多载波通信中峰均比问题分析

对付峰均比的一些明白之阳早格格创做峰均比，或者称峰值果数(crest factor)，简称PAR （peak-to-average ratio ），或者喊峰均功率比(简称PARR,peak-to-average power ratio).先道定义：峰均比是一种对付波形的丈量参数,等于波形的振幅除以灵验值(RMS)所得到的一个比值.C=rms peakx x || 对付那个定义另有一种明白：峰值的功率战仄衡功率之比.那里先相识峰值功率：很多旗号从时域瞅测本去不是恒定的包络，而是如底下图所示：峰值功率既是只以某种概率出现的肩峰的瞬时功率.常常概率与为0.01%.仄衡功率是系统输出的本质功率.正在某个概率下峰值功率跟仄衡功率的比便称为某个概率下的峰均比，比圆PAR=9.1@0.1%,百般概率的峰均比便产生了CCDF 直线（互补乏积分散函数）.正在概率为0.01%处的PAR,普遍称为CREST 果子. 尔的认识，峰均比的应用有二种：1、正在射频中用去评介器件非理念线性戴去的做用. 2、 正在安排办法上的分歧，那里基原的先相识单载波战多载波.（1）峰均比不妨用去评介器件(基戴DAC战RF的HPA)非理念线性戴去的做用，所以正在本质中峰均比越大的旗号，正在应用相共非线性器件时需要引进越大的功率回退.然而正在本质中旗号中大概有很多小于峰值的次峰，峰均比不克不迭表示出去，然而是略小于峰值的次峰，那么非线性对付旗号的畸变做用本去不大.天然，PAPR 不过一个简朴的指标，本去不克不迭真足决定旗号受非线性的做用.逻辑上用幅度的概率分散该当会更透彻一些，然而是本质应用会很贫苦.（2）对付于单载波战多载波的峰均比是有些分歧的：正弦波（单载波）有峰均比一道.那个比值是峰值功率跟均值功率的一个比，是时间域丈量截止.既然是时域的截止，便一定要附上采样时间.比圆正弦波，您闭心它的一个周期内的个性，正在一个周期采很多面，那得到数据便会有峰均比.如果闭心几个周期，每个周期惟有一个面，那么截止便是不峰均比.通常正在通疑内里的峰均比皆是与宽戴旗号，也便是闭心多个周期的数据.那么正在多个正弦波（多载波）时间，由于相位做用，周期与周功夫功率是纷歧样的，也便会出现峰均比.普遍不太闭心一个周期内的旗号功率变更.对付于IQ调造旗号，咱们常常测一个或者几个slot的能量，多个chip的数据，也是时域丈量.那是正在一定采样时间上头得到的，不太闭心，某个chip的电压变更.那是一些其余的明白：旗号峰均比是时域丈量的截止,正在一个宽戴旗号里存留多个周期的时域旗号,那么不管是恒包络旗号仍旧非恒包络旗号,正在一个以至几周期之内由于相位变更而引起功率输出变更.根据百般调造旗号的个性其输出峰值功率跟均值功率的比值也纷歧样.然而是对付于一个宽戴旗号而行,其某一时域内的所有频戴的输出功率仍旧存留好别的,而普遍需要统计PAR指目标系统均为多载波旗号:比圆OFDM旗号,正在子载波数目很多的情况下,PAR能下达十几个DB；对付多载波的WCDMA系统，正在其下线性央供时也会有下PAR指标.其个性主假如对付所有系统线性度的考量.如恒包络调造，峰均比为0dB.单载与多载的峰均比.前者是与调造办法有闭，也与数据源有闭，强调的是调造办法自己.里后者主假如载波数量有闭，强调的是多载之间的相位闭系.另有，不克不迭殽杂多载与宽戴之间的闭系.宽戴纷歧定多载，如WCDMA，单载便3.84MHz，而OFDM中单载15KHz, 果此WCDMA单载戴宽相称于OFDM多载的戴宽.中加书籍上的明白：小结：由于OFDM收射端功率搁大器的非线性,下的峰均功率比会引导旗号的频谱扩展,共时落矮了搁大器的处事效用.。

