采用非等概率非均匀星座整形并结合削波与滤波技术的高容量低PAPR BICM-OFDM系统

《IEEE Transactions on Communications》：High-Capacity and Low-PAPR BICM-OFDM Systems Using Non-Equiprobable and Non-Uniform Constellation Shaping With Clipping and Filtering

　　

摘要：

我们研究了一种基于比特交织编码调制（BICM）的高容量、低峰均功率比（PAPR）正交频分复用（OFDM）系统设计，该设计采用了非等概率非均匀（NENU）星座图以及削波滤波（CAF）技术。所提出的星座图是通过截断高斯分布并合并星座点来生成的，前者可形成非均匀星座图（NUC），后者则用于调整信号点的数量，从而进一步提升总比特互信息（BMI）。与其它基于穷举搜索的方法不同，这些星座图仅需两个参数即可唯一确定，即NUC相关参数和星座点数量。由于自由度较低，数值优化过程的复杂度可以大大降低。我们重点研究了基于一维的星座图设计，也就是脉冲幅度调制（PAM），这有助于降低BICM接收机的解映射复杂度。在发射端使用CAF技术可以有效降低OFDM信号的PAPR值，但同时也会引入削波噪声，进而影响误码率性能，因此需要在接收端采用削波噪声消除（CNC）技术。因此，我们在存在CAF和CNC的情况下对NENU星座图进行了优化。仿真结果表明，将星座图优化与CAF、CNC相结合，能使BICM-OFDM系统在加性高斯白噪声（AWGN）以及频率选择性衰落信道中同时实现低PAPR和高频谱效率。此外，对比研究也表明，在衰落信道条件下，所提出的系统的PAPR值和比特误码率性能均显著优于单载波系统（即DFT预编码BICM-OFDM）。