信息隐藏技术在OFDM系统峰值功率问题中的应用研究

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) has been applied in many fields of wireless communications because of its robustness against multipath fading channels and high spectral efficiency. But the peak power problem in OFDM systems limits its development and applications. Although several schemes against peak power problem have been proposed, some drawbacks of these proposed schemes can be easily found. In this research, the principles and the key techniques of information hiding are employed for studying the solutions to peak power problem in OFDM systems. The research focuses on the following topics: 1. the peak power optimization schemes based on scramble techniques of watermarking; 2. the peak power optimization schemes based on steganography; 3. the improved probabilistic peak power optimization schemes based on information hiding. The aims of this research are to provide novel ideas for solving peak power problem in OFDM systems and to pave the way for the future applications of OFDM systems, which has theoretical significance and practical value.

OFDM技术由于具有较强的抗多径衰落能力和较高的频谱利用率，近年来已被广泛地应用到无线通信的很多领域。但是，峰值功率问题一直阻碍着该技术的发展和应用。针对OFDM系统的这一缺陷，虽然提出过一些解决方案，但都存在明显不足。本项目主要借助信息隐藏理论及其关键技术，研究OFDM系统中峰值功率问题的解决方案，主要研究内容包括：1、基于数字水印置乱技术的峰值功率优化方法；2、基于隐写技术的峰值功率优化方法；3、基于信息隐藏技术的概率类峰值功率优化改进方法。本项目的目标是为解决OFDM系统中的峰值功率问题提供新的思路，为OFDM系统的未来应用铺平道路，因而具有很好的理论意义和实际价值。

正交频分复用(OFDM)技术因其具有良好的抗频率选择性衰落能力和频谱利用率而备受关注，但其输出信号是多个子载波信号的叠加，当子载波信号相位相同时，叠加后的信号会出现较高的峰值功率，可能导致信号严重失真，影响通信系统性能。针对OFDM系统的这一主要缺陷，虽已有一些解决方案，但都存在明显不足。本项目主要研究如何利用信息隐藏和数字水印中的置乱技术和隐写技术的基本思想优化OFDM系统的峰值功率问题，主要取得的成果包括：1.针对传统部分传输序列(PTS)方法计算复杂度过大的问题，提出了两种优化方法，在获得相似PAPR性能的同时，计算复杂度显著降低；2.提出了加性扰码方法用于优化OFDM系统的峰值功率问题，该方法可大大降低传统相位加权方法的计算复杂度；3.针对传统选择性映射(SLM)方法计算复杂度过大的问题，提出了基于阈值分类的SLM方法用于优化OFDM系统的峰值功率问题，该方法在获得较好PAPR性能的同时，计算复杂度大幅度下降；4.对于采用BPSK的OFDM系统，利用BPSK两种不同的信号星座图，提出了改进交织方法，该方法可以获得更好的系统PAPR性能；5.对于MIMO-OFDM系统的峰值功率问题，提出了导向交织方法，与传统交织相比，在计算复杂度相同的情况下，该方法可以获得更好的PAPR性能。本项目在实施过程中，在国际期刊和学术会议上共发表学术论文12篇，申请国家发明专利5项，并通过参与重要国际国内会议、出国访学等方式，积极与国内外同行进行学术交流与合作。