一種新的PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR抑制方法

毛忠陽，陸發(fā)平，劉傳輝 ，康家方 ，劉 曉

(1.海軍航空工程學(xué)院 電子信息工程系，山東 煙臺(tái) 264001；2.山東省信號(hào)與信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái) 264001；3.裝備發(fā)展部第六十一研究所，北京 100141)

一種新的PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR抑制方法

毛忠陽1,2,3，陸發(fā)平1,2，劉傳輝1,2，康家方1,2，劉 曉1,2

(1.海軍航空工程學(xué)院 電子信息工程系，山東 煙臺(tái) 264001；2.山東省信號(hào)與信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái) 264001；3.裝備發(fā)展部第六十一研究所，北京 100141)

針對(duì)橢圓球面波(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)時(shí)域正交調(diào)制信號(hào)峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)過高，易受功率放大器非線性特性影響，造成PSWF脈沖間良好正交性下降，導(dǎo)致系統(tǒng)解調(diào)性能下降的問題，引入A律壓縮，提出了一種基于A律壓縮的PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR抑制方法。該方法能夠有效抑制PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR，改善經(jīng)過功放后調(diào)制信號(hào)的功率譜和系統(tǒng)誤碼性能。

橢圓球面波；峰均比；壓擴(kuò)算法；自適應(yīng)

0 引言

橢圓球面波函數(shù)是Bell實(shí)驗(yàn)室D.Slepian等人于1961年定義的一類特殊函數(shù)的集合[1]，在通信[2-3]、流體動(dòng)力學(xué)[4]及濾波[5-6]等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在無線電通信領(lǐng)域，2008年專利“非正弦時(shí)域正交調(diào)制方法”公布了一種基于PSWF的非正弦時(shí)域正交調(diào)制方法[7]，采用時(shí)域波形疊加、頻域頻譜交疊的方式，有效提高了頻帶利用率。但PSWF調(diào)制信號(hào)峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)較高，應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)時(shí)，易受PA非線性特性影響，造成信號(hào)非線性失真，從而降低系統(tǒng)性能。

針對(duì)此問題，舒根春等[8]從調(diào)制符號(hào)角度出發(fā)，提出了一種基于調(diào)制符號(hào)選擇的PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR抑制方法，陳昭男等[9]從正交PSWF脈沖集的特征向量加權(quán)表示入手，提出了一種基于Givens旋轉(zhuǎn)的PAPR抑制方法，但存在對(duì)調(diào)制信號(hào)的PAPR抑制能力有限、算法復(fù)雜度較高的問題。文獻(xiàn)[10]引入μ律壓縮，給出了一種自適應(yīng)PAPR抑制方法，但由于該方法是一種非線性變換，存在對(duì)PSWF脈沖間良好正交性影響較大的問題。

1 基于A律壓縮的PAPR抑制方法

目前，功放模型主要分為無記憶PA模型和有記憶PA模型2大類，暫不考慮PA的記憶效應(yīng)，選用廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的Saleh模型[11]。Saleh模型是根據(jù)對(duì)行波管功率放大器TWTA的輸入、輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后得到的，其AM-AM和AM-PM特性分別為：

(1)

式中，r為輸入信號(hào)的幅度，αa、βa、αψ、βψ為功放模型參數(shù)。由式(1)可知，隨著輸入信號(hào)幅值的增大，信號(hào)非線性失真越來越嚴(yán)重。

PAPR是衡量調(diào)制信號(hào)進(jìn)入功放飽和區(qū)時(shí)，受PA影響非線性失真程度的重要指標(biāo)，離散信號(hào)的PAPR定義為一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)信號(hào)的峰值功率與其平均功率的比值[12-13]。功放輸入回退(InputBackOff,IBO)[14]是衡量功放效率的重要指標(biāo)，IBO越小，功放效率越高，當(dāng)功放達(dá)到飽和且輸入信號(hào)功率一定時(shí)，隨著輸入信號(hào)平均功率的增大，IBO不斷降低，功放效率越來越高，但由式可知，功放對(duì)調(diào)制信號(hào)的非線性影響也越來越大。

A律壓縮是由ITU-TCCITTG.712定義的關(guān)于脈沖編碼的一種壓縮算法[15]，對(duì)于幅值歸一化的信號(hào)而言，其表達(dá)式為：

y(n)=

(2)

