振幅因數(shù),其中 (6.2.9)注意做出如此定義后,可以小于1,因?yàn)橐粋€(gè)單獨(dú)的符號(hào)的峰值功率可能小于總體平均功率。然而,在在一種經(jīng)??紤]到的特殊情況固定平均功率中(對(duì)于子信道的psk調(diào)制尤其如此),它的下界為1。最為糟糕的情況cf同樣取決于調(diào)制星座。將星座的cf定義為。在最壞的情況中,所有系數(shù)均取最大幅值并且它們所對(duì)應(yīng)的時(shí)域部分在某一瞬時(shí)具有相同的相位(典型的例子:所有為正實(shí)數(shù),)。此時(shí),。例如,在psk調(diào)制情況下,有。在許多出版物中,作者將時(shí)間連續(xù)的波形采樣成n點(diǎn),即,并以此對(duì)cf做出估計(jì)。正如第一章所說(shuō),n點(diǎn)采樣可以通過(guò)s序列的ifft生成。因此,另一種可能的對(duì)于cf的定義是 (6.2.10)這一定義的優(yōu)點(diǎn)主要在于一些解析計(jì)算成為可能,這會(huì)理論研究更加深入。然而,對(duì)于實(shí)際目的來(lái)說(shuō),僅考慮時(shí)間采樣是不準(zhǔn)確的,因?yàn)閷?shí)信號(hào)通常是時(shí)間連續(xù)的。樣本間可能的超出不在考慮之內(nèi)(6.2.10)。因此,與以cf為準(zhǔn)的估計(jì)是不準(zhǔn)確的。最后,注意與指的是復(fù)包絡(luò)信號(hào)。載波頻率為的射頻信號(hào)將有一個(gè)大約倍大的cf。對(duì)于隨機(jī)輸入數(shù)據(jù),n點(diǎn)采樣信號(hào)可以被認(rèn)為是零均值單位方差復(fù)高斯隨機(jī)變量。這使得是瑞利分布的。cf由所有采樣信號(hào)中幅度最大的決定。因此,cf小于期望值的可能性可以被表示為: (6.2.11)注意這僅是一種近似。峰均比(papr)或峰值平均包絡(luò)功率比(pmepr)為 (6.2.12)其中表示ofdm信號(hào)的最大瞬時(shí)功率。本章由始至終提到的峰均比(papr)指的都是基帶峰均比(papr)。(6.2.12)定義同樣稱為papr 229,230,也稱為峰均功率比(papr)。papr是最為常用的術(shù)語(yǔ)。papr的平方根即為上面討論的振幅因數(shù)。嚴(yán)格來(lái)講對(duì)于 pmepr是一種更為準(zhǔn)確的術(shù)語(yǔ),因?yàn)槭前j(luò)但不是傳輸信號(hào)本身。然而,我們將視為papr的簡(jiǎn)寫(xiě)。對(duì)于某些問(wèn)題,多項(xiàng)式的觀點(diǎn)同樣很有幫助;定義一個(gè)維的輔助多項(xiàng)式為: (6.2.13)其中的系數(shù)是數(shù)據(jù)符號(hào)。對(duì)比式(6.2.1)和式(6.2.12),papr同樣可以定義為 (6.2.14)即papr指的是單位圓上輔助多項(xiàng)式的峰值振幅。papr的統(tǒng)計(jì)學(xué)定義同樣十分有用,注意papr對(duì)于隨機(jī)輸入數(shù)據(jù)符號(hào)是隨機(jī)分布的。一個(gè)ofdm符號(hào)以概率達(dá)到峰值,倘若 (6.2.15)即papr超過(guò)的可能性是。對(duì)于ofdm符號(hào),papr小于的概率為。我們認(rèn)為是papr的第個(gè)百分位數(shù)。6.2.1 含n個(gè)子載波ofdm信號(hào)papr的最大值一mpsk調(diào)制方式的ofdm信號(hào),其papr值通常小于等于n,其中n為子信道的個(gè)數(shù)。鑒于此,考慮(6.2.1)給出的ofdm信號(hào),其輸入數(shù)據(jù)符號(hào)選自于一個(gè)mpsk星座,。