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先说定义：峰均比是一种对波形的测量参数,等于波形的振幅除以有效值(RMS)所得到的一个比值。

C=对这个定义还有一种理解：峰值的功率和平均功率之比。

这里先了解峰值功率：很多信号从时域观测并不是恒定的包络，而是如下面图所示：峰值功率既是只以某种概率出现的肩峰的瞬时功率。

通常概率取为0.01%。

平均功率是系统输出的实际功率。

在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为某个概率下的峰均比，比如PAR=9.1@0.1%,各种概率的峰均比就形成了CCDF曲线（互补累积分布函数）。

在概率为0.01%处的PAR,一般称为CREST因子。

我的认识，峰均比的应用有两种：在射频中用来评价器件非理想线性带来的影响。

在调整方式上的不同，这里基本的先了解单载波和多载波。

（1）峰均比可以用来评价器件(基带DAC和RF的HPA)非理想线性带来的影响，所以在实际中峰均比越大的信号，在应用相同非线性器件时需要引入越大的功率回退。

但在实际中信号中可能有很多小于峰值的次峰，峰均比不能表示出来，但是略小于峰值的次峰，那么非线性对信号的畸变影响并不大。

当然，PAPR 只是一个简单的指标，并不能完全确定信号受非线性的影响。

逻辑上用幅度的概率分布应该会更精确一些，但是实际应用会很麻烦。

（2）对于单载波和多载波的峰均比是有些不同的：正弦波（单载波）有峰均比一说。

多载波水声通信峰均比抑制技术研究水声通信受水声带宽资源限制,因此,针对具有高频谱利用率的通信方式进行深入研究尤为重要。

多载波调制技术具有与扩频或其他通信技术相比的较高的频谱利用率。

其中,正交频分复用技术是多载波调制技术中的一种,其子载波间具有正交性,使得其频谱利用率更高,并且还有调制和解调实现简单的优点,在高速水声通信中得到了广泛的应用。

但由于正交频分复用技术是由多个子载波叠加而成,随着子载波数目的增加会产生较高的峰值平均功率比,简称峰均比,这种高峰均比需要水声通信的功率放大器具有更大的工作范围,同时也导致系统能量利用率的降低。

尤其当信号的峰值功率超出功放的线性工作范围时,产生的削波会对系统的误码率性能造成影响。

因此,研究降低正交频分复用水声通信系统峰均比的算法和其他具有较低峰均比的多载波技术,具有提高多载波水声通信系统能量利用率、促进多载波水声通信技术发展的意义。

论文首先从多载波技术中的典型技术-正交频分复用技术入手,分别研究了几种峰均比抑制算法,之后针对无线电第五代通信技术中的一种新兴多载波技术展开研究,从其峰均比特性入手,并将其应用范畴扩展到水声领域中。

论文的主要工作有以下几方面:1.研究了信号预畸变类降低峰均比技术中的限幅技术。

研究了基于限幅技术的改进算法-压缩感知重构限幅噪声法在正交频分复用水声通信系统中的应用,并与传统限幅法及同属该类技术的另一种技术-压扩变换技术做比较分析。

之后,为进一步提高系统性能,将该算法与压缩感知信道估计算法相结合,提出重叠压缩感知法,并通过仿真和实验进行验证。

2.研究了信号预畸变类降低峰均比技术中的压扩变换技术。

通过研究无线电中常用的压扩变换技术及其在水声通信系统中的应用,将压扩变换参数改进,提出将压扩变换算法的参数进行改进并研究改进算法在正交频分复用水声通信中的应用效果,与无线电中的压扩变换法做比较。

之后,针对压扩变换过程产生的量化噪声导致系统误码率高的问题,研究了改进压扩变换法,通过改进接收端结构降低压扩变换法产生的量化噪声对系统的影响,提高压扩变换法的性能并通过仿真和实验进行了验证。

