OFDM移動通信技術(shù)(3)PAPR

1、OFDM移動通信技術(shù)（第三章 OFDM峰均功率比 ）課件：課件：ofdm_，PW:ofdm123456現(xiàn)代通信研究所 陳 霞SY913，Tel.:87270，Email: 第三章 OFDM峰均功率比o3-1 OFDM PAPRo3-2 OFDM PAPR的影響o3-3 OFDM PAPR的抑制)(Re2tfjlcets)(2cos)()( ttftatsc已調(diào)信號信號包絡(luò)o信號振幅隨時間的變化復(fù)包絡(luò)（complex envelope）（envelope ）包絡(luò))2cos()( tfAtcc載波信號)()()(tjletatscf3o峰值平均功率比（Peak-to-Average Power R

2、atio，PAPR）o峰值系數(shù)（Crest Factor，CF）信號包絡(luò),|)(|)(|max)(2122TTttsEtstsPAPR，,|)(|)(max)(212TTttsEtstsCF，)()(tsPAPRtsCF的變化程度4o立方量度（Cubic Metric，CM）n放大增益的三次方非線性分量是產(chǎn)生鄰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/功率退化信號包絡(luò)dBrefnormvkbpsrefnormvnormvrefnormvnormvrefnormvnormvCM52. 1_10log20_10log2085. 1185. 1_10log20_10log20的333

3、3）平均值（：參考信號電壓波形的平均值：輸入信號電壓波形的定義： AMP 12.23GPP的變化程度5單載波PAPRo例：BPSK信號1| )(| )(|max)(2222,21AAtsEtstsPAPRTTt6OFDM PAPR, 0)(210stfjNnnTtedtsno多個子載波信號疊加使OFDM PAPR可能很大7OFDM PAPR |max| )(| )(|max)(221,022,0kkNkkTtsEssPAPRtsEtstsPAPRs1, 1 , 0, 0)(102210NkedsTtedtsNnkNnjnkstfjNnnn |maxlog10| )(| )(|maxlog10)

4、(221, 01022, 010kkNkkdBTtdBsEssPAPRtsEtstsPAPRs模擬數(shù)字8OFDM PAPR足夠大）（中心極限定理，分布的中心自由度為功率瑞利分布幅度）復(fù)高斯分布（高斯分布高斯分布N 2 2cos2sin2sin2cos21010102tributionussian Discomplex GakNnbkNnajkNnbkNnaedsNnnnNnnnNnkNnjnk 統(tǒng)計特性1, 1 , 0102NkedsNnkNnjnk數(shù)字nnnjbad |max221,0kkNkksEssPAPRkNnjkNnekNnj2sin2cos29zsPAPRezk1)(CDF,xse

5、xpk)(PDFQPSK：）信號幅度（NzNPAPRez)1 (1)(CCDF,o累計分布函數(shù)（Cumulative Distribution Function）o互補(bǔ)累計分布函數(shù)（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 統(tǒng)計特性11第三章 OFDM峰均功率比o3-1 OFDM PAPRo3-2 OFDM

6、 PAPR的影響對實現(xiàn)系統(tǒng)的要求不能滿足時的問題02468101200.10.20.30.40.50.60.70.80.91CCDFPAPR(dB)N=16 32 64 128 256 12OFDM收發(fā)機(jī)：基帶和射頻子系統(tǒng)13 基帶o字長（word-length）n數(shù)字信號路徑上所有器件n精度/量化噪聲o線性動態(tài)范圍nD/A和A/Dn非線性失真14 射頻o功率放大器（Power Amplifier）n由輸入交流信號控制，把電源直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率15o分類nA類、B類、C類o轉(zhuǎn)換效率o非線性失真nAM/AMnAM/PMn交叉調(diào)制功率放大器%100DCoPP 16o“強(qiáng)制”線性：A類o高PAP

7、R的要求n大線性動態(tài)范圍o小線性動態(tài)范圍的問題n帶內(nèi)：失真、交調(diào)n帶外：輻射OFDM和PAICI17功率回退o簡單、易實現(xiàn)o成本增加o浪費(fèi)電源功率n移動終端電池壽命02468101200.10.20.30.40.50.60.70.80.91CCDFPAPR(dB)N=16 32 64 128 256 非常大的信號出現(xiàn)概率很小18第三章 OFDM峰均功率比o3-1 OFDM PAPRo3-2 OFDM PAPR的影響o3-3 OFDM PAPR的抑制PAPR reductionoswitching null subcarriers and data-subcarriers nnull/virtu