papr被定義為: (6.2.16)這便是給出的n個(gè)子信道m(xù)psk方式的ofdm系統(tǒng)papr的最大值。只有m序列的papr取得最大值。papr是關(guān)于輸入數(shù)據(jù)幀的一個(gè)函數(shù),再一次表明包含n個(gè)子信道,多進(jìn)制調(diào)制的ofdm信號(hào)共有個(gè)不同的數(shù)據(jù)幀。對(duì)于任意輸入數(shù)據(jù)幀,有 (6.2.17)例如,對(duì)于,papr可以是。幸運(yùn)的是,極高papr值的情況非常少見(jiàn)。例如,對(duì)于bpsk,僅有四種序列0000,1111,0101 and 1010 達(dá)到。對(duì)于隨機(jī)分布數(shù)據(jù),這一情況發(fā)生的概率是。這一概率當(dāng)n很大時(shí)可以忽略,在實(shí)際情況中即是如此。6.2.2 從離散時(shí)間信號(hào)中估計(jì)真實(shí)的papr(6.2.1)給出的ofdm信號(hào)以速率采樣,結(jié)果為: (6.2.18)當(dāng)時(shí),采樣信號(hào)稱為奈奎斯特速率采樣。這些采樣信號(hào)在發(fā)送端通過(guò)低通濾波器以生成連續(xù)時(shí)間信號(hào)。對(duì)于這種變換,n點(diǎn)抽樣是足夠的。然而,奈奎斯特速率采樣不一定與連續(xù)時(shí)間信號(hào)的峰值相一致。因此,對(duì)ofdm信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣以估計(jì)真實(shí)的papr非常重要。圖6.1. 不同過(guò)采樣速率papr的互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)倘若將ofdm符號(hào)做次采樣(6.2.18),其中為整數(shù),稱為過(guò)采樣因子,這些采樣可以通過(guò)補(bǔ)零idft計(jì)算得出。papr使用這些采樣可以得出 (6.2.19)我們?cè)谝环N特殊情況下估計(jì)papr,i.e.,papr估計(jì)使用奈奎斯特速率采樣,定義為 (6.2.20)我們可以明確得出 (6.2.21)其中為使用奈奎斯特速率采樣的papr估計(jì)。理論上講,當(dāng)足夠大時(shí),接近。圖6.1顯示出對(duì)于幾種不同的過(guò)采樣因子值,papr的互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)的對(duì)比。注意當(dāng)增長(zhǎng)到超過(guò)4時(shí),曲線不再明顯變化,這意味著一個(gè)過(guò)采樣因子為4的過(guò)采樣速率足夠能得出精確的結(jié)果。利用分布以及時(shí)離散時(shí)間抽樣的邊界,我們可以精確地導(dǎo)出papr的分布情況。根據(jù)233的定理2,如果是維復(fù)系數(shù)多項(xiàng)式,則由它在單位圓上采樣的最大值限定: (6.2.22)其中為過(guò)采樣因子且。papr的互補(bǔ)累積分布函數(shù)的上限可以由以上關(guān)系導(dǎo)出 (6.2.23)對(duì)于,為最佳過(guò)采樣因子,由下式得出: (6.2.24)等式(6.2.24)在考慮到這一條件后得出233。圖6.2. n個(gè)qpsk子信道的互補(bǔ)累積分布函數(shù)盡管高峰值在原則上是可能的,然而這一情況很少發(fā)生:甚至對(duì)于256個(gè)子信道,papr也很少超過(guò)12.5 db(圖6.2),然而理論上papr的最大值大約為24 db。因此對(duì)于實(shí)際目的,我們認(rèn)為papr的最大值不超過(guò)某些預(yù)先定義的概率例如是合理的,稱為第百分位papr。