式中，sgn(·)為符號(hào)函數(shù)，x(n)和y(n)分別為輸入電壓和輸出電壓，A為壓縮參數(shù)。

由式(1)可知，功放對(duì)調(diào)制信號(hào)的非線性影響，與調(diào)制信號(hào)的峰值、平均功率及峰均功率比密切相關(guān)，且峰值和平均功率直接決定信號(hào)PAPR。因此，有必要對(duì)A律壓縮對(duì)PSWF調(diào)制信號(hào)峰值和平均功率的影響機(jī)理進(jìn)行研究。

基于上述分析，首先，分析A律壓縮參數(shù)對(duì)信號(hào)峰值和平均功率的影響機(jī)理，分析A律壓縮對(duì)PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR的抑制能力；其次，設(shè)計(jì)可調(diào)增益K(μ,s)、K(μ,s)根據(jù)輸入信號(hào)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，保證壓縮前后調(diào)制信號(hào)平均功率不變，在此基礎(chǔ)上，提出基于A律壓縮的PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR抑制算法，并構(gòu)建算法實(shí)現(xiàn)模型。

1.1 壓縮參數(shù)對(duì)信號(hào)峰值的影響

由式(2)可知，當(dāng)0≤|x(n)|≤1/A時(shí)：

(3)

且A≥1，因此，

(4)

1.2 壓縮參數(shù)對(duì)信號(hào)平均功率的影響

定義A律壓縮前后，PSWF調(diào)制信號(hào)平均功率的差值為：

ΔP=Paf-Pbf，

(5)

式中，Paf為壓縮后信號(hào)平均功率，Pbf為壓縮前信號(hào)平均功率。結(jié)合式(2)，式(5)可以表示為：

(6)

結(jié)合A律壓縮對(duì)調(diào)制信號(hào)分段壓縮的特點(diǎn)，為便于理論分析，分2部分對(duì)ΔP進(jìn)行分析。對(duì)于第1部分，令：

(7)

求導(dǎo)得：

(8)

對(duì)于第2部分，令：

(9)

求導(dǎo)得：

(10)

同時(shí)，對(duì)于幅值歸一化的PSWF調(diào)制信號(hào)，|x(n)|max=1，因此，dP2/dA>0。這表明A律壓縮后，信號(hào)幅值在1/A≤|x(n)|≤1的信號(hào)分量的平均功率增加，隨著參數(shù)A的增大不斷增大。

通過上述分析可知，經(jīng)過A律壓縮，PSWF調(diào)制信號(hào)的峰值不變，信號(hào)的平均功率隨著參數(shù)A的增大不斷增大。同時(shí)，A律壓縮能夠有效降低調(diào)制信號(hào)PAPR，提高功放效率。但A律壓縮后，對(duì)于幅值歸一化的PSWF調(diào)制信號(hào)，信號(hào)中大幅值分量所占比例增加，由式(1)可知，此時(shí)，調(diào)制信號(hào)受功放非線性影響的幅值分量增加，加劇調(diào)制信號(hào)的非線性失真程度。這表明A律壓縮降低信號(hào)PAPR、提高功放效率，是以增加信號(hào)中大幅值分量所占比例，增加調(diào)制信號(hào)非線性失真程度為代價(jià)的。同時(shí)，要有效抑制調(diào)制信號(hào)PAPR，需要較大的A值，但當(dāng)參數(shù)A取值較大時(shí)，壓縮后調(diào)制信號(hào)的平均功率較大、IBO較小，存在調(diào)制信號(hào)非線性失真程度增加的問題。

1.3 基于A律壓縮的PAPR抑制算法

針對(duì)上述問題，考慮到對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行線性增益前后調(diào)制信號(hào)PAPR不變，因此，對(duì)壓縮后調(diào)制信號(hào)進(jìn)行線性增益，適當(dāng)進(jìn)行功率回退，保證有效抑制調(diào)制信號(hào)PAPR，壓縮前后信號(hào)平均功率不變的前提下，降低壓縮后信號(hào)中大幅值分量的比例；同時(shí)，由式(2)可知，壓縮后信號(hào)平均功率隨著壓縮參數(shù)A、調(diào)制信號(hào)的變化而不斷變化，因此，增益需要根據(jù)壓縮參數(shù)、輸入信號(hào)的變化而變化?；谏鲜龇治觯谑?2)的基礎(chǔ)上添加可調(diào)增益K(μ,x)，令K2(u,x)等于壓縮前后調(diào)制信號(hào)平均功率的比值，即：

(11)