多载波通信系统峰值平均功率比抑制算法的研究多载波通信技术具有高效的频谱利用率和良好的抗多径衰落性能,是一种适用于无线环境下高速数据传输的技术。

目前,以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)为代表的多载波技术已经成功应用于智能导航、卫星通信、数字视频广播、无线接入网和电力线通信等领域,是下一代移动通信系统颇具竞争力的关键技术：多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术在不增加带宽和发射功率的情况下能够成倍地提高通信系统的信道容量和频谱利用率；将OFDM技术和MIMO技术相结合的MIMO-OFDM系统具有更好的性能。

然而,多载波通信系统存在峰值平均功率比较高的缺点,容易导致信号失真、频谱扩展、系统性能下降,是其得到广泛应用的主要障碍,因此如何有效抑制峰值平均功率比已经成为多载波通信系统的研究热点。

本文深入研究了多载波通信系统的特点和高峰值平均功率比信号产生的原因,针对OFDM系统及MIMO-OFDM系统具有的不同特点,提出适用于不同多载波通信系统的峰值平均功率比抑制算法,有效地降低了信号的峰值平均功率比,并通过仿真实验验证了算法的有效性。

系统分析了多载波通信中峰值平均功率比的统计特性及其影响因素,研究了OFDM信号在离散时间域和连续时间域中峰值平均功率比性能的差异,并给出了离散时间域过采样率的选择准则。

同时,分析了OFDM信号自相关性与峰值平均功率比之间的对应关系,为设计有效的峰值平均功率比抑制算法提供了重要的理论依据。

部分传输序列法采用穷举搜索寻找最优相位因子,计算复杂度较高。

针对这一问题,提出了基于非线性优化的部分传输序列算法,将最优相位因子的求解过程转化为具有非线性约束条件的全局优化问题,应用模拟退火算法在全局范围内求解最优相位因子,有效地避免了对相位因子的穷举搜索,得到具有较低峰值平均功率比的信号,显著降低了系统的计算复杂度；应用粒子群优化求解最优相位因子,采用汉明距离重新定义粒子更新公式,使相位因子搜索能够快速跟踪最优相位因子的方向,从而得到具有较低峰值平均功率比的信号。

多载波系统降低峰均比技术的研究的开题报告一、研究背景和意义在通信系统中，峰均比（PAPR）是一种重要的性能参数。

峰均比越大，说明系统中包含的高峰信号与平均信号之比越大，这会导致系统的非线性失真发生。

因此，降低峰均比被认为是提高系统性能的一种重要手段。

传统的降低峰均比的方法包括均衡调制、片式线性调制和无线电前端等技术。

然而，这些方法都存在一些缺陷，如均衡调制对带宽要求较高，片式线性调制的复杂度高等。

因此，研究新的降低峰均比技术具有重要的理论和实际意义。

多载波系统是一种利用多个子载波进行传输的通信系统。

多载波系统具有高频谱利用率和高可靠性的特点，因此在现代通信系统中被广泛应用。

近年来，多载波系统在降低峰均比方面也取得了一些进展。

通过在不同子载波上调制不同的信息，在频域上分离信号，进而降低整个系统的峰均比。

因此，本文拟研究基于多载波系统的降低峰均比技术，探究多载波系统中的峰均比问题，分析多载波系统降低峰均比的基本原理和实现方法，通过数学建模和仿真验证等方法，深入探究基于多载波系统的降低峰均比技术的优化和改进问题。

