基于OFDM系统的峰均比抑制技术研究

王东 田小兵 陈书浩

【摘要】 OFDM是一种多载波调制技术，具有良好的抗多径干扰性能，适用于高速数据传输。但是其峰均比较高，应用受到了限制，因此有必要研究降低PAPR的方法。本文首先介绍了OFDM系统PAPR的基本概念，然后讨论了目前常用的降低PAPR的概率类方法，最后对SLM和PTS方法进行了比较分析。

【关键词】 正交频分复用 峰均比 部分传输序列 选择性映射

一、引言

正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系统输出信号是多个子载波信号的叠加，存在较高的峰值平均功率比（PAPR，peak to average power ratio），从而影响OFDM系统的性能。文中主要对OFDM系统的峰均比以及降低峰均比的技术进行研究。

二、PAPR定义及改善措施

与单载波系统相比，OFDM符号是由多个独立的子载波信号叠加而成。经过IFFT运算之后所得到的输出信号为

■

其中Xk=[X0，X1，…，XN-1]，k=0，1，N-1。

当N个子载波相位相同时，OFDM符号的峰值功率为平均功率的N倍，由此会带来较大的峰值平均功率比，简称峰均比（ PAPR） ，定义为：

■

当OFDM信号峰值进入功率放大器的非线性工作区域时，信号会产生畸变，最终导致各个子信道间的正交性遭到破坏，子信道间产生干扰，系统性能恶化。抑制峰均比的方案主要包括限幅类、编码类和概率类三大类技术：限幅类技术会带来信号畸变，编码类技术复杂度非常高，概率类技术对原OFDM符号作线性分割和线性变换，从而减少信号峰值出现的概率，结构上容易实现，应用灵活，因此最具应用潜力。

三、概率类技术

概率类技术利用多个信号序列来表示同一组信息输，在给定的PAPR门限值条件下，从中选择一组PAPR最小的用于数据传输，这样就可显著地减小大峰值功率信号出现的概率。这类技术可无失真地降低OFDM信号的PAPR，但会带来信息冗余，计算复杂度也较大。概率类方法主要有选择映射（Selective Mapping，SLM）、部分传输序列（Partial Transmit Sequence，PTS）。

3.1 选择映射法

其基本思想是利用多个随机且独立的加扰序列与同一帧信息进行点乘，产生包含相同信息且相互独立的多个OFDM帧，对每帧信息进行IFFT后选择其PAPR最小的一帧进行传输。为了能正确恢复接收到的信号，发送端必须发送边带信息，这将牺牲部分带宽，增加系统的复杂度，但这种方法可用于任意子载波数和调制方式，如图1所示。

3.2 部分传输序列法

主要思想是在发送端IFFT前，将输入的数据符号划分为若干个子组，对每个子分组进行IFFT系数最优化的求解，变换后的各子分组序列分别与某一相位旋转因子进行加权，再合并这些子分组，从而达到PAPR的目的。在接收端要恢复原始信息，系统要把这些相位旋转信息作为边带信息传至接收端，这将增加系统的冗余度，如图1所示。

四、SLM和PTS方法比较

从边带信息的冗余度方面来说，为了避免发送大量的边带信息，SLM方法采用固定相位向量集合，仅需发送log2D个比特。而在PTS方法中，将信息分成V个子块，相位选择范围为W，所需要发送的边带信息为Vlog2W比特。PTS方法有WV种相位向量选择，而SLM方法则只有D种向量选择（一般情况下WV>D）。因此，在V=D的情况下，PTS方法较SLM方法有更多的相位序列选择。从系统的复杂度来说，SLM方法和PTS方法都需要进行多次IFFT，从多个传输序列中选择一个具有最低PAPR的序列进行传输，且都适用于任意子载波数和任意调制类型。影响OFDM系统复杂度最主要的因素是IFFT，从仿真实验结果来看，PTS方法比SLM方法性能稍好。在实际的OFDM系统中，复杂度将是人们更为关心的问题，因此PTS方法将是一种有效降低PAPR的选择。

参 考 文 献

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