[01347227]正交频分复用OFDM系统发射机峰均比抑制技术研究

主要科技内容： OFDM技术作技术为广电和通信标准的核心,主要用于受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的复杂环境。高峰均比是多载波系统最大的缺陷,它极大地影响了后级发射机功率放大器的效率,并引起了电磁环境的恶化。本项目首次系统地研究了OFDM调制系统高峰均比的形成机理和对功率放大器失真的影响,攻克了对峰均比抑制评估的多项关键技术,提炼出了从OFDM整体幅值分布角度优化峰均比抑制技术的最佳分布理论。创新性地进行了针对多载波发射机的功率放大器效率优化,依据多载波信号的幅度、概率分布与信号在功率放大时失真的关系,有效利用星座图扩张技术中的约束条件,调整峰均比抑制算法的削波函数和ACE星座点的分布规律,得到OFDM信号幅度最佳分布状态,对此种分布的OFDM信号进行功率放大时,可以获得最高功放效率。提出的优化办法无需信号帧结构的变更,OFDM系统的功放效率可以接近单载波系统的水平,满足特定的信号输出功率情况下,抵消原发射机两个功放的损耗,可以作为绝大多数多载波通信标准的首选方案。 技术经济指标： 1. 法国汤姆逊公司牵头的欧洲优尼卡计划首先在《B21C-CELTIC project CP4-004》中发布了最为权威、性能最好峰均比抑制主体的测试结果。该项目公布的测量结果基于DVB-T 2k模式（为保证信道估计的精度,导频部分的子载波需要保持理想值,因此只有88%的子载波可以用于峰均比的优化工作）,在QPSK调制的发射机系统获得了2.1dB的IBO增益,同时在接收端获得了0.4dB的信噪比增益,两者之和的总增益为2.5dB。本项目给出的优化办法在同等条件下可以获得3dB的IBO增益和接收端0.2dB的信噪比增益,总增益比汤姆逊公司发布的性能指标高出0.7dB。 2. 2004年制定中国数字电视标准时,增加单载波模式形成多-单载波共用的复杂方案,关键就在于没有解决上述问题,造成了单-多载波共用的奇怪局面。在实际的OFDM系统中实施最高功放效率的优化方案,相同频谱效率条件下,单载波系统仅存在0.4dB的IBO优势,功放效率非常接近单载波系统。首次比较圆满的解决了多载波系统高峰均比的问题,进一步研究表明可供改进的空间已经很小。和未经峰均比处理的功率放大器相较,经过提出的峰均比抑制优化的OFDM信号进行功率放大时,功放效率提升15.74%,使得发射机能耗降低22.%,输出功率增加16%,而管耗降低40.19%,使得散热所损耗的电能降低40.19%,放大管和管耗的减少,功率放大器所需的器件,体积和重量也随之减少,所需成本也随之降低,增加迭代次数进一步优化处理,相信性能指标还会有一定的增益。不仅对大功率发射机,该项技术对电池供电的移动设备节能增效同样意义重大。 3. 本项目例举的OFDM信号星座图为QPSK,每个子载波矢量的可移动范围大,峰均比抑制的效果较好。当星座图为16QAM或更高阶时,星座图内层的子载波是不能移动的,要达到好的峰均比抑制效果,必须增加可以自由移动的冗余子载波,采用OCCDF技术在增加4%冗余子载波的情况下,IBO增益可做到3dB。