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【摘要】第四代移动通信系统以正交频分复用（OFDM）为核心技术为用户提供增值服务。OFDM技术是一种可以实现高速双向无线数据通信的良好方法。其具有传输速率高，可以有效对抗符号间干扰（ISI）和有效避免多径传播带来的信道间干扰（ICI）等优点。在OFDM系统中，其峰均比相对较大和对频率偏移敏感是OFDM系统传输要解决的关键问题。本文分析了降低OFDM系统峰均比PAPR的原理，并对其性能进行了仿真分析，仿真结果验证了算法的有效性。
【关键词】正交频分复用；峰均功率比；部分传输序列
1.引言
正交频分复用技术（OFDM）的基本原理就是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输。由于其具有较高的频谱利用率和较强的抗多径衰落能力，近年来已经在很多领域得到了广泛应用。OFDM技术一个突出缺点就是其功率峰值与均值比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）较大。具有较大PAPR的OFDM信号通过功率放大器时，容易造成非线性失真，导致信号畸变，从而导致各个子信道间的正交性遭到破坏，产生干扰，使信号的频谱发生变化，使系统的性能恶化。
目前已有的降低OFDM信号的PAPR值的方法大致可分为三类：第一类是信号畸变技术，主要包括限幅法和压缩扩张方法；第二类是信号的扰码技术，主要包括选择性映射（SLM）和部分传输序列（PTS）；第三类是编码方法，其基本思想是将原来的信息码字映射到PAPR较小的序列来进行传输，从而避开使OFDM信号出现峰值的码字。而这三类方法中扰码技术最有希望能解决OFDM系统中的PAPR问题。
3.峰均比的降低方法
为了降低OFDM信号中的峰均功率比，国内外学者进行了大量的研究，提出了很多的方法。目前降低OFDM系统PAPR的研究方法大致可分为三大类，即信号畸变技术、编码技术和信号扰码技术。
3.1 信号畸变技术
信号畸变技术是在信号被送到放大器之前，首先经过非线性处理，对有较大峰值功率的信号进行预畸变，使其不会超出放大器的动态范围，从而避免较大PAPR的出现。其特点是方法最简单和最直接。信号畸变技术主要包括：限幅滤波和压缩扩展变换等。
3.2 编码技术
编码技术的基本原理是利用编码产生PAPR较小的OFDM符号，避免使用那些会生成大峰值功率信号的编码图样。此类方法的优点是系统性能稳定，其缺陷在于可供使用的编码图样数量非常少，随着子载波数量增大，编码效率会显著降低。编码方法主要用于频带较宽，子载波数量较少的情况下传输。
3.3 信号扰码技术
信号扰码技术的基本思想是对输入的信号进行多种扰码处理，在多个信号中选择PAPR最小的信号发送出去。信号扰码技术的特点在于其并不保证将PAPR降低到某一值以下，而是减小高PAPR出现的概率。这一类方法主要包括：选择性映射法（Selective Mapping，SLM）和部分传输序列法（PartiM Transmit Sequences，PTS）。这2种方法可用于任意数量的子载波传输，而且星座调制的种类也不会受到限制。
4.基于选择性映射法的原理
SLM算法是用多个统计独立的符号向量来表示同一个要传输的信息，选择其中具有最小峰平比的信号进行传输。如图1所示，其中为串并转换后经过基带映射后的符号向量，X1，X2，…，XV为V路含有相同信息的数据向量，可以视为是将向量X复制V路后做出的处理，B=[b1，b2，…，bv]为V个不同的长度为N的随机相位矢量，其中bv为旋转因子。将这V个矢量分别与向量X1到Xv相点乘，则可以得到V个不同的序列Y1，Y2，…，YV，分别对其进行IFFT运算，即可以得到V个不同的输出序列，然后从这V个序列中选择一个PAPR性能最好的序列代替原始序列进行传送。
5.基于选择性映射法性能仿真
图2给出了用matlab软件仿真的基于SLM算法的PAPR曲线。仿真条件为：CCDF仿真次数为1000，子载波个数N=128，系统采用QPSK调制，V分别取2、4、8，旋转因子bv∈[1 -1 j -j]。
由图2可以看出，原始信号在出现概率10-4处的PAPR为11.5dB，序列个数V分别取2、4、8的SLM算法在出现概率为10-4处的PAPR分别为9.8dB、8.4dB、7.8dB。由此可见，在出现概率为10-4处，V取2、4、8的PAPR分别比原始OFDM信号的PAPR减少3.7dB、1dB和0.6dB。随着序列个数V的增大，SLM算法的降低PAPR性能越好。
6.结束语
本文介绍了OFDM系统降低峰均比的常用的三种方法，并详细分析了信号扰码技术中的SLM算法，给出了用SLM算法对系统性能进行的仿真曲线。结果表明，选择合适的参数可以使SLM算法大大提高系统降低PAPR的性能。
参考文献
[1]鞠占生，谢绍斌，牟薪韦.减小OFDM信号PAPR的PTS方法的研究[J].微计算机信息，2008，24-5：148-149.
[2]佟梅娟，朱琦，酆广增.一种减小OFDM系统中的PTS复杂性的方法[J].重庆邮电学院学报，2005（2）：26-28.
[3]谭泽富.减小OFDM信号出现大峰平比的研究方法PTS法[J].中国有线电视，2004（9）：10-12.
