多载波通信系统峰值平均功率比抑制算法的研究

多载波通信系统峰值平均功率比抑制算法的讨论多载波通信技术具有高效的频谱利用率和良好的抗多径衰落性能,是一种适用于无线环境下高速数据传输的技术。目前,以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)为代表的多载波技术已经成功应用于智能导航、卫星通信、数字视频广播、无线接入网和电力线通信等领域,是下一代移动通信系统颇具竞争力的关键技术：多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术在不增加带宽和发射功率的情况下能够成倍地提高通信系统的信道容量和频谱利用率；将 OFDM 技术和 MIMO 技术相结合的 MIMO-OFDM 系统具有更好的性能。然而,多载波通信系统存在峰值平均功率比较高的缺点,容易导致信号失真、频谱扩展、系统性能下降,是其得到广泛应用的主要障碍,因此如何有效抑制峰值平均功率比已经成为多载波通信系统的讨论热点。本文深化讨论了多载波通信系统的特点和高峰值平均功率比信号产生的原因,针对 OFDM 系统及 MIMO-OFDM系统具有的不同特点,提出适用于不同多载波通信系统的峰值平均功率比抑制算法,有效地降低了信号的峰值平均功率比,并通过仿真实验验证了算法的有效性。系统分析了多载波通信中峰值平均功率比的统计特性及其影响因素,讨论了OFDM 信号在离散时间域和连续时间域中峰值平均功率比性能的差异,并给出了离散时间域过采样率的选择准则。同时,分析了 OFDM 信号自相关性与峰值平均功率比之间的对应关系,为设计有效的峰值平均功率比抑制算法提供了重要的理论依据。部分传输序列法采纳穷举搜索寻找最优相位因子,计算复杂度较高。针对这一问题,提出了基于非线性优化的部分传输序列算法,将最优相位因子的求解过程转化为具有非线性约束条件的全局优化问题,应用模拟退火算法在全局范围内求解最优相位因子,有效地避开了对相位因子的穷举搜索,得到具有较低峰值平均功率比的信号,显著降低了系统的计算复杂度；应用粒子群优化求解最优相位因子,采纳汉明距离重新定义粒子更新公式,使相位因子搜索能够快速跟踪最优相位因子的方向,从而得到具有较低峰值平均功率比的信号。算法实现简单,搜索复杂度低,能够获得良好的峰值平均功率比抑制性能,具有很好的有用性。深化分析了迭代部分传输序列法,将其归结为对二叉树各级分支进行搜索的过程,针对采纳一维线性逼近,导致相位因子搜索易陷入局部最优的问题,应用 Metropolis 准则中概率接受的思想,提出了一种非线性优化的迭代部分传输序列...