通用滤波多载波(UFMC)系统峰均比抑制技术研究

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随着移动互联网的快速发展,社会对通信业务的需求呈爆发式增长,现代移动通信也在不断的演进发展。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术因其抗多径衰落能力强、频谱效率高等优势被广泛应用于第四代、第五代无线通信系统的物理层标准,但OFDM技术因其对频偏敏感、带外泄露严重等系统固有缺陷无法很好的满足未来无线通信的应用需求。通用滤波多载波(Universal Filtered Multicarrier,UFMC)作为一种未来移动通信的新型多载波,采用基于子带的滤波方式,具有带外辐射小、抗时频偏干扰能力强、频谱效率高、支持异步通信等诸多优势,能够更好的应用于未来移动通信的应用场景。但是作为一种多载波技术,UFMC系统同样也存在峰均比(Peak-Average Power Ratio,PAPR)过高的问题,而PAPR过高会降低功率放大器(High Power Amplifier,HPA)的效率,严重影响系统性能,因此UFMC系统的PAPR抑制的研究引起了无限通信领域的广泛关注。尽管目前国内外对于传统多载波OFDM系统的PAPR抑制技术研究已经较为全面,对UFMC系统有一定的借鉴意义,但是由于二者系统结构特性的不同,并不能完全适用。UFMC系统PAPR抑制技术的研究依然不够成熟,PAPR抑制效果也有待提高,所以对UFMC系统的PAPR抑制技术的研究非常有研究意义与研究必要。本文的主要研究内容和创新点如下:首先,本文提出一种新型分段非线性压扩算法,用以降低UFMC信号的PAPR值。为了减少不必要的信号压缩,本文提出的分段非线性压扩算法,将现有的分段压扩函数的第二段改进为非线性函数,更好的实现功率补偿,且增加的自由度可以更加灵活的调整补偿段函数,从而选择更适合的压扩函数平衡系统的PAPR、BER和PSD性能。除此之外,引入压扩失真功率来衡量由压扩带来的失真大小,从而进行参数优化,选择引起失真最小的压扩函数。与当前已有的UFMC系统的PAPR抑制算法相比,新型分段非线性压扩算法有更好的PAPR抑制效果和BER性能。其次,本文设计以二次函数作为压扩后信号幅度的目标概率分布函数,然后再根据PDF函数的归一性性质、PDF函数与CDF函数的关系式以及压扩前后信号平均功率保持不变这三个基本约束关系式,推导出此目标概率分布函数所对应的压扩函数式及解压扩函数式。新提出的压扩方案可以显著的降低UFMC系统的PAPR,且可以根据不同的应用需求进行灵活调参,从而选择更适合的压扩函数平衡系统的PAPR、BER 和 PSD性能。然后,本文提出传统SLM技术与经典压扩算法的联合,来降低UFMC系统的PAPR值。通过仿真结果可以看出联合抑制方案相比与普通压扩方案,可以在更好的实现PAPR抑制效果的同时,不因SLM的引入对系统的BER和PSD性能产生额外的影响。除此之外,在达到相同的PAPR抑制效果时,SLM与压扩的联合抑制方案可以对PSD性能有所改善。最后,论文结尾对全文的研究工作进行总结,并下一步研究工作进行展望。
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