在OFDM系统中,我们关心的是如何改善信号的PAPR特性,如何得到PAPR合适的信号,也即想让基于OFDM的系统也具有单载波特性。具有单载波特性的OFDM系统也称为SC-FDMA,我们这里介绍一些简单的处理方法。
1.调整数据顺序
对于一个调制符号序列,如果改变调制符号往子载波上映射的顺序,那么可以想象出来的信号的PAPR是有差别的。如果先把所有可能的映射顺序得到的PAPR都计算出来,然后找到其中PAPR最小的,最后就按PAPR最小的顺序把要发送的调制符号序列映射到子载波上发送出去,显然能改善PAPR特性。
但是,对于不同的调制符号序列,达到PAPR最小的映射顺序并没有什么规律性,即可能都不一样。那么,每发一个序列,都要以PAPR最小的顺序映射,接收端怎么知道发射端当前是按哪个顺序映射的呢?如果接收端搞错了这个顺序,接下来的译码以及校验就会出错。要保证不出错,发射端需要在确定好映射顺序的同时,把用到的映射顺序通知给接收端。所谓“通知”也是一种信号,它也需要花费通信资源(比如时频资源)来传输的,这个花费在系统设计时也是需要评估的,要看值不值得。比如,假设每次要发送的调制符号序列长度为100个调制符号,那么总共可能的映射顺序为100!=100×99×98…×1种。要表示这么多个可能顺序中的一个,如果以二进制比特表示,需要log2100!比特,大家可以算一算,这个数字有多大。也就是说,当调制符号序列较长时,想从所有可能顺序中来选是不现实的。
那我们就不从所有调制符号序列中选,先预先规定几个映射顺序,然后只允许在规定的几个映射顺序中找PAPR最小的。比如预先规定16个映射顺序,找到16个中最小的后,只需要用4比特可以把确定的顺序告诉接收端。虽然,这16个中PAPR最小的相对于所有可能顺序中PAPR最小的不是最优的,但总会比不做任何顺序调整要好,也许已经满足PAPR的要求。总之,调整数据顺序是一个可以优化PAPR的方法,但是实际应用时,需要考虑额外开销与PAPR优化的程度之间的一个折中考虑。
当然这里是假设把码字比特调制成调制符号后来变换调制符号的顺序,实际上也可以变换码字比特的顺序后再调制,最后直接映射到子载波,来看哪一种码字比特顺序下信号PAPR较小,就以对应的那个顺序来发送,效果差不多。(www.daowen.com)
2.采用DFT预编码
LTE里上行采用SC-FDMA作为接入技术,用以优化发射信号的PAPR特性。LTE里上行采用的SC-FDMA实质就是在OFDM基础上,当发射序列往子载波映射之前,对发射序列做了一个DFT预编码,因此也称为DFT-Spread OFDM(DFT-S-OFDM)或DFT-Precoded OFDM。为什么DFT预编码能获得单载波特性呢?可以这样考虑:假设要发送的调制符号序列有M个调制符号,先对这M个调制符号进行M点DFT变换,得到另一串M点序列。把这另一串M点序列映射到连续M个子载波得到的信号的PAPR可以由该信号时域采样点的PAPR刻画。注意对OFDM信号进行采样等价于做IDFT,最直观的情况就是对该OFDM信号还采M个点,即再做M点IDFT,得到的M个采样点还是最开始的M长(调制符号)序列。很明显,单看这M点采样点的PAPR,是可以看清楚的。只要调制阶数不要太高,PAPR就不会太高,比如BPSK/QPSK。
另一方面,和单载波系统比较一下,假设单载波系统要发这M个调制符号。是否可以找个基本码元,然后用这M个调制符号作为幅度按时间顺序发送出去,比如你可以想象单载波系统为只有一个子载波的OFDM系统,M个调制符号携带在同一个子载波上顺序发送出去。这里一样,得到OFDM信号的采样点后,接下来通过sinc信号或者升余弦信号等数模转换,其实可以认为找到的基本码元为sinc信号或升余弦信号。从而,基本可以控制信号的PAPR特性。
当然,上面通过和单载波类比,是为了解释“单载波”几个字的出处。实际上,可以严格地按PAPR的定义来推导DFT预编码后的PAPR,来看看PAPR是否有改善,这里就不细讲了。
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