按照式(11)，K(u,x)根據(jù)壓縮參數(shù)、輸入信號(hào)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，在保證壓縮前后信號(hào)平均功率不變的墻體下，降低壓縮后信號(hào)中大幅值分量的比例。同時(shí)，由1.1節(jié)和1.2節(jié)可知，添加可調(diào)增益K(u,x)后，隨著壓縮參數(shù)A的增加，壓縮后調(diào)制信號(hào)的峰值不斷降低。

基于上述分析，對(duì)A律壓縮進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種基于A律壓縮的自適應(yīng)PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR抑制算法，簡稱自適應(yīng)壓擴(kuò)算法，其表達(dá)式為：

y(n)=

(12)

由式(12)可知，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解壓時(shí)，需要分段處理，且功放的非線性特性、噪聲的隨機(jī)性均會(huì)對(duì)給調(diào)制信號(hào)帶來干擾，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解壓，存在歸屬區(qū)域不易區(qū)分的問題，導(dǎo)致PSWF脈沖間良好的正交性進(jìn)一步遭到破壞，嚴(yán)重降低系統(tǒng)的解調(diào)性能。因此，若能夠在接收端直接對(duì)壓縮PSWF調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，即可避免信號(hào)進(jìn)行解壓對(duì)脈沖組間正交性的進(jìn)一步破壞，這給式中壓縮參數(shù)A的取值帶來了較高的要求。那么壓縮參數(shù)A對(duì)PSWF脈沖間正交性有何影響？其取值應(yīng)遵循怎樣的規(guī)則？

2 PAPR抑制方法系統(tǒng)模型構(gòu)建

在第1節(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解壓時(shí)，歸屬區(qū)域不易區(qū)分的問題，在分析所提方法對(duì)PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR、PSWF脈沖組正交性影響的基礎(chǔ)上，構(gòu)建PAPR抑制方法系統(tǒng)模型。該模型在接收端直接對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行檢測，有效解決了對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解壓，存在歸屬區(qū)域不易區(qū)分的問題。

2.1 PAPR抑制方法對(duì)信號(hào)PAPR影響

由于對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行線性增益前后，調(diào)制信號(hào)PAPR不變，故本文所提PAPR抑制方法對(duì)信號(hào)PAPR的抑制能力與原A律壓縮相同。定義PSWF調(diào)制信號(hào)壓縮前后PAPR的比值為α，即：

(13)

同時(shí)，由于A律壓縮前后信號(hào)的峰值不發(fā)生變化，結(jié)合式(5)，式(13)可以化簡為：

(14)

由式(14)可知，對(duì)于PSWF調(diào)制信號(hào)x(n)，其功率Paf為定值，α的數(shù)值與ΔP密切相關(guān)，且由式(8)和式(10)可知，ΔP隨著參數(shù)A的增大不斷增大，因此，α隨著參數(shù)A的增大不斷增大。這表明本文所提PAPR抑制方法對(duì)信號(hào)PAPR的抑制能力，隨著參數(shù)A的增大不斷增強(qiáng)。

2.2 PAPR抑制方法對(duì)脈沖組正交性影響

目前，對(duì)PSWF調(diào)制信號(hào)的解調(diào)主要采用相干解調(diào)，PSWF脈沖組間良好的正交性是調(diào)制信號(hào)正確解調(diào)的關(guān)鍵，而自適應(yīng)壓擴(kuò)算法是一種非線性運(yùn)算，因此會(huì)對(duì)PSWF脈沖間良好的正交性造成一定的破壞，影響系統(tǒng)解調(diào)性能。那么自適應(yīng)壓擴(kuò)算法對(duì)PSWF脈沖間正交性呈現(xiàn)出怎樣的影響？

假設(shè)x(n),n=1,2…,N為壓縮前調(diào)制信號(hào)，壓縮后調(diào)制信號(hào)為y(n),n=1,2…,N，其表達(dá)式為式(12)，PSWF脈沖組正交性與參數(shù)A存在如下關(guān)系：

當(dāng)0≤|x(n)|≤1/A時(shí)：

(15)

這表明信號(hào)幅值在0≤|x(n)|≤1/A的分量，壓縮前后信號(hào)稱線性關(guān)系，不會(huì)對(duì)PSWF脈沖組正交性造成任何影響。

當(dāng)1/A≤|x(n)|≤1時(shí)：

(16)

這表明信號(hào)幅值在1/A≤|x(n)|≤1的分量，壓縮前后信號(hào)稱非線性關(guān)系，會(huì)導(dǎo)致PSWF脈沖組良好正交性下降。

