OFDM移动通信技术PAPR.ppt

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1、OFDM移动通信技术（第三章 OFDM峰均功率比 ）第三章 OFDM峰均功率比o3-1 OFDM PAPRo3-2 OFDM PAPR的影响o3-3 OFDM PAPR的抑制)(Re2tfjlcets)(2cos)()( ttftatsc已调信号信号包络o信号振幅随时间的变化复包络（complex envelope）（envelope ）包络)2cos()( tfAtcc载波信号)()()(tjletatscf3o峰值平均功率比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）o峰值系数（Crest Factor，CF）信号包络,|)(|)(|max)(2122TTttsEt

2、stsPAPR，,|)(|)(max)(212TTttsEtstsCF，)()(tsPAPRtsCF的变化程度4o立方量度（Cubic Metric，CM）n放大增益的三次方非线性分量是产生邻道泄漏比的主要原因n比PAPR更直接地表征功放效率的降低/功率退化信号包络dBrefnormvkbpsrefnormvnormvrefnormvnormvrefnormvnormvCM52. 1_10log20_10log2085. 1185. 1_10log20_10log20的3333）平均值（：参考信号电压波形的平均值：输入信号电压波形的定义： AMP 12.23GPP的变化程度5单载波PAPRo例

3、：BPSK信号1| )(| )(|max)(2222,21AAtsEtstsPAPRTTt6OFDM PAPR, 0)(210stfjNnnTtedtsno多个子载波信号叠加使OFDM PAPR可能很大7OFDM PAPR |max| )(| )(|max)(221,022,0kkNkkTtsEssPAPRtsEtstsPAPRs1, 1 , 0, 0)(102210NkedsTtedtsNnkNnjnkstfjNnnn |maxlog10| )(| )(|maxlog10)(221, 01022, 010kkNkkdBTtdBsEssPAPRtsEtstsPAPRs模拟数字8OFDM PAP

4、R足够大）（中心极限定理，分布的中心自由度为功率瑞利分布幅度）复高斯分布（高斯分布高斯分布N 2 2cos2sin2sin2cos21010102tributionussian Discomplex GakNnbkNnajkNnbkNnaedsNnnnNnnnNnkNnjnk 统计特性1, 1 , 0102NkedsNnkNnjnk数字nnnjbad |max221,0kkNkksEssPAPRkNnjkNnekNnj2sin2cos29zsPAPRezk1)(CDF,xsexpk)(PDFQPSK：）信号幅度（NzNPAPRez)1 (1)(CCDF,o累计分布函数（Cumulative D

5、istribution Function）o互补累计分布函数（Complementary CDF）02468101200.10.20.30.40.50.60.70.80.91CCDFPAPR(dB)N=16 32 64 128 256 )(CDFzPAPRPzPAPR)(CCDFzPAPRPzPAPRzxdxxpzxPz)()(CDF)(CDF1)(CCDFzxPzzxxOFDM PAPR的 统计特性11第三章 OFDM峰均功率比o3-1 OFDM PAPRo3-2 OFDM PAPR的影响对实现系统的要求不能满足时的问题02468101200.10.20.30.40.50.60.70.80.

6、91CCDFPAPR(dB)N=16 32 64 128 256 12OFDM收发机：基带和射频子系统13 基带o字长（word-length）n数字信号路径上所有器件n精度/量化噪声o线性动态范围nD/A和A/Dn非线性失真14 射频o功率放大器（Power Amplifier）n由输入交流信号控制，把电源直流功率转换成交流功率15o分类nA类、B类、C类o转换效率o非线性失真nAM/AMnAM/PMn交叉调制功率放大器%100DCoPP 16o“强制”线性：A类o高PAPR的要求n大线性动态范围o小线性动态范围的问题n带内：失真、交调n带外：辐射OFDM和PAICI17功率回退o简单、易实

7、现o成本增加o浪费电源功率n移动终端电池寿命02468101200.10.20.30.40.50.60.70.80.91CCDFPAPR(dB)N=16 32 64 128 256 非常大的信号出现概率很小18第三章 OFDM峰均功率比o3-1 OFDM PAPRo3-2 OFDM PAPR的影响o3-3 OFDM PAPR的抑制PAPR reductionoswitching null subcarriers and data-subcarriers nnull/virtual/unused/ unmodulated subcarriersnmay be used simultaneousl

8、y with any constellation-modifying PAPR-reduction scheme, such as active constellation extension, constellation shaping, partial transmit sequences (PTS), selective mapping (SLM), tone injection, trellis shaping.1920 预失真o原理n提前对功率大于门限的信号进行（非线性）畸变o类型n限幅/削波n压扩变换21限幅（Clipping）AaeAAassLkjkkkk,)(o不可逆的非线性失

