MIMO-OFDM系统中PAPR降低算法的研究

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MIMO-OFDM技术由MIMO和OFDM两种技术相结合构成,不仅可以大幅度地提高无线通信系统的信道容量和传输速率,而且可以有效地抵抗多径衰落,从而成为B3G/4G通信系统的关键技术之一,具有非常广阔的发展前景。本文重点研究了MIMO-OFDM系统中信号峰均功率比(PAPR)的降低算法,主要内容如下:选择性映射(SLM)是无信号失真地降低OFDM系统PAPR的一种有效手段,其缺点是计算复杂度太大。本文在介绍了MIMO-OFDM系统中传统的独立选择性映射(ISLM)算法的基础上,研究了多天线协同工作的并行选择性映射(CSLM)算法,大大减少了边带信息量。同时,利用空时分组码的正交性对CSLM算法进行改进,成倍地降低了算法的运算量。另外,为了减少CSLM算法中繁多的快速傅里叶逆变换(IFFT),提出了一种利用多矩阵相乘代替IFFT运算的新方案。该方案在保持PAPR性能不变的情况下,显著地降低了算法的计算复杂度。天线旋转取反(CARI)算法是降低MIMO-OFDM系统PAPR的一种全新方法,它充分利用了多天线所提供的附加自由度。通过将不同天线上的数据均匀分块后进行跨天线间的旋转置换,得到多组新的发送序列,并从中选取PAPR性能最好的一组用于传输,从而降低信号的PAPR。但是,CARI方法需要进行穷尽搜索以解决组合最优化问题,致使其复杂度随子块数的增加呈指数增长。因此,研究了CARI算法的两种次最优算法——连续次最优天线旋转取反(SS-CARI)算法和随机次最优天线旋转取反(RS-CARI)算法,有效地降低了CARI算法的运算量。子块连续取反(SSI)算法是对SS-CARI算法的简化,能够成倍降低SS-CARI算法的运算量和边带信息量。利用IFFT的线性性质进行改进之后的ISSI算法进一步降低了计算复杂度,但是其PAPR性能也比SS-CARI算法逊色许多。限幅滤波技术能够从根本上消除高峰值信号的出现,具有优越的PAPR性能。经过多次循环限幅滤波后,系统的带外噪声得到消除。因此,提出了一种ISSI算法与循环限幅滤波技术相结合的ISSI-CircleClipping Filter联合算法,极大地改善了ISSI算法的PAPR性能。仿真结果表明,选择合适的循环次数,能够在系统复杂度与PAPR降低性能上取得很好的折衷。
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