基于OFDM系統的峰均比抑制技術研究

王東 田小兵 陳書浩

【摘要】 OFDM是一種多載波調制技術，具有良好的抗多徑干擾性能，適用于高速數據傳輸。但是其峰均比較高，應用受到了限制，因此有必要研究降低PAPR的方法。本文首先介紹了OFDM系統PAPR的基本概念，然后討論了目前常用的降低PAPR的概率類方法，最后對SLM和PTS方法進行了比較分析。

【關鍵詞】 正交頻分復用 峰均比 部分傳輸序列 選擇性映射

一、引言

正交頻分復用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系統輸出信號是多個子載波信號的疊加，存在較高的峰值平均功率比（PAPR，peak to average power ratio），從而影響OFDM系統的性能。文中主要對OFDM系統的峰均比以及降低峰均比的技術進行研究。

二、PAPR定義及改善措施

與單載波系統相比，OFDM符號是由多個獨立的子載波信號疊加而成。經過IFFT運算之后所得到的輸出信號為

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其中Xk=[X0，X1，…，XN-1]，k=0，1，N-1。

當N個子載波相位相同時，OFDM符號的峰值功率為平均功率的N倍，由此會帶來較大的峰值平均功率比，簡稱峰均比（ PAPR） ，定義為：

■

當OFDM信號峰值進入功率放大器的非線性工作區域時，信號會產生畸變，最終導致各個子信道間的正交性遭到破壞，子信道間產生干擾，系統性能惡化。抑制峰均比的方案主要包括限幅類、編碼類和概率類三大類技術：限幅類技術會帶來信號畸變，編碼類技術復雜度非常高，概率類技術對原OFDM符號作線性分割和線性變換，從而減少信號峰值出現的概率，結構上容易實現，應用靈活，因此最具應用潛力。

三、概率類技術

概率類技術利用多個信號序列來表示同一組信息輸，在給定的PAPR門限值條件下，從中選擇一組PAPR最小的用于數據傳輸，這樣就可顯著地減小大峰值功率信號出現的概率。這類技術可無失真地降低OFDM信號的PAPR，但會帶來信息冗余，計算復雜度也較大。概率類方法主要有選擇映射（Selective Mapping，SLM）、部分傳輸序列（Partial Transmit Sequence，PTS）。

3.1 選擇映射法

其基本思想是利用多個隨機且獨立的加擾序列與同一幀信息進行點乘，產生包含相同信息且相互獨立的多個OFDM幀，對每幀信息進行IFFT后選擇其PAPR最小的一幀進行傳輸。為了能正確恢復接收到的信號，發送端必須發送邊帶信息，這將犧牲部分帶寬，增加系統的復雜度，但這種方法可用于任意子載波數和調制方式，如圖1所示。

3.2 部分傳輸序列法

主要思想是在發送端IFFT前，將輸入的數據符號劃分為若干個子組，對每個子分組進行IFFT系數最優化的求解，變換后的各子分組序列分別與某一相位旋轉因子進行加權，再合并這些子分組，從而達到PAPR的目的。在接收端要恢復原始信息，系統要把這些相位旋轉信息作為邊帶信息傳至接收端，這將增加系統的冗余度，如圖1所示。

四、SLM和PTS方法比較

從邊帶信息的冗余度方面來說，為了避免發送大量的邊帶信息，SLM方法采用固定相位向量集合，僅需發送log2D個比特。而在PTS方法中，將信息分成V個子塊，相位選擇范圍為W，所需要發送的邊帶信息為Vlog2W比特。PTS方法有WV種相位向量選擇，而SLM方法則只有D種向量選擇（一般情況下WV>D）。因此，在V=D的情況下，PTS方法較SLM方法有更多的相位序列選擇。從系統的復雜度來說，SLM方法和PTS方法都需要進行多次IFFT，從多個傳輸序列中選擇一個具有最低PAPR的序列進行傳輸，且都適用于任意子載波數和任意調制類型。影響OFDM系統復雜度最主要的因素是IFFT，從仿真實驗結果來看，PTS方法比SLM方法性能稍好。在實際的OFDM系統中，復雜度將是人們更為關心的問題，因此PTS方法將是一種有效降低PAPR的選擇。

參 考 文 獻

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