通過上述分析可知，自適應(yīng)壓擴(kuò)算法對(duì)信號(hào)中大幅值分量非線性影響較大，隨著參數(shù)A的增加，影響程度不斷增加，相應(yīng)的對(duì)PSWF脈沖組良好正交性破壞程度不斷加劇。因此，要在接收端對(duì)壓縮后的調(diào)制信號(hào)直接解調(diào)，需要用較小的A值。

2.3 構(gòu)建算法系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型

PAPR抑制方法系統(tǒng)模型如圖1所示，主要由A律壓縮函數(shù)模塊、參數(shù)A設(shè)置模塊、K(μ,x)計(jì)算模塊和乘法模塊4個(gè)模塊構(gòu)成。主要模塊構(gòu)建思路和功能如下：

A律壓縮函數(shù)模塊：對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮處理。根據(jù)式(12)對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，計(jì)算信號(hào)y1(n)，降低調(diào)制信號(hào)PAPR。

參數(shù)A設(shè)置模塊：設(shè)置參數(shù)A的取值。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件，設(shè)置參數(shù)A，保證壓縮后PSWF脈沖組間仍具有良好的正交性。

K(u,x)計(jì)算模塊：獲取參數(shù)K(u,x)的取值。根據(jù)式(11)計(jì)算可調(diào)增益K(u,x)，根據(jù)輸入信號(hào)和壓縮參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)K(u,x)，保證壓縮前后信號(hào)平均功率不變。

乘法模塊：對(duì)PSWF調(diào)制信號(hào)進(jìn)行功率回退。將A律壓縮函數(shù)模塊獲得的信號(hào)y1(n)，與K(u,x)計(jì)算模塊獲得的K(u,x)相乘，計(jì)算自適應(yīng)壓擴(kuò)算法的輸出信號(hào)y(n)。

圖1 自適應(yīng)壓擴(kuò)算法實(shí)現(xiàn)模型

3 仿真分析

在Matlab仿真環(huán)境下，對(duì)自適應(yīng)壓擴(kuò)算法對(duì)PSWF調(diào)制信號(hào)峰值和平均功率、脈沖間正交性的影響以及PAPR抑制能力進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證理論分析的準(zhǔn)確性。同時(shí)，仿真分析PA自適應(yīng)壓擴(kuò)算法對(duì)PSWF調(diào)制信號(hào)的功率譜以及系統(tǒng)誤碼性能的影響，說明自適應(yīng)壓擴(kuò)算法降低PA對(duì)調(diào)制信號(hào)非線性影響的有效性。為更好地分析算法對(duì)PSWF調(diào)制信號(hào)正交性和功率譜的影響，說明所給PAPR抑制方法在降低PA對(duì)信號(hào)非線性影響的有效性，仿真時(shí)將頻帶劃分為多個(gè)子波帶，選用無記憶PA模型Saleh模型。

3.1 仿真條件

① 調(diào)制信號(hào)：頻帶1～1.1MHz，劃分為4個(gè)子波帶，頻譜交疊度為50%，時(shí)間帶寬積c=4 Hz·s，每個(gè)子波帶按能量聚集性由高到低，取前2階PSWF脈沖，疊加生成非正弦時(shí)域正交調(diào)制信號(hào)，并對(duì)調(diào)制信號(hào)幅值進(jìn)行歸一化處理；

② 功率放大器：選用Saleh模型，其AM-AM和AM-PM特性分別如式(1)所示，式中，參數(shù)取經(jīng)典值αa=2、βa=1、αψ=π、βψ=1[11]。

3.2 仿真結(jié)果與分析

圖2為前2個(gè)子波帶，每個(gè)子波帶按能量聚集性由高到低，取前2階PSWF脈沖，疊加生成非正弦時(shí)域正交調(diào)制信號(hào)，壓縮前后信號(hào)峰值和平均功率隨參數(shù)A變化曲線。

