高功率放大器与峰均功率比抑制方法联合下多载波系统的关键技术研究与性能分析

A major drawback of the multi-carrier system, such as orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM), is the high Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) of the transmitted signal which limits its applications in the high-speed data communication systems. The complementary cumulative distribution function (CCDF) of the PAPR is one of the most frequently used performance measurers for the traditional PAPR reduction techniques, however, which did not directly consider the signal distortion caused by the amplifier and bit error rate (BER) of the system.. Taking into account the actual multi-carrier systems often have the effects of PAPR reduction algorithm and the nonlinear high-power amplifier. This project to abandon the traditional optimal PAPR guidelines, CCDF, which is usually used to evaluate the performance of PAPR reduction algorithm, the arm of the project is to present directly to the system bit error rate (BER) performance, combined with some evaluation mechanisms such as the complexity of the algorithm, the PAPR suppression capability, spectral efficiency and power efficiency. Through evaluate the system BER as the ultimate goal of the criterion as well as its key technologies, the project focuses on the system BER under the influence of non-linear devices. Meanwhile, it is also concerned about the closed-form expression by the theory and results by the simulation about the existence of the traditional PAPR reduction algorithm as well as the nonlinear devices.. The results of this study can be applied to the next generation OFDM cellular mobile communications, wireless local area networks and metropolitan area networks, cognitive radio and wireless communications systems, has a broad application prospects.

高的峰均功率比一定程度上限制了OFDM及混合多载波系统在高速数据通信中更加广泛的应用。传统峰均比抑制算法多以获得最优互补累积函数为目标，并没有直接考虑信号经功放后所引起的信号失真及对系统误码率的影响。因此，就算获得较好的峰均比抑制性能，但系统误码率性能并不是很理想。.考虑到实际多载波系统中往往同时存在峰均比抑制算法和高功率放大器的非线性影响。本项目放弃了传统峰均比抑制算法中以获得最优PAPR为目标的准则，而是提出直接以系统误码率为主要性能指标，并结合算法的复杂度、峰均比抑制、频谱效率、功率效率的考核机制。重点研究非线性器件影响下，以系统误码率为最终目标的算法优劣判别准则及其关键技术。同时，也关注传统峰均比抑制算法经非线性器件影响后的系统误码率性能的理论闭合式及仿真结果。.本研究成果可应用于下一代基于OFDM的蜂窝移动通信、无线局域网和城域网、认知无线电等无线通信系统中，具有较广的应用前景。

由于具有较高的频谱利用率，多载波系统在包括第四代移动通信（4G）等领域受到广泛关注。但多载波系统面临峰均功率比较高等不足，而为了使得整个多载波信号可以尽量工作在高功率放大器（HPA）的线性区域，则需要加大HPA的线性度，这会大大增加器件的建造成本。而现有研究人员对系统整体目标都包括低功耗和高效率。因此，若不进行峰均功率比抑制技术，则多载波信号可能会工作在HPA的非线性区域，这既会严重降低HPA的功率效率，又会带来信号的失真并导致整个系统误码率性能的退化。因此，如何有效提高HPA的功率效率和降低系统误码率性能成为多载波系统急需研究的问题。.为了降低HPA的影响和延长发端（特别是手机端）的工作时间和提高工作效率，本项目重点研究了一系列高效峰均功率比抑制技术和接收端的信号恢复技术。在发射端，本项目考虑了最经典且最简单的消波技术，由于消波技术也会引入信号失真；在接收端，利用多种信号恢复技术，可以一定程度上实现对失真信号的恢复，提高系统误码率性能。在此基础上，结合第五代移动通信（5G）移动通信发展的需要，又深入研究了基于多载波体制的稀疏码多址技术，稀疏码多址技术可以在OFDM技术的基础上，进一步提高用户频谱效率，可以实现5G系统大量用户联接的需求。.通过本项目的实施，我们发现，联合使用消波技术和HPA，可以在一定程度上提升多载波系统的功率使用效率，部分解决发射端（特别是手机）功率受限和待机时间不足等问题。另外，通过对接收端采用一系列信号恢复技术，可以有效降低由于发射端非线性处理带来的信号失真和误码率性能上升等问题。.通过对本项目的研究，可以有效提高多载波系统中HPA的使用效率，并极大程度降低由于非线性处理所导致的信号失真。并且根据本项目，扩展了多载波技术的使用范围，讨论了5G关键技术中的非正交多址技术，为将来非正交多址技术和传统多载波技术的融合打下基础。