這一第百分位papr將遠(yuǎn)低于理論上可能的最大值,并且根據(jù)圖6.2,對(duì)于256子信道其papr總是低于14 db。較大峰值的罕見(jiàn)令人們產(chǎn)生希望:也許通過(guò)一些卓越的信號(hào)處理,最高峰值可能被完全避免。最后,圖6.2表明非常高或者非常低的振幅因數(shù)都很少見(jiàn)。例如,在256載波的ofdm中,cf通常幾乎會(huì)大于7 db,因?yàn)榛パa(bǔ)累積分布函數(shù)接近1。沒(méi)有什么值得驚訝的,但我們?cè)诤竺嬗懻摻档蚿apr的方案時(shí)會(huì)回到這一重要的現(xiàn)象。對(duì)于具備較低papr多載波信號(hào)的設(shè)計(jì)不完全是一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。寬帶信號(hào),換言之具有規(guī)定平展頻率譜且低papr的信號(hào),近幾十年來(lái)由于測(cè)量方面的原因已經(jīng)引起人們的興趣。同樣,(6.2.1)可以被認(rèn)為是階的三角函數(shù)多項(xiàng)式(),因此我們也可以運(yùn)用純粹的數(shù)學(xué)觀點(diǎn)研究它。進(jìn)一步的研究參考234,235,236,237。然而在所有這些情況中,我們的目標(biāo)僅僅是找到一個(gè)簡(jiǎn)單的波形。與此相比的是,對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸而言,找到這樣波形的一個(gè)較大的集合十分必要。例如,傳輸100比特信息,我們需要個(gè)不同的波形。進(jìn)一步講,這些波形必須實(shí)時(shí)生成。6.3 降低papr而產(chǎn)生的信號(hào)失真降低papr的方法可以被分為兩個(gè)類型。第一種類型通過(guò)削去信號(hào)頂峰而使傳輸信號(hào)失真,增加了信號(hào)的誤碼率(ber)。另一種類型以此為特點(diǎn),即雖然傳輸信號(hào)的papr被降低,信號(hào)仍能保持不失真。這以帶寬效率為代價(jià),誤碼率能保持不變。6.3.1 削峰對(duì)系統(tǒng)性能的影響由于削峰是最為務(wù)實(shí)的降低papr的方法并且應(yīng)用于絕大多數(shù)(含蓄地講)現(xiàn)今的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中,因此我們將在這里給出削峰對(duì)于系統(tǒng)性能影響的簡(jiǎn)述。我們考慮兩種非線性類型:一個(gè)復(fù)基帶硬削波器和一個(gè)晶體管高功率放大器(hpa)模型。令這兩種模型相位不失真。我們僅考慮這兩種模型是因?yàn)槲覀兗俣ǎ魏蜗辔皇д妫╝m/pm變換),由行波管放大器引入,幾乎都可以通過(guò)一個(gè)合適的預(yù)失真器完全被去除238,239。然而對(duì)于振幅失真(am/am變換),這是不太可能的,因?yàn)橄拗菩Ч偸谴嬖?。晶體管高功率放大器的模型可以在,例如240,241中找到。非線性振幅失真可以被描述為一個(gè)非線性特性。復(fù)基帶硬削波給出 (6.3.1)其中指削波最大值。對(duì)實(shí)體狀態(tài)hpa的變化更好的描述 (6.3.2)其中參數(shù)控制由線性區(qū)到飽和區(qū)過(guò)渡的順暢程度。典型值為241。當(dāng)時(shí),(6.3.2)近似等于(6.3.1)。注意根據(jù)(6.3.1)復(fù)基帶信號(hào)的硬削波并不等于射頻信號(hào)的硬削波,看參見(jiàn)例子242。如果射頻信號(hào)被硬削波,則等效基帶非線性特性是一個(gè)光滑限制器,類似于(6.3.2)給出的hpa模型。復(fù)基帶信號(hào)硬削波的物理解釋是(6.3.2)給出的hpa加預(yù)失真設(shè)備,使得線性振幅特性達(dá)到峰值功率(例如,參見(jiàn)238)。