基于限幅濾波降低OFDM系統峰均比算法的研究

摘 要：OFDM 技術擁有優異的對抗碼間干擾和信道選擇性衰落的能力，其較高的頻譜利用率、數據傳輸能力使得OFDM技術得到了廣泛的應用。但其較高的峰值平均功率比使得信號容易進入功率放大器的非線性區域，從而造成信號失真，增加了系統的誤比特率。因此，對于減小OFDM信號的峰均比，使其擺脫PAPR限制的瓶頸，改善通信水平意義重大。

關鍵詞：OFDM 峰均比 限幅濾波

中圖分類號：TN914.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-01

OFDM是一種無線環境下的高速傳輸技術，OFDM信號由多個子載波信號構成，要傳輸的數據序列決定著OFDM的相位。對某些數據，這些子載波信號可能同相，在幅度上疊加在一起會產生很大的瞬時峰值幅度，導致較高的峰值平均功率比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）。

1 系統的峰均比

OFDM 信號由多個獨立調制的子載波信號疊加而成的，當這些信號相位一致時就可能疊加產生大的峰值功率（Peak power），由此帶來大的峰均功率比定義為： 當子載波個數N足夠大時，OFDM信號為滿足正態分布的隨機信號，其峰均比超過某一門限z的概率可以用互補累積分布函數（CCDF，Complementary Cumulative Distribution Function）表示：

2 限幅濾波算法

限幅法的基本工作原理是：設定一個 PAPR 門限，對超過這個門限值以外的OFDM 信號幅值進行削減。雖然 OFDM 信號最大峰值功率很高，但是很少會出現高 PAPR 情況。方法較為簡單，經過反復剪波和濾波處理后降低 PAPR 的效果顯著。圖1顯示了，限幅濾波前后的OFDM信號的時域波形的對比。

限幅率CR決定限幅的過程，其核心內容是：設定一個限幅門限，對于時域 OFDM 信號中幅值超過該門限值的部分直接進行削減，但削峰前信號的相位不變；直接輸出OFDM 時域信號的幅值小于限幅門限值的部分，且不做任何改動。

在限幅濾波算法中，由限幅率CR（clippingratio）作為核心的參數來判定以上式子中限幅門限C的數值。其可定義為：

其中為信號功率的均方根，即有：

因此，根據以上兩個公式，就可以推出限幅門限值C的表達式：

3 結語

通過圖2對互補累積分布函數的計算，在OFDM系統中，通過限幅濾波算法，在限幅率CR=0.6時，可以取得2 dB左右的收益。

參考文獻：

[1] 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].6版.北京：國防工業出版社，2008.

[2] J.A.C.Bingham.Multicarrier modulation for data transmission：An idea whose time has come[M].IEEE Commun.Mag，1990，28：5，14.