采用叠加导频和OFDM技术的中继网络的PAPR分析

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基于中继的相干通信系统由于在空间分集和增强覆盖方面能带来巨大优势,因此越来越得到人们的关注。然而针对中继网络的一些应用,要求中继网络能有完美的同步和信道估计技术,这就要求在中继网络中,能分别对源节点和中继网络之间的信道以及中继节点和目的节点之间的信道进行信道估计。用常规方法发送导频信号来进行信道估计会降低对时间资源的使用效率,为了弥补这个损失,研究者提出在中继网络中采用叠加导频技术来进行信道状态信息(Channel State Information, CSI)的估计,这项技术使得在同一个导频发送时隙里,对上述的两个信道进行信道估计成为了现实,能节省时频资源。因而,采用叠加导频的中继网络在未来的通信发展中具有一定优势。另一方面,目前正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术作为多载波调制技术的一种,由于其能提供良好的频谱利用率、较好的多径时延扩展容差性能以及较强的克服频率选择性衰落信道的能力,得到了越来越广泛的应用。下一代移动通信系统以及其它高数据速率通信标准都无一例外地选择了OFDM技术作为复用接入方式。然而,在设计OFDM系统的时候,仍存在一些挑战。其中一个主要问题就是OFDM系统在对各子载波的信号进行叠加之后,发送信号的峰值与均值功率比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)非常高。这就导致使用非线性功率放大器的OFDM发射机在信号功率较高的时候,不能将信号正常放大,从而使得OFDM的发送信号出现非线性失真,这就严重影响了系统的性能。因此,OFDM系统必须考虑PAPR的问题。本文对采用了叠加导频和OFDM技术的放大转发(Amplify-and-Forward, AF)中继网络进行了PAPR分析。首先,我们推导出了PAPR的近似补偿累积分布函数(Complementary Cumulative Distribution Function, CCDF)。其次,文章探讨了子载波在源节点和中继节点之间不同的分配情况对PAPR的影响以及不同放大因子对PAPR的影响。第三,本文提出采用选择映射(Selective Mapping, SLM)法和格雷互补序列与Reed-Muller编码联合法来减小PAPR,并对这两种方法的效果进行了比较。数值计算和仿真结果显示,本文提出的近似CCDF能够较为精确的反映实际情况,两种PAPR减小方案都能较好地减小PAPR,并且在选择映射法的支路数较少的时候,格雷互补序列与Reed-Muller编码联合法具有更好的效果。
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