MC-CDMA的關鍵技術問題-基礎電子

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MC-CDMA系統(tǒng)中各個載波所傳輸的信號互相統(tǒng)計獨立，多個子載波信號疊加之后服從高斯分布，當這些信號恰好以峰值點疊加時，MC-CDMA信號就會產生的峰值，峰值平均功率比（peak-toaveragepowerratlo，PAPR）也相應比較大，隨著子載波個數的增加，PAPR的值也會線性增加，并且遠遠高于單載波系統(tǒng)。因此系統(tǒng)對于D／A、A／D和射頻前端放大器的線性范圍要求非常高。目前基站多采用甲乙類功放以提高效率，這是一種非線性功放，線性范圍受限。如果信號幅度超過A／D、D／A的線性范圍，會產生信號失真，嚴重影響系統(tǒng)性能；如果信號功率超過功放的線性范圍，會產生互調干擾和信號帶外再生，從而造成傳輸信號的頻譜擴散和非線性，同時對鄰近信道造成干擾，使得系統(tǒng)傳輸質量變壞，覆蓋范圍減小。由于此問題是OFDM技術本身的缺點之一，所以目前國內外對于降低OFDM信號的峰均功率比已經進行了許多的研究，概括起來大的方向主要采取兩種解決方案：峰平比降低技術和放大器線性化技術。放大器線性化技術是對放大器所引起的非線性進行預補償；而常用的峰平比降低技術包的技術主要可以分為三大類：限幅類技術、信號擾碼類技術和編碼類技術。其中限幅類技術是簡單、直接的降低峰平比的方法，它通過對信號進行非線性處理，使其不會超出放大器的動態(tài)變化范圍，從而有效地降低信號的峰平比。但由于這種方法會引入較大的限幅噪聲，導致整個系統(tǒng)誤碼性能的下降。針對無線LAN系統(tǒng)有一種基于限幅和濾波技術的峰平比降低調制器的解決方案。但是由于這種方法引入了比較大的非線性失真，所以現在已經基本失去研究意義。

編碼類技術的基本原理是利用編碼方法產生峰平比較小的符號，但是可供使用的編碼圖樣非常少，特別是當子載波數量N較大時，編碼效率會非常低，而且對星座種類有限制，因而具有一定的局限性。在對這類技術的研究中，有利用格雷互補碼來降低峰平比的方法。除此之外，還有自適應選擇擴頻碼的方法來降低PAPR，但是選擇的依據只僅僅依據擴頻碼系列的自相關函數的旁瓣值大小來選擇，沒有考慮互相關函數和多址干擾等因素，具有很大的局限性。在此基礎上，可以通過對降低PAPR問題進行了系統(tǒng)詳細的理論分析，得出多載波CDMA的發(fā)射信號要求有三個典型的性質：低信號包絡動態(tài)范圍（對應D／A、A／D的線性要求）、低峰平功率It（對應功率放大器的線性要求）、低頻域互干擾（對應抑制MAT的要求）。并且，經過理論推導和分析后得出：系統(tǒng)發(fā)射信號的峰值因子上限由所采用的擴頻序列的離散傅里葉變換的峰值決定；系統(tǒng)發(fā)射信號的峰平比由用戶偽隨機地址碼序列的自相關函數和各用戶偽隨機地址碼序列的互相關函數決定；譜相關函數的幅值決定了系統(tǒng)多址干擾（MAT）的大小。提出了利用改進的格雷互補碼來降低MCCDMA系統(tǒng)的峰平比的方法，綜合效果比格雷互補碼更好。

信號擾碼技術著眼于降低高PAPR出現的概率，選擇PAPR的信號發(fā)送，這種方法不受子載波數及星座種類的限制，但是需要傳送附加信息位，頻帶利用率低而且需要高的計算復雜度和硬件實現。目前此技術中對選擇性映射（selec-tlvemapplng，SLM）和部分傳輸序列（partialtransmltsequences，PTS）這兩種方法研究的較多。SLM方法計算復雜度較高，改進的方法通過IFFT分級變換將相位矢量加權在IFFT變換的中間級，從而降低了SLM方法的計算復雜度。通過仿真驗證了改進的SLM方法在降低計算復雜度的同時幾乎不損失系統(tǒng)的PAPR性能。針對降低PTS方法復雜度的次優(yōu)化迭代算法進行了分析和仿真，并對次優(yōu)化迭代算法提出了改進，通過擴大相位矢量的搜索范圍優(yōu)化了次優(yōu)化迭代算法的PAPR性能。通過仿真和復雜度比較驗證了改進的次優(yōu)化算法可以在降低PTS方法復雜度的基礎上獲得很好的PAPR性能。

綜合考慮各種MCCDMA中降低峰平比的方法，可以得出：如果選用Golay互補碼作為擴頻碼，系統(tǒng)的PAPR為；如果選用正交Gold碼或者Golay互補碼作為擴頻碼，系統(tǒng)的PAPR基本不隨用戶數的變化而改變。把SLM方法引入MCCDMA系統(tǒng)，推導了使用SLM的MCCDMA系統(tǒng)PAPR的上邊界。通過計算仿真，比較了有無SLM的MC＝CDMA系統(tǒng)PAPR特性，研究了SLM中的不同相位序列對PAPR分布以及PAPR和用戶數之間關系特性的影響。仿真結果表明，SLM對于MCCDMA系統(tǒng)PAPR具