9、真n带内：破坏子载波正交性n带外：辐射干扰kjkkeas22压扩变换o原理n大信号压缩n小信号扩张o优点n减小PAPRn小信号抗干扰能力增强23例|1ln|)1ln()(xVxxVxC1)1ln(|exp|)(1VyyyVyC245101520253000.20.40.60.811.21.41.61.82nonu=1u=3u=5不同压扩系数25变换和逆变换10203040506000.511.522.53nonu=3, Cu=3, C-1N=64 26 编码类o原理n限制传输信号集合n避免传输峰值功率大的码字分布的中心自由度为功率瑞利分布幅度高斯分布，零均值虚部高斯分布，零均值实部221010

10、2cos2sin2sin2cosNnnnNnnnkkNnbkNnajkNnbkNnas27例：BPSK调制，N=4302)(ntfjnnedts包络功率power envolope)()()(*tststsP1 , 1,3210nddddd 码字d284载波信号所有可能码字的包络功率 d0d1d2d30-1-1-1-111-1-1-12-11-1-1311-1-14-1-11-151-11-16-111-17111-18-1-1-1191-1-1110-11-111111-1112-1-111131-11114-1111151111峰值包络功率（PEP）d0d1d2d30-1-1-1-111-

11、1-1-12-11-1-1311-1-14-1-11-151-11-16-111-17111-18-1-1-1191-1-1110-11-111111-1112-1-111131-11114-1111151111PEP(W)PAPR(dB)16.006.027.072.487.072.489.453.737.072.4816.006.029.453.737.072.487.072.489.453.7316.006.027.072.489.453.737.072.487.072.4816.006.02PEP(W)PAPR(dB)16.006.027.072.487.072.489.453.737

12、.072.4816.006.029.453.737.072.487.072.489.453.7316.006.027.072.489.453.737.072.487.072.4816.006.02PEP(W)PAPR(dB)16.006.027.072.487.072.489.453.737.072.4816.006.029.453.737.072.487.072.489.453.7316.006.027.072.489.453.737.072.487.072.4816.006.0229实现结构d0d1d2d31- 1-1-1-11-1-1-1-11-1111-1-1-1-1111-111-1

13、11-1111d0d1d2c0c1c2c31- 1-1-1-11-1-1-1-11-1111-1-1-1-1111-111-111-111130四载波3/4编码和三载波信号的包络功率 31编码类方法的优点o优点n非线性失真减小n有些编码方式能提供一定的差错保护o缺点n降低传输效率n过于侧重PAPR性能，码组不一定具备数学关系n只适用于子载波数目较小且星座图尺寸较小的情况和缺点32 概率类o原理通过线性变换改变信号，减少甚至避免大峰值n选择性映射（SeLected Mapping，SLM）n部分传输序列（Partial Transmit Sequences，PTS）dAY33o用Q个统计独立的向

14、量表示相同的信息，选择其中时域符号具有最小PAPR值的一路用于传输21| )(|maxminargdAAqQqIFFT,.,110Ndddd1,.,1 , 0,.,2 , 1)2 , 0,NnQqeAnqjnqnq1,1 ,0,NqqqqAAAAdAY选择性映射（SLM）o降低实现复杂度2/3 , 2/, 0, 1,nqnqjA)2 , 0,nqjnqnqeA34部分传输序列（PTS）o将待传输数据分组o每组进行N点IFFT得时域信号o每支路与一个独立的旋转因子相乘n（选择的旋转因子组合使OFDM信号PAPR最小）35部分传输序列（PTS） YddxyNVvvvNVvvNvVvvvIFFTAI

15、FFTIFFTAA111VveAvjvv,.,2 , 1)2 , 0 21,.,21|maxminarg,.,21VvvvAAAVAAAAVxAdAY36o分组方法o分组数目nPAPR性能随组数增大而改善o因子取值范围方法方法性能性能相邻最差交织中随机最好影响PTS性能的因素 vvAA)2 , 037概率类方法的优点和缺点o优点n非线性失真减小n（与预失真方法相比）是线性变换n（与编码方法相比）资源效率较高o缺点n复杂度高38小结o3-1 OFDM PAPRn定义n统计特性o3-2 OFDM PAPR的影响n大线性动态范围数字域字长和PAn非线性失真、ICI、带外辐射、量化噪声o3-3 OFDM PAPR的抑制n预失真（限幅、压扩变换）n编码类（分组编码）n概率类（SLM、PTS）优点缺点预失真类简单非线性编码类线性复杂度较高，适用于小N概率类线性复杂度高