(a) 信號(hào)峰值隨參數(shù)A變化曲線

(b) 信號(hào)平均功率隨參數(shù)A變化曲線圖2 壓縮前后信號(hào)峰值和平均功率隨參數(shù)A變化曲線

其中，圖2(a)為壓縮前后峰值隨參數(shù)A的變化曲線，由仿真結(jié)果可知，自適應(yīng)壓擴(kuò)算法能夠有效壓縮調(diào)制信號(hào)峰值，且隨著參數(shù)A值的增加，對(duì)調(diào)制信號(hào)峰值的抑制能力越來越大，有效降低壓縮后調(diào)制信號(hào)中大幅值分量的比例，與理論分析一致。這表明提出的自適應(yīng)壓擴(kuò)算法，能夠有效解決A律壓縮降低信號(hào)PAPR、提高功放效率，從而增加信號(hào)中大幅值分量所占比例，增加調(diào)制信號(hào)非線性失真程度為代價(jià)的問題。圖2(b)為PSWF調(diào)制信號(hào)壓縮前后平均功率隨參數(shù)A的變化曲線，由仿真結(jié)果可知，調(diào)制信號(hào)經(jīng)過自適應(yīng)壓擴(kuò)算法壓縮前后信號(hào)平均功率相同，保證壓縮前后功放IBO不變，保證PA有較高的功放效率，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，與理論分析一致。

3.2.1 調(diào)制信號(hào)功率譜

與圖2仿真結(jié)果相同，圖3為PSWF調(diào)制信號(hào)歸一化功率譜，從圖3(a)中可知，當(dāng)A>1時(shí)，自適應(yīng)壓擴(kuò)算法使信號(hào)頻譜發(fā)生了擴(kuò)展。當(dāng)A=2時(shí)，帶外失真達(dá)到了約20dB，且隨著參數(shù)A的增加，失真越來越嚴(yán)重。同時(shí)，從圖3(b)中可知，當(dāng)A>1時(shí)，調(diào)制信號(hào)壓縮后通過PA，較直接經(jīng)過PA的功放失真信號(hào)，功率譜得到一定程度的改善。當(dāng)A=2時(shí)，帶外失真降低了約0.5dB，且隨著參數(shù)A的增加，改善程度不斷提高。這表明由于自適應(yīng)壓擴(kuò)算法是一種非線性算法，導(dǎo)致調(diào)制信號(hào)有一定程度的失真；但算法能夠有效抑制調(diào)制信號(hào)PAPR，在一定程度上抑制PA對(duì)信號(hào)的非線性影響，改善調(diào)制信號(hào)頻譜。

(a) 壓縮后調(diào)制信號(hào)功率譜

(b) 調(diào)制信號(hào)經(jīng)過PA后功率譜圖3 調(diào)制信號(hào)功率譜

3.2.2 不同參數(shù)μ的PAPR抑制特性

互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)[16](ComplementaryCumulativeDistributionFunction，CCDF)定義為信號(hào)PAPR超過某一門限的概率，用來衡量調(diào)制信號(hào)PAPR統(tǒng)計(jì)特性。與圖2仿真結(jié)果相同，圖4是自適應(yīng)壓擴(kuò)算法在不同參數(shù)A時(shí)，壓縮前后調(diào)制信號(hào)CCDF曲線，由仿真結(jié)果可知，提出的自適應(yīng)壓擴(kuò)算法能夠有效抑制調(diào)制信號(hào)PAPR，當(dāng)A=2，CCDF=10-4時(shí)，經(jīng)過自適應(yīng)壓擴(kuò)算法壓縮前后，PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR分別為8.6 dB和7.7 dB，與原調(diào)制信號(hào)相比，壓縮后調(diào)制信號(hào)PAPR降低約0.9 dB；同時(shí)，隨著參數(shù)A的增加，抑制PAPR的能力越來越強(qiáng)，這表明提出的自適應(yīng)壓擴(kuò)算法能夠有效抑制PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR，與理論分析一致。

圖4 算法PAPR抑制特性曲線

3.2.3 系統(tǒng)誤碼性能

圖5是解調(diào)方式采用相關(guān)解調(diào)的條件下，采用自適應(yīng)壓擴(kuò)算法前后，不同參數(shù)A、并行脈沖路數(shù)時(shí)，系統(tǒng)誤比特率性能仿真曲線。由仿真結(jié)果可知，提出的算法能夠一定程度上降低PA造成的信號(hào)帶內(nèi)失真，提高系統(tǒng)誤碼性能。

由圖5(a)可知，當(dāng)參數(shù)A=2、誤比特率BER=3×10-3時(shí)，較直接經(jīng)過PA的功放失真信號(hào)相比，采用自適應(yīng)壓擴(kuò)算法系統(tǒng)性能提高約4 dB；相對(duì)于未經(jīng)放大器失真的調(diào)制信號(hào)，當(dāng)誤比特率為10-5時(shí)，所需Eb/N0僅增加約0.3 dB。但隨著參數(shù)A的增加，由于自適應(yīng)壓擴(kuò)算法給PSWF脈沖間良好正交性帶來的破壞程度，超過PA帶來的破壞程度，算法對(duì)系統(tǒng)誤碼性能的改善能力不斷降低。

