根据提供的文档信息，本文将重点解析“无线通信中的正交频分复用”这一主题，特别是其中关于降低正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）信号峰值功率的技术及其原理。
### 正交频分复用（OFDM）
#### 定义与应用
正交频分复用是一种高效的调制技术，主要用于宽带无线通信系统中，如Wi-Fi、LTE（4G）和未来的5G网络。通过将高速的数据流分解成多个低速的并行数据流，并分配到多个正交的子载波上传输，OFDM能够有效利用频谱资源，提高系统的鲁棒性和传输效率。
#### 峰值平均功率比（PAPR）问题
尽管OFDM具有诸多优点，但也面临着一个关键问题——峰值平均功率比（Peak-to-Average Power Ratio, PAPR）过高。这是因为大量的独立子载波叠加时可能会形成极高的峰值功率，而这些峰值功率远高于信号的平均功率。高PAPR不仅会导致信号在经过非线性放大器时发生失真，还会增加发射机的能耗，并可能产生带外辐射，对邻近信道造成干扰。
### 峰值功率降低技术
#### 概述
针对OFDM信号PAPR过高的问题，文献中提出了多种降低技术，旨在减少信号峰值功率的影响，提高系统的整体性能。这些技术可以大致分为几类：
1. **线性预失真**：通过对原始信号进行预处理，使得经过非线性放大器后的信号接近于线性放大状态。
2. **部分传输序列（PTS）**：通过对各个子载波施加不同的相位偏移，改变其叠加方式，以降低峰值功率。
3. **选择性映射（SLM）**：通过在不同的星座图上选择最佳的信号映射方式，来减少峰值功率。
4. **剪裁和相位旋转（Clipping and Phase Rotation, CPR）**：将超过一定阈值的信号幅度进行剪裁，并对剪裁的部分进行相位旋转以减少失真。
5. **自适应调制**：根据信道条件动态调整调制方案，以降低PAPR。
6. **优化放大器设计**：改进放大器的设计，使其能够在更高的PAPR条件下工作。
#### OFDM信号PAPR的性质
为了更好地理解PAPR问题，我们需要深入了解OFDM信号的特性。在实际应用中，考虑到无线电应用场景，主要关注的是通带信号的复包络。但是，许多用于降低PAPR的技术最初是为了基带应用而设计的，比如数字用户线（DSL）技术。这些技术同样适用于带通信号。
对于OFDM信号来说，其峰值功率主要由多个独立的子载波叠加产生。保护间隔或循环前缀虽然可以避免子载波间的相互干扰，但对于降低PAPR并无显著效果。因此，研究主要集中在如何通过调整子载波的调制方式、相位或者幅度来控制峰值功率。
#### 具体技术详解
- **线性预失真**：该方法通过在信号进入放大器之前对其进行预失真处理，使得放大器输出的信号尽可能保持线性。这种方法简单易行，但可能会引入额外的失真。
- **部分传输序列（PTS）**：通过为每个子载波添加不同的相位偏移，改变信号的叠加方式，从而有效地降低了峰值功率。这种方法灵活性较高，但需要额外的计算资源。
- **选择性映射（SLM）**：通过选择不同的星座图进行信号映射，寻找能使PAPR最小化的映射方案。虽然有效，但需要多次尝试才能找到最佳解。
- **剪裁和相位旋转（CPR）**：直接剪裁信号中的峰值部分，并对这部分进行相位旋转，以减小信号失真。这种方法简单直接，但在一定程度上会影响信号质量。
- **自适应调制**：根据信道条件动态调整调制方案，选择更适合当前环境的调制方式，以达到降低PAPR的目的。
- **优化放大器设计**：通过对放大器的设计进行改进，使得放大器能够在更高的PAPR条件下正常工作，从而减少信号失真。
降低OFDM信号PAPR的技术是一个复杂的领域，涉及到信号处理、调制技术和放大器设计等多个方面。未来的研究将继续探索更加高效且易于实施的方法，以进一步提高无线通信系统的性能。