8、al/unused/ unmodulated subcarriersnmay be used simultaneously 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 預(yù)失真o原理n提前對功率大于門限的信號進(jìn)行（非

9、線性）畸變o類型n限幅/削波n壓擴(kuò)變換21限幅（Clipping）AaeAAassLkjkkkk,)(o不可逆的非線性失真n帶內(nèi)：破壞子載波正交性n帶外：輻射干擾kjkkeas22壓擴(kuò)變換o原理n大信號壓縮n小信號擴(kuò)張o優(yōu)點n減小PAPRn小信號抗干擾能力增強(qiáng)23例|1ln|)1ln()(xVxxVxC1)1ln(|exp|)(1VyyyVyC245101520253000.20.40.60.811.21.41.61.82nonu=1u=3u=5不同壓擴(kuò)系數(shù)25變換和逆變換10203040506000.511.522.53nonu=3, Cu=3, C-1N=64 26 編碼類o原理n限制傳輸

10、信號集合n避免傳輸峰值功率大的碼字分布的中心自由度為功率瑞利分布幅度高斯分布，零均值虛部高斯分布，零均值實部2210102cos2sin2sin2cosNnnnNnnnkkNnbkNnajkNnbkNnas27例：BPSK調(diào)制，N=4302)(ntfjnnedts包絡(luò)功率power envolope)()()(*tststsP1 , 1,3210nddddd 碼字d284載波信號所有可能碼字的包絡(luò)功率 d0d1d2d30-1-1-1-111-1-1-12-11-1-1311-1-14-1-11-151-11-16-111-17111-18-1-1-1191-1-1110-11-111111-1

11、112-1-111131-11114-1111151111峰值包絡(luò)功率（PEP）d0d1d2d30-1-1-1-111-1-1-12-11-1-1311-1-14-1-11-151-11-16-111-17111-18-1-1-1191-1-1110-11-111111-1112-1-111131-11114-1111151111PEP(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

12、.4816.006.02PEP(W)PAPR(dB)16.006.027.072.487.072.489.453.737.072.4816.006.029.453.737.072.487.072.489.453.7316.006.027.072.489.453.737.072.487.072.4816.006.02PEP(W)PAPR(dB)16.006.027.072.487.072.489.453.737.072.4816.006.029.453.737.072.487.072.489.453.7316.006.027.072.489.453.737.072.487.072.4816.00

13、6.0229實現(xiàn)結(jié)構(gòu)d0d1d2d31- 1-1-1-11-1-1-1-11-1111-1-1-1-1111-111-111-1111d0d1d2c0c1c2c31- 1-1-1-11-1-1-1-11-1111-1-1-1-1111-111-111-111130四載波3/4編碼和三載波信號的包絡(luò)功率 31編碼類方法的優(yōu)點o優(yōu)點n非線性失真減小n有些編碼方式能提供一定的差錯保護(hù)o缺點n降低傳輸效率n過于側(cè)重PAPR性能，碼組不一定具備數(shù)學(xué)關(guān)系n只適用于子載波數(shù)目較小且星座圖尺寸較小的情況和缺點32 概率類o原理通過線性變換改變信號，減少甚至避免大峰值n選擇性映射（SeLected Mappin

14、g，SLM）n部分傳輸序列（Partial Transmit Sequences，PTS）dAY33o用Q個統(tǒng)計獨(dú)立的向量表示相同的信息，選擇其中時域符號具有最小PAPR值的一路用于傳輸21| )(|maxminargdAAqQqIFFT,.,110Ndddd1,.,1 , 0,.,2 , 1)2 , 0,NnQqeAnqjnqnq1,1 ,0,NqqqqAAAAdAY選擇性映射（SLM）o降低實現(xiàn)復(fù)雜度2/3 , 2/, 0, 1,nqnqjA)2 , 0,nqjnqnqeA34部分傳輸序列（PTS）o將待傳輸數(shù)據(jù)分組o每組進(jìn)行N點IFFT得時域信號o每支路與一個獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)因子相乘n（選擇的旋轉(zhuǎn)因子組合使OFDM信號PAPR最?。?5部分傳輸序列（PTS） YddxyNVvvvNVvvNvVvvvIFFTAIFFTIFFTAA111VveAvjvv,.,2 , 1)2 , 0 21,.,21|maxminarg,.,21VvvvAAAVAAAAVxAdAY36o分組方法o分組數(shù)目nPAPR性能隨組數(shù)增大而改善o因子取值范圍方法方法性能性能相鄰最差交織中隨機(jī)最好影響PTS性能的因素 vvAA)2 , 037