【LTE基础知识】OFDM的降峰均比技术

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    除了对频率偏差敏感之外,OFDM系统的另一个主要缺点就是峰值功率与平均功率比,简称峰均比(PAPR)过高的问题。即与单载波系统相比,由于OFDM符号是由多个独立的经过调制的 信号相加而成的,这样的合成信号就有可能产生比较大的峰值功率,由此会带来较大的峰值平均功率比。

    信号预畸变技术是最简单最直接的降低系统内峰均比的方法。在信号被送到放大器之前,首先经过非线性处理,对有较大峰值功率的信号进行预畸变,使其不会超出放大器的动态变化范围,从而避免降低较大的PAPR的出现。最常用的信号预畸变技术包括限幅和压缩扩张方法。

限幅方法

    信号经过非线性部件之前进行限幅,就可以使得峰值信号低于所期望的最大电平值。尽管限幅非常简单,但是它也会为OFDM系统带来相关的问题。首先,对OFDM符号幅度进行畸变,会对系统造成自身干扰,从而导致系统的BER性能降低。其次,OFDM信号的非线性畸变会导致带外辐射功率值的增加,其原因在于限幅操作可以被认为是OFDM采样符号与矩形窗函数相乘,如果OFDM信号的幅值小于门限值时,则该矩形窗函数的幅值为1;而如果信号幅值需要被限幅时,则该矩形窗函数的幅值应该小于1。根据时域相乘等效于频域卷积的原理,经过限幅的OFDM符号频谱等于原始OFDM符号频谱与窗函数频谱的卷积,因此其带外频谱特性主要由两者之间频谱带宽较大的信号来决定,也就是矩形窗函数的频谱来决定。

    为了克服矩形窗函数所造成的带外辐射过大的问题,可以利用其他的非矩形窗函数,如下图所示:

    总之,选择窗函数的原则就是:其频谱特性比较好,而且也不能在时域内过长,避免对更多个时域采样信号造成影响。

压缩扩张方法

    除了限幅方法之外,还有一种信号预畸变方法就是对信号实施压缩扩张。在传统的扩张方法中,需要把幅度比较小的符号进行放大,而大幅度信号保持不变,一方面增加了系统的平均发射功率,另一方面使得符号的功率值更加接近功率放大器的非线性变化区域,容易造成信号的失真。

    因此给出一种改进的压缩扩张变换方法。在这种方法中,把大功率发射信号压缩,而把小功率信号进行放大,从而可以使得发射信号的平均功率相对保持不变。这样不但可以减小系统的PAPR,而且还可以使得小功率信号抗干扰的能力有所增强。μ律压缩扩张方法可以用于这种方法中,在发射端对信号实施压缩扩张操作,而在接收端要实施逆操作,恢复原始数据信号。压缩扩张变化的OFDM系统基带简图如下所示:



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