二、研究内容和方法本文主要研究基于多载波系统的降低峰均比技术，具体内容和方法如下：1. 多载波系统中的峰均比问题分析。

通过分析传统通信系统中的峰均比问题和多载波系统的特点，深入探究多载波系统中的峰均比问题，为后续技术研究提供理论基础。

2. 多载波系统的峰均比降低原理。

根据多载波系统中子载波之间的正交关系，探究多载波系统的峰均比降低原理，分析不同的调制方式对峰均比的影响。

3. 多载波系统峰均比降低算法研究。

基于多载波系统的峰均比降低原理，提出一些新的算法或改进现有的算法，包括选择合适的调制方式、子载波分配策略等，进一步优化和改进多载波系统的峰均比降低效果。

4. 多载波系统峰均比降低技术的仿真验证。

通过数学建模和计算机仿真等手段，对所提出的多载波系统峰均比降低技术进行仿真验证，评估其性能和可行性。

光通信系统中的峰均比特性分析光通信系统是一种通过光信号传输数据的高速通信系统。

它具有带宽高、传输速度快、信号抗干扰能力强等特点。

但是，光通信系统中存在着一个被称为峰均比特性的问题。

本文将就光通信系统中的峰均比特性进行分析。

一、峰均比特性的定义和影响因素峰均比特性(PAPR)是指光通信系统中信号最大值与平均值的比值。

它是衡量信号瞬时功率与平均功率之间差异程度的指标。

峰均比特性越大，意味着信号瞬时功率与平均功率之间差异越大。

峰均比特性的大小会对光通信系统的性能产生影响。

峰均比特性的大小由许多因素决定，包括光载波形式、多径干扰、调制调制技术等。

在实际应用中，我们通常采用一些技术手段来降低峰均比特性，例如，OFDM技术、特定序列的调制方式等。

二、峰均比特性的影响峰均比特性的影响主要表现在两个方面，一是对系统性能的影响，另一个是对信道的影响。

峰均比特性对系统性能的影响主要表现在以下几个方面：1. 误码率：峰均比特性越大，则系统的误码率越高。

对于低信噪比的信道，峰均比特性对失真的影响尤为显著。

2. 功率谱密度：峰均比特性的大小会影响信号的功率谱密度。

如果峰均比特性太高，会导致信号的波形失真，进而使功率谱密度产生严重的畸变。

3. 动态范围：光通信系统中的放大器等器件，会受到信号的最大值的限制。

如果峰均比特性过高，会导致动态范围减小，从而限制了系统的传输距离和带宽。

对信道的影响主要有以下两个方面：1. 多径干扰：在复杂的信道情况下，如大气光通信、移动通信中，信号会发生多次反射、散射等影响。

峰均比特性的大小会影响不同路径产生的信号的幅度分布，从而导致多径干扰变得更加复杂。

2. 回波扰度：在光通信系统中，峰均比特性过大时，信号的峰值发生概率性波动，会导致信号回波变得更加严重。

三、峰均比特性的解决方案目前，光通信系统中的峰均比特性问题仍然没有完全解决。

但是，已经出现了一些可以降低峰均比特性的技术手段：1. OFDM技术：OFDM技术是一种多载波调制技术，它可以将窄带信号分成多个子信号同时进行调制，从而降低峰均比特性。

第3章 OFDM 中的峰均比问题一、OFDM 系统中的峰值平均功率比（一）峰均比的定义OFDM 信号复数基带信号为12(/)()01()()()s s N j n T t iT n s i n s t b i e p t iT N π∞--=-∞==-∑∑ （1.1）式中，s T 为OFDM 时域符号长度；()n b i 为第i 个OFDM 符号中的第n 个子载波的调制数据；()p t 为幅度为1、宽度为s T 的矩形函数；N 为子载波数，即子信道个数。

峰值平均功率比(Peak-to-Average Power Ratio)，简称峰均比。

由于OFDM 信号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的，这样的合成信号很可 能产生比较大的峰值功率，因此产生较大的峰均比PAR ，峰均比的定义为2102max PAR(dB)10log ()n n n x E x = （1.2）其中，n x 表示经过IFFT 运算后得到的输出信号，即101N nk n kN k x X W N -==∑ （1.3）除峰均比外，另外一种用于描述信号包络变化的参数是峰值系数CF （Crest Factor ），该参数被定义为最大信号值与均方根之比，即102max 10log ()n n n x CF E x = （1.4） 本章采用PAR 来衡量OFDM 系统的峰值参数。

（二）高峰均比对OFDM 系统的影响随着子信道数目N 的增加，PAR 的最大值也会增大，这就对发送端前端放大器的线性范围提出了很高的要求。

较高的峰值平均功率比是OFDM 系统的一个主要缺点，这个缺点对于系统性能存在很大的威胁性。

对于多载波系统而言，OFDM 发射机的输出信号的瞬时值会有较大的波动，这势必要求系统内的一些部件，如功率放大器、A/D 、D/A 转换器等具有很大的线性动态范围；另一方面，这些部件的非线性也会对动态范围较大的信号产生非线性失真，所产生的谐波会造成子信道间的相互干扰，从而影响OFDM 系统的性能。