同時(shí)，由圖5(b)可知，在不同PSWF脈沖并行路數(shù)條件下，自適應(yīng)壓擴(kuò)算法對(duì)系統(tǒng)誤碼性能的改善程度不同，當(dāng)參數(shù)A=2時(shí)，隨著并行脈沖路數(shù)的增加，所提算法對(duì)系統(tǒng)誤碼性能的改善能力不斷降低。這表明由于所提算法是一種非線性運(yùn)算，會(huì)導(dǎo)致調(diào)制信號(hào)有一定程度的失真，且補(bǔ)償帶外失真的能力相對(duì)較弱，隨著子波帶的增加，相鄰子波帶之間的干擾增大，降低系統(tǒng)誤碼性能。

通過上述分析可知，本文所給自適應(yīng)壓擴(kuò)算法能夠在保證壓縮前后信號(hào)平均功率不變的前提下，有效降低壓縮后調(diào)制信號(hào)中大幅值分量的比例，抑制調(diào)制信號(hào)PAPR，降低PA對(duì)調(diào)制信號(hào)的非線性影響，在一定程度上改善調(diào)制信號(hào)功率譜，提高系統(tǒng)誤碼性能。

(a) 并行路數(shù)為4時(shí),不同參數(shù)A

(b) 參數(shù)A=2時(shí),不同并行路數(shù)圖5 系統(tǒng)誤碼率性能比較

4 結(jié)束語

針對(duì)PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR較高，易受PA非線性影響的問題，結(jié)合A律壓縮，在分析參數(shù)A對(duì)調(diào)制信號(hào)峰值和平均功率影響機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了一種基于A律壓縮的PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR抑制方法，并構(gòu)建了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型，為基于A律壓縮的峰均比抑制方法適用性提升、參數(shù)優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)。需要特別說明的是，在本文3.1節(jié)仿真條件下，A=2時(shí)，系統(tǒng)具有較好的誤碼性能，如果應(yīng)用場景發(fā)生變化，參數(shù)A的取值也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。同時(shí)，由于所提算法是一種非線性運(yùn)算，會(huì)導(dǎo)致調(diào)制信號(hào)有一定程度的失真，且補(bǔ)償帶外失真的能力相對(duì)較弱。隨著子波帶的增加，相鄰子波帶之間的干擾不斷增大，降低系統(tǒng)誤碼性能。如何抑制壓縮后信號(hào)帶外失真，降低相鄰子波帶之間的干擾，提高系統(tǒng)誤碼性能，將是我們后續(xù)工作的關(guān)注重點(diǎn)。

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A New PAPR Reduction Method for PSWF Orthogonal Modulation Signal

MAO Zhong-yang1,2,3,LU Fa-ping1,2,LIU Chuan-hui1,2,KANG Jia-fang1,2,LIU Xiao1,2

(1.Department of Electrical and Information Engineering,Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai Shandong 264001,China;2.Key Laboratory on Signal & Information Processing of Shandong Province,Yantai Shandong 264001,China;3.China Electronic System Corp.,Beijing 100141,China)

A new companding transform based on A-law companding schemes is proposed for the reduction of Peak-to-Average Power Ratio(PAPR) of Prolate Spheroidal Wave Function(PSWF) orthogonal modulation signal,which causes serious degradation in performance when a nonlinear power amplifier(PA) is used.Both the mathematical deduction and simulation result show that the proposed method can effectively reduce PAPR of PSWF orthogonal modulation signal,improve the power spectrum of the signal,and effectively improve the bit error rate performance of system.

prolate spheroidal wave function;peak-to-average power ratio;companding transform;adaptive

10.3969/j.issn.1003-3114.2017.02.02

毛忠陽,陸發(fā)平,劉傳輝,等.一種新的PSWF調(diào)制信號(hào)PAPR抑制方法[J].無線電通信技術(shù),2017,43(2)：06-11,20.

2016-11-15

山東省“泰山學(xué)者”建設(shè)工程專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)基金資助項(xiàng)目(ts20081130)；中國博士后科學(xué)基金特別資助項(xiàng)目(2016T91018)

毛忠陽(1979—)，男，副教授，主要研究方向：現(xiàn)代通信系統(tǒng)、非正弦波通信、無線光通信等。陸發(fā)平(1991—)，男，博士研究生，主要研究方向：現(xiàn)代通信系統(tǒng)、非正弦波通信。

TN911.7

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1003-3114(2017)02-06-6