的非線性失真在子信道之間產(chǎn)生內(nèi)調(diào)制(im)噪聲。在ofdm傳輸帶頻率之內(nèi)的內(nèi)調(diào)制(im)噪聲降低了解調(diào)器輸出的信噪比并因此增加了誤碼率。在ofdm傳輸帶頻率之外的內(nèi)調(diào)制(im)噪聲被認(rèn)為是不期望的帶外(oob)能量并可能降低相鄰信道的誤碼率傳輸,而且在典型的無(wú)線電應(yīng)用中,帶外(oob)輻射水平必須低于管理機(jī)構(gòu)規(guī)定的界限。hpa調(diào)制可以被輸入補(bǔ)償(ibo)或輸出補(bǔ)償(obo)描述。兩者數(shù)值的定義均與hpa的峰值功率有關(guān), (6.3.3)圖6.3. (a)3 db輸入補(bǔ)償?shù)慕邮諜C(jī)信號(hào)空間(8psk)(b)當(dāng)峰值削波存在3,6,8 db輸入補(bǔ)償時(shí)估算的平均功率譜密度(psd)(128個(gè)子信道;估計(jì)的100個(gè)ofdm符號(hào);由于對(duì)稱性只顯示右半部分功率譜)。其中等于(6.2.8)中的,為。因此對(duì)于給出的非線性以及給出的發(fā)送信號(hào),輸入補(bǔ)償和輸出補(bǔ)償直接相關(guān)。圖6.3將(6.3.2)中基帶硬削波的內(nèi)調(diào)制噪聲產(chǎn)生的效果形象地展示出來(lái)。圖6.3a展示了對(duì)于一8psk ofdm系統(tǒng)的調(diào)制器輸出。類噪聲干擾產(chǎn)生內(nèi)調(diào)制。同時(shí)也要注意由于峰值被削,信號(hào)功率會(huì)降低。平均下來(lái),原始信號(hào)點(diǎn)會(huì)(單位值大?。┫蛟c(diǎn)稍稍移動(dòng)243,244。圖6.3b為估算出的失真ofdm信號(hào)的功率譜密度(psd)。在不存在非線性的情況下,功率譜密度根據(jù)每個(gè)載波的譜緩慢衰減。然而在實(shí)際中,對(duì)帶外部分進(jìn)行額外的濾波而伴隨的對(duì)有用信號(hào)成分無(wú)關(guān)緊要的線性失真增加了衰減速率。由于成本考慮,這樣的濾波通常設(shè)置在hpa之前。由hpa帶來(lái)的失真會(huì)使帶外功率增加到圖6.3b所示的水平。因此,圖6.3b給出了一個(gè)相當(dāng)現(xiàn)實(shí)的對(duì)于譜展寬所帶來(lái)影響的觀點(diǎn)。相對(duì)于帶內(nèi)信號(hào)水平而言的處于傳輸帶(這里)邊緣的噪聲平均功率譜密度水平是十分重要的數(shù)值。例如,對(duì)于6 db輸入補(bǔ)償而言,這一數(shù)值僅約為32 db以下,而且衰減速率非常緩慢,這帶來(lái)了相鄰信道干擾(aci)。接下來(lái)我們對(duì)比由對(duì)ofdm削波造成的能量效率損失與恒包絡(luò)(ce)調(diào)制的能量效率損失。恒包絡(luò)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一,我們可以使平均發(fā)送能量可以等于hpa峰值功率。第二,由于沒(méi)有削峰帶來(lái)的內(nèi)調(diào)制噪聲,傳輸也沒(méi)有任何誤碼率惡化。相比而言對(duì)于一個(gè)給定的發(fā)送機(jī)峰值功率,ofdm的平均功率減小且會(huì)產(chǎn)生內(nèi)調(diào)制噪聲。發(fā)送機(jī)的補(bǔ)償必須謹(jǐn)慎選擇。一個(gè)很小的補(bǔ)償便可以達(dá)到一個(gè)較高的平均發(fā)送功率。但較大補(bǔ)償會(huì)得到較小的內(nèi)調(diào)制噪聲。我們知道明確存在一個(gè)最優(yōu)補(bǔ)償值,其全體惡化 (6.3.4)減少到最小。在這一等式表示在誤碼率給定的情況下內(nèi)調(diào)制引起的信噪比惡化。