多载波系统峰均比技术的研究的开题报告
一、研究背景与意义
多载波系统是一种常用的频分复用调制技术，应用非常广泛。

由于信道传输的限制，无论是数字通信系统还是模拟通信系统，都会出现信号失真和噪声干扰等问题。

峰均比是一种反映信号峰值和平均功率之间比较的参数，多载波系统中的峰均比问题尤为突出。

对于一些高性能、低误码率的通信系统，如无线电视广播系统、局域网等，在多载波系统中使用峰均比技术是必不可少的。

因此，本文旨在研究多载波系统中峰均比技术的应用问题，给出一些有益的启示和建议。

二、研究对象和方法
本文的研究对象是多载波系统中的峰均比技术。

首先，我们将了解多载波系统和峰均比的基本知识，分析多载波系统中的峰均比问题，探讨峰均比技术的应用原理和方法。

然后，我们将进行相关的实验和仿真分析，通过对仿真结果的分析和对比，评估多载波系统中峰均比技术的性能。

最后，我们将基于研究的结果，提出一些对多载波系统的峰均比技术应用较有价值的建议。

三、预期研究成果
本文的预期研究成果包括以下几个方面：
(1) 深入了解多载波系统和峰均比的基本知识。

(2) 分析多载波系统中的峰均比问题，探讨峰均比技术的应用原理和方法。

(3) 经过实验和仿真分析，评估多载波系统中峰均比技术的性能。

(4) 提出一些对多载波系统的峰均比技术应用较有价值的建议。

峰均功率比什么是峰均功率比？峰均功率比（Peak-to-Average Power Ratio，简称PAPR），是用来描述无线通信系统中信号的波形复杂程度的一个指标。

它是指信号的最高幅值与平均幅值之比，也可以理解为信号在时域上的波动程度。

PAPR越高，表示信号波形越复杂，对于无线通信系统来说，这会带来一系列问题。

PAPR对无线通信系统的影响1. 降低系统容量当PAPR较高时，需要更大的动态范围才能保证传输质量。

因此，在相同带宽和发射功率下，PAPR较高的信号会占用更多的频谱资源和发射功率资源，导致系统容量降低。

2. 增加误码率当PAPR较高时，会出现峰值过大或过小的情况，这会导致非线性失真和多径效应等问题。

这些问题都会增加误码率，降低传输质量。

3. 增加功耗和成本为了保证传输质量，在设计无线通信系统时需要考虑到PAPR对于发射功率放大器（Power Amplifier）的要求。

当PAPR较高时，需要更高的线性度和更大的动态范围，这会增加功耗和成本。

PAPR的测量方法1. CCDF法CCDF（Complementary Cumulative Distribution Function）法是一种常用的测量PAPR的方法。

它是通过统计信号在时域上峰值出现的概率来计算PAPR。

具体方法是将信号进行傅里叶变换，并将其转换为功率谱密度函数（PSD）。

然后，对于每个幅度值，计算出其出现的概率，并绘制出概率分布函数（CDF）。

最后，通过1-CDF得到CCDF，并从中读取PAPR值。

2. 扫描法扫描法是另一种常用的测量PAPR的方法。

它是通过对信号进行扫描来寻找最大幅度点，并计算其与平均幅度之间的差值来计算PAPR。

具体方法是将信号进行傅里叶变换，并将其转换为频域上各个子载波上的复数值。

然后，对于每个子载波，计算其最大幅度点与平均幅度之间的差值，并求出所有子载波中最大差值。

最后，通过该差值与平均幅度之比得到PAPR值。

第四章非线性压缩扩张技术抑制峰均比图４．４ＯＦＤＭ信号处理前后的波形对ＯＦＤＭ时域信号进行非线性变换，必然会造成对小信号进行了增强，对大信号进行了压缩。

系统的传输后误码率性能会发生变化。

本文方法与不加任何变换的原信号间存在着一定差距，但本方法却获得了相对较低的峰均比以及较小的动态范围，有着它独有的优势。

第五章多载波干扰中降低峰均比的研究图５．１两种组合相位的合成信号对比５．２．２时间掩模法令式（５．５）右边的第二项和Ｅ（ｆ）为０，就可以得到：皖：一１—ｋ（ｋ—－２）兀，（１≤ｔ≤Ⅳ）２Ｎ一２进一步研究发现其余的部分和项为零时，其相位解有ｑ疵传一移必Ⅳ一力的形式（ｑ为参数，ｑ＜１）。

