使用聯合方法降低OFDM係統PAPR
學術研究
作者：譚周文 劉述鋼 馬子驥
摘 要：針對正交頻分複用（OFDM）係統的高峰均功率比（PAPR）問題，介紹了選擇性映射方法（SLM）和部分傳輸序列（PTS）方法，提出了一種將SLM和PTS相結合的改進方法用來降低OFDM係統的PAPR，並將改進的方法與傳統SLM方法進行仿真比較。仿真結果表明，改進方法比傳統SLM方法更能有效降低係統的PAPR，也更適合應用於OFDM數據通信。
關鍵詞：正交頻分複用；峰均功率比；部分傳輸序列；選擇性映射
中圖分類號：TP33 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）09-00-03
0 引 言
OFDM技術是一種具有遠大應用前景的通信技術，它能對抗頻率選擇性衰落，故可廣泛應用於無線通信、數字語音廣播以及無線局域網標準中。在信號衰減嚴重、噪聲大、幹擾多的電力線通信環境中，采用OFDM技術進行數據傳輸是一種最優的選擇。在具體實現中， OFDM時域信號由N個信號疊加，產生的峰值功率將會是信號平均功率的N倍，也稱此為峰均功率比（PAPR）。高峰均功率比一直是OFDM通信的固有缺陷，這會對放大器的線性範圍和A/D， D/A變換器提出很高的要求 ，因此， 降低高峰值平均功率比一直是實現OFDM 係統的關鍵技術之一。
目前存在的抑製峰均比的方法主要有限幅方法、 編碼方法、概率方法和信號空間擴展方法。這些方法主要通過增加係統的發射功率、增加比特誤碼率、增加數據損耗以及增加係統的計算複雜度來實現PAPR的減少。限幅方法會帶來帶內失真，增加誤碼率以及帶外輻射， 頻譜利用率也相應降低。編碼方法隻適合於子載波數目較小的情況，概率方法包括選擇映射（SLM）和部分傳輸序列（PTS）兩種方法， 這些方法能夠在不改變信號的情況下有效降低信號的PAPR值，但在傳輸過程中需要傳輸輔助信息，增加了係統複雜度，係統的速率也會降低。空間擴展方法通過選擇較低PAPR組合與發射信號建立線性影射關係來降低整個係統的PAPR， 需選擇合適的PAPR組合， 仿真運算量很大。
根據PTS和SLM的特點，提出一種將SLM和PTS聯合起來降低信號PAPR的方法，通過改變係統的仿真參數得到了不同情況下的仿真結果，與傳統的SLM方法相比，該方法能進一步降低係統的PAPR，將該方法應用於OFDM數據通信中能改善通信係統的誤碼率性能。
1 OFDM係統峰均功率比
假定一個OFDM係統包含N個子載波，X=[X0，X1， X2……XN-1]表示OFDM數據塊的輸入信號，一個OFDM信號可以由相互獨立且正交的子載波疊加得到，fk=k*Δf， Δf=1/NT，T是符號的周期，OFDM發送信號的複包絡可以表示為：
（1）
其中，Xk表示第k個子載波上的數據符號，Δf是子載波的間隔，NT表示有用數據塊的周期。PAPR定義為在一個OFDM符號周期內最大峰值功率與平均功率的比值。
（2）
E表示數學期望，信號的平均功率。為了便於將信號用計算機進行處理，需要將上述信號離散化。然而，離散時間信號x[n]與連續時間信號x（t）的PAPR有可能不相等。實際上，x[n]的PAPR小於x（t）的PAPR，因為x[n]不會取到x（t）的所有峰值。如果對x（t）進行L倍過采樣（L≥4），那麼x[n]與x（t）將具有相等的PAPR。
L倍過采樣的離散信號可以表示為：