由于精確的最優(yōu)化相當(dāng)復(fù)雜,因此細(xì)節(jié)處讀者可以參考240,243。圖6.4總結(jié)了243的主要結(jié)論。具備最理想的補(bǔ)償時(shí),根據(jù)調(diào)制星座,相比于通信終端調(diào)制方案,最優(yōu)方案僅僅會(huì)惡化4-7 db。圖6.4. 對(duì)于選定的誤碼率為10-4的最優(yōu)輸入補(bǔ)償,在不同星座大小下,相比于通信終端調(diào)制的ofdm功率效率總惡化結(jié)果根據(jù)(6.3.2)得來(lái)的晶體管hpa模型的相應(yīng)值可以在240中找到。這些列出的理想基帶削波的數(shù)字大約優(yōu)于晶體管hpa的2 db。這些結(jié)論的一種解釋已經(jīng)被證明了。第一,考慮到損耗達(dá)到7 db,這里假設(shè)的通信終端調(diào)制僅是假設(shè)的并僅供參考。在實(shí)際中,通信終端調(diào)制的頻譜效率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ofdm的頻率效率。如果其頻率效率上升到,例如16-qam ofdm的效率值,那么通信終端調(diào)制效率將極為低下。6.3.2 通過(guò)削波和濾波降低papr正如前文提到的,最為明顯的降低ofdm頂峰的方法便是簡(jiǎn)單地削減以致被限定在某個(gè)要求的最大值內(nèi)。削波也可以被認(rèn)為是一個(gè)簡(jiǎn)單的papr降低方法,盡管它帶來(lái)了幾種不期望的影響。幸運(yùn)的是,在hpa之前完成削波工作是可能的,在數(shù)字領(lǐng)域中非常合意242,245。如果我們?yōu)閔pa設(shè)定一理想的預(yù)失真器,那么當(dāng)時(shí),hpa將不會(huì)引入任何附加的失真。換言之,信號(hào)頂峰不會(huì)超過(guò)hpa峰值功率極限。這一方法的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)卓越的信號(hào)處理,失真可能被控制,因?yàn)橄啾扔谳敵鲭A段,在發(fā)送機(jī)信號(hào)鏈中引入失真要容易得多。圖6.5. 削波與濾波的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖6.5描述了一個(gè)典型的結(jié)構(gòu)。常規(guī)的ofdm調(diào)制器后面是削峰設(shè)備,以及濾除帶外成分的線性濾波器。最后,上變頻器將復(fù)基帶信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)值射頻信號(hào)。線性濾波器的作用是減弱不需要的帶外噪聲。這里假設(shè)理想低通濾波器將帶外成分完全濾除。當(dāng)然,在實(shí)際中,理想低通濾波器只能被逼近。濾波對(duì)帶外噪聲的濾除導(dǎo)致一些信號(hào)頂峰的再生長(zhǎng)。cf再升高的數(shù)量可能取決于電腦仿真。我們?cè)谶@里已經(jīng)描述過(guò)對(duì)時(shí)間連續(xù)基帶信號(hào)的削波以及濾波方法,而這可能通過(guò)幾種變化實(shí)現(xiàn)。例如,削波與濾波可以應(yīng)用于中頻傳輸信號(hào)而不是基帶。在這種情況下只有實(shí)值信號(hào)需要處理。由于中頻數(shù)字濾波計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜,所以其他濾波器實(shí)現(xiàn),比如生表面波(saw)濾波器成為一種合適的解決方案。削波和濾波僅可應(yīng)用于等距抽樣而不是時(shí)間連續(xù)信號(hào)(在實(shí)際中這意味著一個(gè)有著足夠高的過(guò)采樣率的采樣信號(hào))(參見(jiàn)(6.2.10)242。