式（５．４）右边的各个和项包含的余弦项的数目越来越少。

Ｘ（ｆ）对ＰＡＰＲ的影响大于艺（ｆ），依次类推，巧一１（ｆ）对ＰＡＰＲ的影响最小；同时考虑到子载波数Ⅳ较大，可以推测到，使Ｐｏ（ｔ）进一步减小的相位解应该有：岛：口坐』冗川一ｌ其中，口为待定优化参数。

不同的口有不同的ＰＡＰＲ值。

如图５．２所示，当口卸．９时ＰＡＰＲ最小，可以收敛到接近２．２ｄＢ，比Ｎａｒａｈａｓｈｉ方案减小０．４ｄＢ，将见姐９等霄看作是Ｎａｒａｈａｓｈｉ㈣￥Ｔ，称之为Ｉ－Ｎ（ＩｍｐｒｏｖｅｄＮａｒａｈａｓｈｉ）方案【删。

３７第五章多载波干扰中降低峰均比的研究的频谱的能量相对与载波的频谱能量显得非常的低。

正是由于补偿后信号的特殊频谱结构，可以使得合成信号通过放大器后将该补偿信号通过滤波装置滤除即可，这样既提高了放大器的效率，又没有改变原始信号的本质特征。

图５．７原始信号与补偿优化后信号比较图５．８原始信号与补偿优化后信号的幅度频谱比较４５。

5G峰均比一、5G 峰均比的概述峰均比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）是衡量信号功率动态范围的一项重要指标，尤其在5G无线通信中，峰均比成为一个关键的性能参数。

5G 信号由于其带宽大、调制方式复杂以及多载波聚合等特性，其峰均比通常远高于传统的移动通信系统。

峰均比的增大不仅会增加信号的功率放大需求，而且会增加对射频功率放大器的非线性失真和功耗要求，这都会影响整个通信系统的性能和效率。

因此，对5G峰均比的理解和优化至关重要。

二、5G峰均比的影响因素5G信号的峰均比受到多种因素的影响。

首先，5G使用的多种先进调制技术和宽带信号是其高峰均比的主要原因。

例如，16QAM（Quadrature Amplitude Modulation）和64QAM等高阶调制方式会在信号幅度上产生较大的波动，进而增大峰均比。

其次，5G通信常采用多载波聚合技术以增加传输带宽，这也将导致更高的峰均比。

此外，信号的动态范围、功率放大器的非线性特性以及硬件限制等也会对峰均比产生影响。

三、降低5G峰均比的方法针对5G的高峰均比问题，有多种降低峰均比的策略和方法。

首先，可以采用预畸变技术来改善功率放大器的线性度，从而减小信号的畸变失真。

具体来说，可以在信号发送端对信号进行预畸变处理，使其在经过功率放大器时能够得到更好的线性放大效果。

此外，还可以采用动态功率控制和自适应调制编码等技术来减小信号的动态范围，从而降低峰均比。

在硬件层面，可以优化射频功率放大器设计以降低其非线性失真。

例如，采用更先进的材料和设计方法，优化功放管的物理参数和电路设计，从而提升功放的线性度和效率。

此外，使用可变增益放大器（VGA）和动态偏置技术可以根据信号的幅度动态调整放大器的增益和偏置参数，进一步减小信号的峰均比。

四、结论5G峰均比作为影响系统性能的关键参数，对于5G无线通信系统的性能和效率至关重要。

通过理解影响5G峰均比的因素以及采取有效的降低峰均比的策略和方法，可以优化5G通信系统的性能和效率。