【LTE基礎(chǔ)知識】OFDM的降峰均比技術(shù)

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    除了對頻率偏差敏感之外,OFDM系統(tǒng)的另一個主要缺點就是峰值功率與平均功率比,簡稱峰均比(PAPR)過高的問題。即與單載波系統(tǒng)相比,由于OFDM符號是由多個獨立的經(jīng)過調(diào)制的 信號相加而成的,這樣的合成信號就有可能產(chǎn)生比較大的峰值功率,由此會帶來較大的峰值平均功率比。

    信號預(yù)畸變技術(shù)是最簡單最直接的降低系統(tǒng)內(nèi)峰均比的方法。在信號被送到放大器之前,首先經(jīng)過非線性處理,對有較大峰值功率的信號進行預(yù)畸變,使其不會超出放大器的動態(tài)變化范圍,從而避免降低較大的PAPR的出現(xiàn)。最常用的信號預(yù)畸變技術(shù)包括限幅和壓縮擴張方法。

限幅方法

    信號經(jīng)過非線性部件之前進行限幅,就可以使得峰值信號低于所期望的最大電平值。盡管限幅非常簡單,但是它也會為OFDM系統(tǒng)帶來相關(guān)的問題。首先,對OFDM符號幅度進行畸變,會對系統(tǒng)造成自身干擾,從而導(dǎo)致系統(tǒng)的BER性能降低。其次,OFDM信號的非線性畸變會導(dǎo)致帶外輻射功率值的增加,其原因在于限幅操作可以被認為是OFDM采樣符號與矩形窗函數(shù)相乘,如果OFDM信號的幅值小于門限值時,則該矩形窗函數(shù)的幅值為1;而如果信號幅值需要被限幅時,則該矩形窗函數(shù)的幅值應(yīng)該小于1。根據(jù)時域相乘等效于頻域卷積的原理,經(jīng)過限幅的OFDM符號頻譜等于原始OFDM符號頻譜與窗函數(shù)頻譜的卷積,因此其帶外頻譜特性主要由兩者之間頻譜帶寬較大的信號來決定,也就是矩形窗函數(shù)的頻譜來決定。

    為了克服矩形窗函數(shù)所造成的帶外輻射過大的問題,可以利用其他的非矩形窗函數(shù),如下圖所示:

    總之,選擇窗函數(shù)的原則就是:其頻譜特性比較好,而且也不能在時域內(nèi)過長,避免對更多個時域采樣信號造成影響。

壓縮擴張方法

    除了限幅方法之外,還有一種信號預(yù)畸變方法就是對信號實施壓縮擴張。在傳統(tǒng)的擴張方法中,需要把幅度比較小的符號進行放大,而大幅度信號保持不變,一方面增加了系統(tǒng)的平均發(fā)射功率,另一方面使得符號的功率值更加接近功率放大器的非線性變化區(qū)域,容易造成信號的失真。

    因此給出一種改進的壓縮擴張變換方法。在這種方法中,把大功率發(fā)射信號壓縮,而把小功率信號進行放大,從而可以使得發(fā)射信號的平均功率相對保持不變。這樣不但可以減小系統(tǒng)的PAPR,而且還可以使得小功率信號抗干擾的能力有所增強。μ律壓縮擴張方法可以用于這種方法中,在發(fā)射端對信號實施壓縮擴張操作,而在接收端要實施逆操作,恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信號。壓縮擴張變化的OFDM系統(tǒng)基帶簡圖如下所示:



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