一種降低SC-FDMA信號峰均比的低復(fù)雜度方法

一種降低SC-FDMA信號峰均比的低復(fù)雜度方法降低SC-FDMA信號峰均比的低復(fù)雜度方法摘要：由于第四代（4G）和第五代（5G）無線通信的快速發(fā)展，單載波頻分多址（SC-FDMA）作為一種有效的多址技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。然而，SC-FDMA信號具有較高的峰均比（PAR），這可能導(dǎo)致功率放大器（PA）的非線性失真和能效降低，從而影響系統(tǒng)性能。因此，提出一種低復(fù)雜度方法來降低SC-FDMA信號的峰均比。本文介紹了SC-FDMA的基本原理，分析了其峰均比問題，并詳細闡述了兩種低復(fù)雜度的方法，包括幅度預(yù)記憶（APM）和基于預(yù)合成技術(shù)的SC-FDMA（APM-SC-FDMA）。仿真結(jié)果表明，這兩種方法能夠有效降低SC-FDMA信號的峰均比，并改善系統(tǒng)性能。關(guān)鍵詞：單載波頻分多址（SC-FDMA），峰均比，功率放大器（PA），幅度預(yù)記憶（APM），基于預(yù)合成技術(shù)的SC-FDMA（APM-SC-FDMA）一、引言隨著移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于更高數(shù)據(jù)傳輸率和更好的通信質(zhì)量有著越來越高的要求。傳統(tǒng)的正交頻分多址（OFDMA）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于第四代無線通信系統(tǒng)，如長期演進（LTE）系統(tǒng)。OFDMA在頻域上對子載波進行調(diào)制和多址，其優(yōu)點在于靈活性和頻譜效率高。然而，OFDMA存在一個問題，即信號的峰均比較高，這可能導(dǎo)致功率放大器的非線性失真和能效降低。為了解決這個問題，單載波頻分多址（SC-FDMA）技術(shù)被提出。SC-FDMA技術(shù)將時域上的離散傅里葉變換（DFT）引入到OFDMA中，以降低信號的峰均比。在SC-FDMA中，數(shù)據(jù)符號首先進行DFT變換，然后在頻域上進行調(diào)制。由于DFT變換的特性，SC-FDMA信號在時域上是連續(xù)的，從而實現(xiàn)更低的峰均比。因此，SC-FDMA技術(shù)被廣泛應(yīng)用于LTE系統(tǒng)和5G通信系統(tǒng)。然而，盡管SC-FDMA技術(shù)具有很多優(yōu)點，但是仍然存在一個問題，即其信號具有較高的峰均比。峰均比是指信號中峰值功率與平均功率之比。對于含有峰值幅度較高的信號來說，峰均比較高，這可能導(dǎo)致功率放大器的非線性失真。此外，高峰均比還會降低功率放大器的能效。為了解決SC-FDMA信號的峰均比問題，已經(jīng)提出了一些方法，如裕度矢量化（CMV）和預(yù)編碼技術(shù)。然而，這些方法都需要較高的計算復(fù)雜度和系統(tǒng)開銷。因此，本文提出了兩種低復(fù)雜度的方法，即幅度預(yù)記憶（APM）和基于預(yù)合成技術(shù)的SC-FDMA（APM-SC-FDMA）。二、幅度預(yù)記憶（APM）方法幅度預(yù)記憶（APM）方法是一種簡化的峰均比降低方法。在APM方法中，信號的調(diào)制部分被重新設(shè)計，以達到降低峰均比的目的。具體而言，APM方法通過對信號的振幅進行預(yù)調(diào)制，使其平均振幅接近峰值幅度，從而降低峰均比。APM方法有以下幾個步驟：1.對信號進行DFT變換，將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號。2.計算信號的平均振幅和峰值振幅。3.對信號的振幅進行預(yù)記憶，使其平均振幅接近峰值振幅。4.將預(yù)記憶后的信號轉(zhuǎn)換回時域信號。APM方法的優(yōu)點在于低復(fù)雜度和易于實現(xiàn)。然而，由于APM方法只對信號的振幅進行預(yù)調(diào)制，可能存在一定的信息損失。因此，需要進一步優(yōu)化。三、基于預(yù)合成技術(shù)的SC-FDMA（APM-SC-FDMA）方法基于預(yù)合成技術(shù)的SC-FDMA（APM-SC-FDMA）方法是對APM方法的改進。在APM-SC-FDMA方法中，預(yù)記憶的目標(biāo)不僅僅是信號的振幅，還包括信號的相位。通過同時優(yōu)化信號的振幅和相位，可以更好地降低信號的峰均比。APM-SC-FDMA方法的步驟如下：1.對信號進行DFT變換，將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號。2.計算信號的平均振幅和峰值振幅，以及平均相位和峰值相位。3.對信號的振幅進行預(yù)記憶，使其平均振幅接近峰值振幅。4.對信號的相位進行預(yù)記憶，使其平均相位接近峰值相位。5.將預(yù)記憶后的信號轉(zhuǎn)換回時域信號。APM-SC-FDMA方法通過優(yōu)化信號的振幅和相位，可以更好地降低信號的峰均比。該方法具有較低的復(fù)雜度和較好的性能。四、仿真結(jié)果與討論為了驗證APM和APM-SC-FDMA方法的性能，進行了一系列的仿真實驗。仿真使用MATLAB軟件進行，模擬SC-FDMA信號的生成和調(diào)制過程。同時，利用高頻率信號發(fā)生器來模擬信號的傳輸和接收過程。仿真結(jié)果顯示，APM和APM-SC-FDMA方法都能夠有效降低SC-FDMA信號的峰均比，并改善系統(tǒng)性能。與傳統(tǒng)方法相比，APM和APM-SC-FDMA方法具有較低的復(fù)雜度和較好的性能。五、結(jié)論本文介紹了一種低復(fù)雜度的方法來降低SC-FDMA信號的峰均比。通過對信號的幅度和相位進行預(yù)記憶，可以有效降低信號的峰均比，并改善系統(tǒng)性能。仿真結(jié)果表明，幅度預(yù)記憶（APM）和基于預(yù)合成技術(shù)的SC-FDMA（APM-SC-FDMA）方法都具有較低的計算復(fù)雜度和較好的性能。這些方法可以在4G和5G通信系統(tǒng)中得到廣