這種情況下低通濾波可以被認(rèn)為是數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的部分插值過(guò)程。削波和濾波方法的結(jié)果也可以直接得到246,247。我們不使用削波以及隨后的濾波,取而代之的是將時(shí)域信號(hào)與一些大峰值到來(lái)時(shí)瞬時(shí)降低的乘法信號(hào)相乘。結(jié)果,峰值下降了。乘法信號(hào)的下降十分平滑,并可根據(jù)一些僅能導(dǎo)致小幅頻譜展寬的窗函數(shù)選擇。僅在一些峰值情況下,這種方法由于沒(méi)有額外的濾波要求會(huì)帶來(lái)更低的計(jì)算機(jī)復(fù)雜度。6.4 不失真的降低papr的限制上一節(jié)的內(nèi)容表明ofdm信號(hào)的高峰值可以以某一量級(jí)的失真,特別是增加的誤碼率和額外的帶外噪聲為代價(jià),通過(guò)削波而被降低。圖6.6. 128子信道ofdm信號(hào)的復(fù)包絡(luò)的極坐標(biāo)圖。(a)未處理的信號(hào);(b)cf在3.2 db以下的無(wú)失真降低papr后的信號(hào)我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)ofdm系統(tǒng),僅生成峰值功率相對(duì)小的波形。擁有完美預(yù)失真的hpa,其峰值功率至少等于傳輸信號(hào)的峰值功率,沒(méi)有帶外成分生成,誤碼率也不會(huì)惡化。因此,這種papr降低方法是無(wú)失真的。例如,圖6.6展示了子信道ofdm信號(hào)的極坐標(biāo)圖。(a)所示的是沒(méi)有進(jìn)行papr降低的,(b)中的信號(hào)是被處理過(guò)的(無(wú)失真),實(shí)現(xiàn)了3.2 db低cf。因此它可以被輸入補(bǔ)償僅為3.2 db的無(wú)削波的hpa傳輸。然而,使用無(wú)失真方法,papr降低只有在以(輕微的)帶寬效率降低和更高的調(diào)制和/或解調(diào)方面的計(jì)算機(jī)復(fù)雜度為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的。圖6.7. 降低papr的冗余塊編碼原則全部papr可以簡(jiǎn)單地通過(guò)不將高的papr波形用作傳輸來(lái)降低。這引出了一條papr降低的一般原則,如圖6.7中所示。符號(hào)序列導(dǎo)致的高papr不被傳輸。不希望的序列在原則上可以通過(guò)使用查找表被去除。排除序列的百分比由papr的限制和帶寬效率損耗的總量決定。單獨(dú)的ofdm符號(hào)的papr很少超過(guò)12 db(圖6.2),表明帶寬效率的降低相當(dāng)?shù)奈⑿ ?duì)于定量的例子,考慮n個(gè)子信道m(xù)psk ofdm,它最多可以提供信息比特。假定我們需要碼率以將papr限定為,即在全部個(gè)序列中,個(gè)序列的papr 將小于。根據(jù)定義,我們有 (6.4.1)其可以被改寫(xiě)為 (6.4.2)其編碼率可以通過(guò)仿真估算。圖6.8表明為限定papr而需要的碼率。對(duì)于,為了在未編碼的情況下將papr從21 db降低到7 db,我們要求碼率要能達(dá)到0.98,這表明papr可以通過(guò)少量的冗余大幅降低。不幸的是,像這樣的編碼目前還難以得到。圖6.8. 限定papr的碼率6.5 無(wú)失真降低papr的技術(shù)本節(jié)將介紹生成低papr的ofdm信號(hào)的無(wú)失真方法。在實(shí)際中,papr降低的關(guān)鍵性問(wèn)題在于計(jì)算機(jī)復(fù)雜度。原則上講,papr可以以很小的性能代價(jià)(例如帶寬效率損耗)被降低。