MC-CDMA的关键技术问题

　　MC-CDMA系统中各个载波所传输的信号互相统计独立，多个子载波信号叠加之后服从高斯分布，当这些信号恰好以峰值点叠加时，MC-CDMA信号就会产生的峰值，峰值平均功率比（peak-to average power ratlo，PAPR）也相应比较大，随着子载波个数的增加，PAPR的值也会线性增加，并且远远高于单载波系统。因此系统对于D／A、A／D和射频前端放大器的线性范围要求非常高。目前基站多采用甲乙类功放以提高效率，这是一种非线性功放，线性范围受限。如果信号幅度超过A／D、D／A的线性范围，会产生信号失真，严重影响系统性能；如果信号功率超过功放的线性范围，会产生互调干扰和信号带外再生，从而造成传输信号的频谱扩散和非线性，同时对邻近信道造成干扰，使得系统传输质量变坏，覆盖范围减小。由于此问题是OFDM技术本身的缺点之一，所以目前国内外对于降低OFDM信号的峰均功率比已经进行了许多的研究，概括起来大的方向主要采取两种解决方案：峰平比降低技术和放大器线性化技术。放大器线性化技术是对放大器所引起的非线性进行预补偿；而常用的峰平比降低技术包的技术主要可以分为三大类：限幅类技术、信号扰码类技术和编码类技术。其中限幅类技术是简单、直接的降低峰平比的方法，它通过对信号进行非线性处理，使其不会超出放大器的动态变化范围，从而有效地降低信号的峰平比。但由于这种方法会引入较大的限幅噪声，导致整个系统误码性能的下降。针对无线LAN系统有一种基于限幅和滤波技术的峰平比降低调制器的解决方案。但是由于这种方法引入了比较大的非线性失真，所以现在已经基本失去研究意义。

　　编码类技术的基本原理是利用编码方法产生峰平比较小的符号，但是可供使用的编码图样非常少，特别是当子载波数量N较大时，编码效率会非常低，而且对星座种类有限制，因而具有一定的局限性。在对这类技术的研究中，有利用格雷互补码来降低峰平比的方法。除此之外，还有自适应选择扩频码的方法来降低PAPR，但是选择的依据只仅仅依据扩频码系列的自相关函数的旁瓣值大小来选择，没有考虑互相关函数和多址干扰等因素，具有很大的局限性。在此基础上，可以通过对降低PAPR问题进行了系统详细的理论分析，得出多载波CDMA的发射信号要求有三个典型的性质：低信号包络动态范围（对应D／A、A／D的线性要求）、低峰平功率It（对应功率放大器的线性要求）、低频域互干扰（对应抑制MAT的要求）。并且，经过理论推导和分析后得出：系统发射信号的峰值因子上限由所采用的扩频序列的离散傅里叶变换的峰值决定；系统发射信号的峰平比由用户伪随机地址码序列的自相关函数和各用户伪随机地址码序列的互相关函数决定；谱相关函数的幅值决定了系统多址干扰（MAT）的大小。提出了利用改进的格雷互补码来降低MC CDMA系统的峰平比的方法，综合效果比格雷互补码更好。

　　信号扰码技术着眼于降低高PAPR出现的概率，选择PAPR的信号发送，这种方法不受子载波数及星座种类的限制，但是需要传送附加信息位，频带利用率低而且需要高的计算复杂度和硬件实现。目前此技术中对选择性映射（selec-tlve mapplng，SLM）和部分传输序列（partial transmlt sequences，PTS）这两种方法研究的较多。SLM方法计算复杂度较高，改进的方法通过IFFT分级变换将相位矢量加权在IFFT变换的中间级，从而降低了SLM方法的计算复杂度。通过仿真验证了改进的SLM方法在降低计算复杂度的同时几乎不损失系统的PAPR性能。针对降低PTS方法复杂度的次优化迭代算法进行了分析和仿真，并对次优化迭代算法提出了改进，通过扩大相位矢量的搜索范围优化了次优化迭代算法的PAPR性能。通过仿真和复杂度比较验证了改进的次优化算法可以在降低PTS方法复杂度的基础上获得很好的PAPR性能。

　　综合考虑各种MC CDMA中降低峰平比的方法，可以得出：如果选用Golay互补码作为扩频码，系统的PAPR为；如果选用正交Gold码或者Golay互补码作为扩频码，系统的PAPR基本不随用户数的变化而改变。把SLM方法引入MC CDMA系统，推导了使用SLM的MC CDMA系统PAPR的上边界。通过计算仿真，比较了有无SLM的MC＝CDMA系统PAPR特性，研究了SLM中的不同相位序列对PAPR分布以及PAPR和用户数之间关系特性的影响。仿真结果表明，SLM对于MC CDMA系统PAPR具有明显的减小作用。如果SLM中采用相位序列选择随机序列、Shapiro Rudin序列或者Golay互补序列时，PAPR的减小效果更佳，而且PAPR基本不随用户数的变化而改变。