论文研究-OFDM卫星移动通信系统部分传输序列法研究 .pdf

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OFDM卫星移动通信系统部分传输序列法研究,段锦锦,李宁,针对OFDM系统峰均比(PAPR)过高的问题,结合卫星移动通信的特点,提出了一种改进的部分传输序列法。该方法结合子载波线性相关性,�
山到花论文在丝 http:/www.paper.edu.cn min{Pr(PAPR>PAPR0)},即此时系统的峰均比CCDF曲线应为 Pr(PAPr>PAPRO)=min 1-(1-e-PAPK0)") 由上分析可知,相位因子搜索次数和分组数目V、相位因子值域空间W成正相关,而 75相位因子搜索次数大小直接影响系统降低PAPR值的性能,相位因子搜索次数越大,系统的 性能越好。但是搜索次数越大,系统计算复杂度越高,系统难以承受过髙的计算开销,卫星 栘动通信系统更是如此,因此系统需要在计算复杂度和PAPR值性能方面倣岀折衷。 1.2现有方法性能分析 下面是几种降低系统PAPR值方法的性能分析: 80 1.传统PTS方法图 PTS算法是将子载波分成V个组,每个组分别乘以一个相位因子,这种方法并没有考 虑子载波之间的线性相关性,也就是说,每个组里面子载波的相位信息并没有发生相对变化, 只有组与组之间了载波相位信息的变化,该方法降低PAPR值的力度还不够 2.联合抑制法4 该方法是将传统的PIS方法和削幅法做简单的级联,先进行部分传输序列法再进行削 匾,以俣讦系统的PAPR值不超过门限值。该方法没有从降低传统PTS复杂度的角度分析, 虽然降低OFDM系统的PAPR效果很明显,不会引入噪声景响BER性能,但是该方法的 计算量大,且联合算法的计算量近似等于两种技术的计算量之和,在实际应用中会增加系统 的成木 3.SLM(选择传输)法的 SLM法是将M个长度和子载波数量相同的相位因子向量分别与子载波相乘,然后选取 PAPR值最小的序列传输。该方法在理论上应该能取得最好的降低PAPR值效果,但是这种 方法的计算复杂度很高,系统难以实现。 4.棊于哈达玛矩阵的PTS法HPTS 该方法是一种简化的PTS方法,该方法遍历相位因子的次数与部分传输序列法分组V 数目一样,能较快的搜索出一组相位因子,但是,该方法限定相位因子的值域空间只能为 {-1,1},这将大大缩小相位因了的搜索空间大小,同时也缩小了相位因了的搜索次数,由于 系统降低PAPR性能的好坏和相位因了的搜索次数关系密切,而该文所述的方法对相位因了 空间的搜索次数太少,其降低PAnR的性能有所欠缺 1002基于子载波线性相关性的改进部分传输序列法(EPTS) 从上可以看出,PTS算法降低PAPR值的效果不佳,而SLM方法的计算复杂度很高, 下面提出一种基丁子载波线性相关性的改进部分传输序列法,该方法的搜索复杂庋在PTS 方法和SLM法之问,同时降低系统PAPR值的性能也很可观。 21方法设计 105 方法设计的棊本思想为:在PTS算法的基础上,考虑到组内子载波之间的线性相关性, 将分组后的组内子载波进行进一步拆分,然后再利用相位因子加扰,最后选择拥有最小 PAPR值的序刎传输。 具体方法如下 1.首先同样利用向量来定义数据符号X(X1,X2,…,XM),每个向量符号的长度为N 110 然后按照一定方式吧X分成V组 山到花论文在丝 http:/www.paper.edu.cn 然后从Ⅴ组中按照一定规律选取一个组,并使这些组内的子载波恢复成分组前顺 序,每个子载波都互相独立存在,不再以组的形式存在; 例如:原数据符号为X(X1,K2,X3,X4,X,X6,X;,X,划分后的数据为 YXXYX..X.X. ,其中,Ⅺ1,x2为一组, 115 x4,X,X不被分组,X,X,X为另外一组,依次类推: 3.然后开始遍历搜索。利用相位因子b=exp(q)对分组后的数据X进行加扰,并 计算加扰后的信号PAPR值。用 PAPRm记录当前最小PAPR值,同时记录得到当 前 PAPRn值的相位因子。遍历搜索相位因子空间后,能得到 PAPRm的那组相位 因子便作为最优相位因子。 120 4.搜索结束。最后选取拥有最小PAPR的信号序列传输。 