降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)峰均功率比算法的研究

降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)峰均功率比算法的研究大慶油田由于油氣田眾多，分布地域廣，面臨著外圍油田人員短缺、工作環(huán)境艱苦、開發(fā)成本高，老區(qū)油田面臨著產(chǎn)能建設(shè)規(guī)模大、新增用工壓力加大，安全環(huán)保手段亟待提升等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。2010年，油田公司要求完善信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、過(guò)程自動(dòng)控制、故障自動(dòng)預(yù)警、場(chǎng)景視頻監(jiān)控，打造“數(shù)字油田”，目前，已經(jīng)完成了對(duì)大慶老區(qū)、外圍和高寒地區(qū)開展數(shù)字化技術(shù)和應(yīng)用研究，并取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，適合推廣應(yīng)用于大慶所有采油廠，但目前有線的信息傳輸方式無(wú)論是從信息傳輸速率還是帶寬方面都無(wú)法滿足全面推廣數(shù)字化油田的需求，而4G移動(dòng)通信系統(tǒng)以傳輸速度快，實(shí)時(shí)性好和帶寬寬而著稱，能夠很好的滿足大慶進(jìn)行數(shù)字化油田建設(shè)的需求，其核心技術(shù)是正交頻分復(fù)用(OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技術(shù)。OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，由于具有抗多徑干擾能力強(qiáng)和頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于DVB（數(shù)字視頻廣播）、DAB(數(shù)字音頻廣播)、WLAN(無(wú)線局域網(wǎng))等領(lǐng)域。然而，OFDM系統(tǒng)中一個(gè)最主要的瓶頸在于系統(tǒng)中OFDM信號(hào)的峰均功率比(PAPR,PeaktoAveragePowerRatio)很大，這就要求系統(tǒng)中相應(yīng)的如功率放大器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器等器件要有足夠大的線性動(dòng)態(tài)范圍（否則可能會(huì)導(dǎo)致這些器件的低效率和整個(gè)系統(tǒng)的性能下降），一旦這些部件的線性動(dòng)態(tài)范圍不能達(dá)到要求，就會(huì)引起信號(hào)的削波失真，致使整個(gè)系統(tǒng)通信質(zhì)量下降，因此必須采用一定的技術(shù)降低OFDM系統(tǒng)的峰均功率比，提高OFDM系統(tǒng)的整體性能。針對(duì)上述問(wèn)題，本文重點(diǎn)就如何能夠有效的降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的算法進(jìn)行了研究。首先，論文就限幅濾波法、壓縮擴(kuò)展變換法和矩陣變換法等信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的研究。針對(duì)限幅濾波算法，就限幅率與系統(tǒng)PAPR的降低效果之間的關(guān)系進(jìn)行分析，研究表明提高整個(gè)系統(tǒng)的PAPR性能和降低系統(tǒng)誤碼率的性能是相互矛盾的，因此必須進(jìn)行綜合考慮。針對(duì)傳統(tǒng)的壓縮擴(kuò)展變換法，提出迭代次數(shù)μ為3的壓擴(kuò)變換，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)PAPR和誤碼率性能的仿真，與傳統(tǒng)的壓擴(kuò)變換相比，在其BER基本不變的情況下，明顯的降低了OFDM信號(hào)的PAPR，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了抑制OFDM系統(tǒng)的高PAPR。根據(jù)PAPR的產(chǎn)生原因，發(fā)現(xiàn)通過(guò)矩陣變換能夠降低數(shù)據(jù)序列非周期自相關(guān)性，通過(guò)尋求相應(yīng)的變換矩陣進(jìn)行變換的方法，從而達(dá)到降低系統(tǒng)的PAPR值的效果。通過(guò)仿真表明，矩陣變換法能夠在不改變系統(tǒng)誤碼率的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)PAPR值的降低。其次，詳細(xì)研究信號(hào)擾碼技術(shù)中兩種典型的降低系統(tǒng)峰均功率比的方法：選擇性映射法（SLM,SelectedMapping）和部分傳輸序列法（PTS,PartialTransmitSequence）。針對(duì)傳統(tǒng)的SLM方法計(jì)算量大的問(wèn)題，提出了選取統(tǒng)計(jì)獨(dú)立向量數(shù)U=4和利用矩陣變換替換部分IFFT變換的改進(jìn)的SLM方法，通過(guò)仿真驗(yàn)證該改進(jìn)的SLM方法可以在減小計(jì)算量但又不增加系統(tǒng)誤碼率的情況下改善系統(tǒng)的PAPR性能。通過(guò)對(duì)PTS方法的研究，提出了選用迭代優(yōu)化算法尋求加權(quán)系數(shù)，采用載波數(shù)K=128、子塊分割數(shù)V=8和采用降低效果也比較好且性能也比較穩(wěn)定的相鄰分割的改進(jìn)的PTS方法，仿真結(jié)果表明，改進(jìn)的PTS方法能夠在不改變系統(tǒng)誤碼率的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)PAPR值的降低。最后，論文提出基于以上幾種算法的組合算法來(lái)降低OFDM系統(tǒng)中的峰均功率比PAPR。首先提出了矩陣變換法與改進(jìn)的PTS和矩陣變換法與改進(jìn)的SLM相結(jié)合的組合算法，這種算法是通過(guò)利用變換矩陣來(lái)改善數(shù)據(jù)的非周期自相關(guān)性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)PAPR值的降低，這種算法能在保證誤碼率的前提下降低系統(tǒng)的PAPR，但這種算法的計(jì)算量會(huì)增大。其次，根據(jù)限幅法和改進(jìn)的PTS與改進(jìn)的SLM方法性能互補(bǔ)的特性，提出了限幅法與改進(jìn)的PTS的組合算法和限幅法與改進(jìn)的SLM的組合算法，研究其級(jí)聯(lián)次序，找到組合算法的最佳級(jí)聯(lián)順序，對(duì)組合算法的PAPR性能和誤碼率性能進(jìn)行仿真，驗(yàn)證限幅法與改進(jìn)的PTS和改進(jìn)的SLM的組合算法對(duì)降低系統(tǒng)峰均功率比的可行性和有效性。隨后，根據(jù)壓縮