第5章 MIMO-OFDM系统峰值平均功率比

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1、5.2峰值平均功率比（PAPR）的定义及分布第5章MIMO-OFDM系统峰值平均功率比5.1引言5.2.1OFDM信号峰平比定义OFDM符号PAPR的定义为2峰平比问题是多载波调制（MCM）中一个普遍存在的问题。max{x(t)}PAPR=10log(dB)10{2}Ex(t)在某个时刻，若多个载波以同一个方向进行累加时，就x(t)表示OFDM符号。会产生很大的峰值，从而要求功率放大器具有很大的线性区域。否则，当信号峰值进入放大器的非线性区域时，就会使离散OFDM符号的PAPR可表示为信号产生畸

2、变，从而产生子载波间的互调干扰和带外辐射，2max{}xnPAPR=10logn()dB破坏子载波间的正交性，降低系统性能。102Ex{}n由于MIMO-OFDM系统的本质上的多载波结构，所以也存x代表经过IFFT运算之后所得到的输出信号，即离n在PAPR问题。散的OFDM符号。对于包含N个子信道的OFDM系统5.2.2峰值平均功率比的测量PAPR=10logN()dB10例如，N=256时，OFDM系统的PAPR=24dB。当然，这是一种非常极端的情况，OFDM系统内的PAPR通常不会达到这一

3、数值。另一种描述信号包络变化的参数是峰值参数（CrestFactor，CF），CF被定义为信号的最大值与均方根值之比，即OFDM信号的PAPRmax[x]CF=n由于OFDM信号是一个随机信号，所以PAPR是一个随机信E[xn]号。通常采用累积分布函数（CDF)和互补累积分布函数(CCDF)CF=PAPR来衡量信号PAPR的分布情况。CCDF=1-CDFN-11j2pkt/T复OFDM基带符号x(t)=åXke假设OFDM符号周期内每个采样值之间都是不相关的，则Nk=0OFDM符号周期内的N个采

4、样值中每个采样值的PAPR都小于根据中心极限定理，只要子载波的个数N足够大，就可以认门限值z的概率分布应该是为x(t)的实部和虚部的样点服从均值为0、方差为1/2的高斯分N-zN布(实部和虚部各占整个信号功率的一半)。由此可知，OFDMp(PAPR£z)=[F(ze)]=-(1)power符号的幅值r服从瑞利分布，其概率密度函数为-r2通常还可以从另一个角度来衡量OFDM系统的PAPR分p(r)2=re布，即计算PAPR超过某一门限值z的概率，得到互补累积分其功率分布服从p()ye=-y布函数C

5、CDF为powerN-zN由此可以计算出其累积分布函数CDF为p(PAPR>z)=1-[Fpower(ze)]=1--(1)z--yzp(power£z)=F(z)1=edye=-powerò01PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn5.2.3过采样对OFDM信号峰平比的影响5.2.4信号峰平比对系统设计的影响什么是过采样?1.8理想值1.6p=2为什么要进行过采样?p=31.4p=10如何实现过采样?1.21当在时域或频域内对序列后面补充N个零

6、时，相应地就在频域0.8或时域进行2倍的过采样。当在时域或频域内对序列后面补充2N0.60.4个零时，相应地就在频域或时域进行3倍的过采样，以此类推。0.20仿真中通过如下方式实现00.20.40.60.811.21.41.61.8a,a,×××,a,0,0,×××,0，aa,,×××非线性功率放大器的输入输出示意图01N/2--114243NN/213N个大峰平比对系统的影响是：N个子载波的OFDM系统倍a过采样信号PAPR的CCDF为（1）发射机的功率放大器需要一个大的线性范围。P{PAPR

7、>z}=1-P{PAPR£ze}=1--(1)-zKa（2）D/A转换器和A/D转换器需要一个宽的动态范围。5.3OFDM系统降低PAPR技术5.3.1信号预畸变方法限幅类技术1.限幅法信号预畸变技术压缩扩张变换分组编码法编码类技术格雷补码序列降低PAPR技术雷德密勒码选择映射方法（SLM）部分序列传输方法（PTS）概率类技术TR技术TI技术对OFDM符号进行时域加窗ACE技术限幅法的缺点：（2）导致OFDM系统的SER性能降低（1）OFDM信号的非线性畸变会导致带外辐射功率值增加32子载波OF

8、DM信号峰值加窗后的功率谱比较限幅门限为信号幅度均方根值上3dB限幅对OFDM系统SER的影响2PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn2.压缩扩张变换利用压缩扩展变换的OFDM系统中，m=1和m=3时，具有压缩扩张器的OFDM系统基带结构框图PAPR的CCDF示意图QPSK调制N=1284倍过采样5.3.2概率类技术SLM-OFDM系统发送端工作原理：1.选择性映射方法（SLM）假设存在M个不同的、长度为N的随机相位序列矢量P(1)(m)(m)(