做到這所要求的一切是那些超過(guò)papr極限的序列的表格。然而,對(duì)于大量的子信道,這個(gè)表格變得過(guò)大且不可行。因此,圖6.7(最后也包括映射)中的編碼表應(yīng)該被一種可實(shí)現(xiàn)的算法取代。無(wú)失真papr降低技術(shù)包括選擇性映射法,例如部分傳輸序列法的最優(yōu)化技術(shù)以及代數(shù)編碼技術(shù)。這幾種技術(shù)基于一個(gè)非常簡(jiǎn)單的前提:對(duì)于一個(gè)給定的數(shù)據(jù)向量,生成多個(gè)ofdm信號(hào)并選擇papr最低的信號(hào)傳輸。正式講,這中方法可以有如下定義。對(duì)于每一信息的比特字定義一個(gè)相關(guān)的信號(hào)的集合。之后選擇最低峰值功率的信號(hào)傳輸。這一非常通用的原則包含兩個(gè)不同的問(wèn)題。第一,對(duì)于每個(gè)我們都必須生成相關(guān)的信號(hào),以便為了降低最后的多載波信號(hào)的峰值功率做出選擇。第二個(gè)問(wèn)題是以合適的復(fù)雜度做出選擇。選擇最好的信號(hào)可能聽(tīng)起來(lái)很瑣碎,但是正如我們看到的,對(duì)于相關(guān)的信號(hào)的定義顯然須以相關(guān)系數(shù)序列的方式在頻域中進(jìn)行。由于通過(guò)看,在時(shí)域中的峰值功率是不可見(jiàn)的,這種選擇顯然需要多次對(duì)時(shí)域的轉(zhuǎn)化,例如調(diào)制處理。實(shí)際上,一個(gè)主要的挑戰(zhàn)在于沒(méi)有已知的簡(jiǎn)單原則可以幫助我們準(zhǔn)確地算出對(duì)應(yīng)某一特定的系數(shù)序列的峰值功率。已知的僅有一些非?;镜谋苊庾顗姆逯档脑瓌t。6.5.1 選擇性映射papr降低的基本原則對(duì)于選擇性映射(slm)非常明了。這種方法由幾位作者獨(dú)立地研究發(fā)展248,249,250。在選擇性映射中,個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的信號(hào),由相同的信息產(chǎn)生,并且選擇最低峰值功率的信號(hào)發(fā)送。圖6.9. 選擇性映射方法圖6.9為一選擇性映射(slm) ofdm系統(tǒng)。信息字通常映射到ofdm系數(shù)的向量上。從向量中,個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的系數(shù)序列來(lái)自于固定但向量統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的元素智能乘法。每一個(gè)系數(shù)序列通過(guò)傳統(tǒng)的調(diào)制轉(zhuǎn)化到時(shí)域。然后,對(duì)于每個(gè)產(chǎn)生的時(shí)域波形,峰值功率可以測(cè)得并且我們可以選擇擁有最低峰值功率的信號(hào)發(fā)送。由于峰值功率被假定是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的,則選擇最好的信號(hào)將降低papr。接收機(jī)需要知道哪一向量被發(fā)送機(jī)使用以通過(guò)分離解調(diào)器輸出的元素智能。這一信息可以作為邊緣信息在不大幅降低數(shù)據(jù)速率的條件下發(fā)送到接收端,因?yàn)閮H有比特是需要的。通常,序列的數(shù)量,必須保持得很小,因?yàn)閷?duì)于每一相應(yīng)的序列,必須生成完整的ofdm符號(hào)。當(dāng)然,最令人感興趣的事情莫過(guò)于了解共有多少個(gè)序列

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論