[4]Richard van Nee and Ramjee Prasad.OFDM for wireless multimedia communications.Boston：Artech House，2000：1-150.
[5]A.De Wild.The peak-to-average power ratio of OFDM.M.Sc.thesis，Delft University of Technology，1997.
作者简介：杨晓东，商丘工学院教师。
【关键词】正交频分复用；峰均功率比；部分传输序列
1.引言
正交频分复用技术（OFDM）的基本原理就是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输。由于其具有较高的频谱利用率和较强的抗多径衰落能力，近年来已经在很多领域得到了广泛应用。OFDM技术一个突出缺点就是其功率峰值与均值比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）较大。具有较大PAPR的OFDM信号通过功率放大器时，容易造成非线性失真，导致信号畸变，从而导致各个子信道间的正交性遭到破坏，产生干扰，使信号的频谱发生变化，使系统的性能恶化。
目前已有的降低OFDM信号的PAPR值的方法大致可分为三类：第一类是信号畸变技术，主要包括限幅法和压缩扩张方法；第二类是信号的扰码技术，主要包括选择性映射（SLM）和部分传输序列（PTS）；第三类是编码方法，其基本思想是将原来的信息码字映射到PAPR较小的序列来进行传输，从而避开使OFDM信号出现峰值的码字。而这三类方法中扰码技术最有希望能解决OFDM系统中的PAPR问题。
3.峰均比的降低方法
为了降低OFDM信号中的峰均功率比，国内外学者进行了大量的研究，提出了很多的方法。目前降低OFDM系统PAPR的研究方法大致可分为三大类，即信号畸变技术、编码技术和信号扰码技术。
3.1 信号畸变技术
信号畸变技术是在信号被送到放大器之前，首先经过非线性处理，对有较大峰值功率的信号进行预畸变，使其不会超出放大器的动态范围，从而避免较大PAPR的出现。其特点是方法最简单和最直接。信号畸变技术主要包括：限幅滤波和压缩扩展变换等。
3.2 编码技术
编码技术的基本原理是利用编码产生PAPR较小的OFDM符号，避免使用那些会生成大峰值功率信号的编码图样。此类方法的优点是系统性能稳定，其缺陷在于可供使用的编码图样数量非常少，随着子载波数量增大，编码效率会显著降低。编码方法主要用于频带较宽，子载波数量较少的情况下传输。
3.3 信号扰码技术
信号扰码技术的基本思想是对输入的信号进行多种扰码处理，在多个信号中选择PAPR最小的信号发送出去。信号扰码技术的特点在于其并不保证将PAPR降低到某一值以下，而是减小高PAPR出现的概率。这一类方法主要包括：选择性映射法（Selective Mapping，SLM）和部分传输序列法（PartiM Transmit Sequences，PTS）。这2种方法可用于任意数量的子载波传输，而且星座调制的种类也不会受到限制。
4.基于选择性映射法的原理
SLM算法是用多个统计独立的符号向量来表示同一个要传输的信息，选择其中具有最小峰平比的信号进行传输。如图1所示，其中为串并转换后经过基带映射后的符号向量，X1，X2，…，XV为V路含有相同信息的数据向量，可以视为是将向量X复制V路后做出的处理，B=[b1，b2，…，bv]为V个不同的长度为N的随机相位矢量，其中bv为旋转因子。将这V个矢量分别与向量X1到Xv相点乘，则可以得到V个不同的序列Y1，Y2，…，YV，分别对其进行IFFT运算，即可以得到V个不同的输出序列，然后从这V个序列中选择一个PAPR性能最好的序列代替原始序列进行传送。
5.基于选择性映射法性能仿真
图2给出了用matlab软件仿真的基于SLM算法的PAPR曲线。仿真条件为：CCDF仿真次数为1000，子载波个数N=128，系统采用QPSK调制，V分别取2、4、8，旋转因子bv∈[1 -1 j -j]。
由图2可以看出，原始信号在出现概率10-4处的PAPR为11.5dB，序列个数V分别取2、4、8的SLM算法在出现概率为10-4处的PAPR分别为9.8dB、8.4dB、7.8dB。由此可见，在出现概率为10-4处，V取2、4、8的PAPR分别比原始OFDM信号的PAPR减少3.7dB、1dB和0.6dB。随着序列个数V的增大，SLM算法的降低PAPR性能越好。
6.结束语
本文介绍了OFDM系统降低峰均比的常用的三种方法，并详细分析了信号扰码技术中的SLM算法，给出了用SLM算法对系统性能进行的仿真曲线。结果表明，选择合适的参数可以使SLM算法大大提高系统降低PAPR的性能。
参考文献
[1]鞠占生，谢绍斌，牟薪韦.减小OFDM信号PAPR的PTS方法的研究[J].微计算机信息，2008，24-5：148-149.
[2]佟梅娟，朱琦，酆广增.一种减小OFDM系统中的PTS复杂性的方法[J].重庆邮电学院学报，2005（2）：26-28.
[3]谭泽富.减小OFDM信号出现大峰平比的研究方法PTS法[J].中国有线电视，2004（9）：10-12.
[4]Richard van Nee and Ramjee Prasad.OFDM for wireless multimedia communications.Boston：Artech House，2000：1-150.
[5]A.De Wild.The peak-to-average power ratio of OFDM.M.Sc.thesis，Delft University of Technology，1997.
作者简介：杨晓东，商丘工学院教师。