22性能分析 首先假定有以下条件:相位因子的值域空间为W,分组数目为V时,子载波数目为N (1)采用传统PTS方法时,{b,v=1,2…V}的取值可能有W种,要求得最优的组 合共需要遍历搜索W"次 125 (2)采用SM方法时,山于子载波长度为N,所以b,{v=1,2…的取值有W, 因此,要求得最优相位因子需婁遍历搜索WN次; (3)采用木文方法时,首先将子载波分成一组,其余的一组没有被划分,而每个组 的子载波数目为一,所以划分后的数据符号X的长度应该为+- yy y+N 。因为 b对于每个子载波或者分组都有W种选择,而X长度为一,所以,b,{=1,2…} 1+M 130的取值有W2,要求得最优相位因子的遍历次数应为W2次, 般的,W的值域空间为:{-1,1}或者{-1,j1j},次优迭代法和哈达玛矩阵法只适用W 为{-1,1}的情况。下表表小各算法的搜索次数。 表1搜索次数 Tab. 1 The number of searches PTS SLM E-PTS 丿+N 搜索次数 135 从上表可以看出,系统的搜索次数与分组数目V和相位因子值域空问W密切相关, 的增长和W的增长将增加系统复杂度,而E-PTS方法的搜索次数介于PTS和SLM方法之 间 23仿真结果 在 matlab环境下,采用如下参数进行仿真:子载波数量N=512、过采样因子为4、每个 子载波采用QPSK调制、采用相邻分割、子块个数V=16、相位因子值域空间W={-1,1}。生 成的CCDF曲线图如下所小。 4 山到花论文在丝 http:/www.paper.edu.cn 半事北 辅:::维 原始曲线 PTS ·EPTS 10E:2 :I==二 === 实-*+SLM =4d=======L Q10样:计 - }…} } -}…---上x…}… h.---- PAPR(dB) 图2采用不同相位因子搜索算法时的CCDF出线 ig. 2 Different algorithms of CCdF graph 从图中可以看出,在103处,原始信号PAPR值大概为107dB,采用PIS算法时的PAPR 值大概为9.5dB,采用E-PIS算法时的PAPR值为7.5dB,采用SLM方法的PAPR值大概为 69dB。因此,采用E-PTS算法时性能比PTS方法增加了大概2dB,比起SLM方法仅仅损 150失了0.6dB 结合3.2和3、3节可以看出,本文提出的算法在计算复杂度方面比传统PTS法略高,远 低于SLM方法,但是在改善PAPR值性能方面传统PTS法提高不少,略低于SLM方; 卫星移动通信系统由于其空间载荷体积受限、自然环境苛刻等原因,其星上处理能力远不及 地面系统,难以承受SLM方法的计算复杂度,但是由于卫星的功率是严格受限的,降低PAPR 155的需求也很迫切,木文所述的方法在计算复杂度和降低PAPR值方面取了一个折衷,更加适 合卫星移动通信系统。 3结论 本文提岀了一种基于子载波线性相关性的改进部分传输序列法,并用 matlab进行了仿 真分析。仿真表明本文方法降低PAPR值性能比传统PTS方法增加大概2dB,比SLⅥ方法 l60性能损失大概0.6dB,分析表明本算法遍历相位因子次数大概为W2,略高于传统PIS法, 但性能得了较大提升。本文方法在计算复杂度和降低PAPR值方面取了一个折衷,更加适合 卫星移动通信系统 |参考文献]( References) [1]张史新,张杭,卫星移动通停系统[M].北京:人民邮电出版社,2001 165 王铁滨.基于非失頁的OFDM信号峰均比抑制技术研究[D].吉林:东北林业大学,2013. [31S.H. Muller, J. B. Huber. OFDM with Reduced Peak-to-Average Power Ratio by Optimum Combination of Partial Transmit Sequences[J]. Electronics Letters, 1997, 33(5: 368.369 l4」洪善艳张朝阳.用于降低OFDM系统峰均功率比的PTS( lipping联合算法刂电路与系统学报,2009, 14(4):105-110 17015」张瑞博.基于降低OFDM信号峰均比的PTS技术研究J无线通信技术2011,41(2):27-30 [6王可笺,张敏,陈磊,赵瑞弟.降低OFDM系统峄均比的改进算法研究[无线电通信技术,2014,40(1): 45-47.

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