文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2012)08-0099-04
峰均功率比PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)較大是OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系統所面臨的一個重要問題。較大的PAPR會引起信號畸變，導致子信道之間的正交性遭到破壞，產生相互干擾，使系統性能惡化。克服這一問題最傳統的方法是采用大動態范圍的線性放大器，或者對非線性放大器的工作點進行補償，但是這樣會大大降低功率放大器的效率，使得絕大部分能量都轉化為熱能被浪費掉[1-2]。因此，有效降低OFDM系統的峰均功率比已成為研究熱點[3]。
參考文獻[4]提出了一種限幅方法，該方法雖然簡單，但由于對OFDM符號進行了畸變處理，導致信號產生失真。參考文獻[5]提出了一種編碼方法，但該方法需要通過遍歷搜索所有可能的碼字來得到所傳輸的碼集，并且需要事先存儲查詢表用于編碼和解碼，因此當子載波數較大時，該方法的實現非常困難。參考文獻[6-8]提出了基于加擾序列的方法，該方法需要采用遍布式搜索方式尋找一組最優的相位加權序列，計算復雜度較高。參考文獻[3]在此基礎上提出了一種無損系統PAPR性能的低計算復雜度部分傳輸序列LCC-PTS(Low Computational Complexity Partial Transmit Sequences)方法，該方法簡化了產生部分候選序列的運算過程，從而達到降低計算復雜度的目的。
本文根據頻譜優化思想和PAPR的基本原理，提出了一種基于頻譜優化和交織的PAPR降低算法。該算法通過關閉不作為的子載波來降低子載波數N，并根據參考文獻[2]的預判斷技術有選擇地對OFDM符號進行交織處理，最大限度地減少了對系統性能的損害并降低了系統的復雜度。性能分析結果表明，該算法在降低PAPR的同時，使系統的性能得到提高。
1 OFDM系統中的PAPR問題
OFDM信號是由多個獨立的經過調制的子載波信號疊加而成的，所以，疊加后的信號可能會產生較大的峰值功率，由此會帶來較大的峰均功率比。假設OFDM系統的子載波數為N，在一個符號時間間隔內，其基帶離散信號可表示為：
并串轉換后輸出。
3 仿真分析
假設系統具有較好的同步和較準確的信道估計，不存在載波間干擾(ICI)和其他因素的影響。選擇子帶的初始個數N=[128，256]，PAPR0=8 dB。不失一般性，仿真時子載波的調制方式選擇為QPSK。
圖3給出了本文算法處理前后的CCDF比較。從圖中可以看出，隨著PAPR門限的增加，本文算法的處理效果將更加顯著，在門限PAPR=10時，其CCDF的值可降低一個數量級左右。另外，由于有效子載波數的確定，使得經本算法處理后，不同子載波個數的CCDF差值得到降低。
圖4給出了不同目標PAPR0時的仿真比較，從中可以看出，增加PAPR0，等同于放寬了約束條件，使得滿足條件的OFDM符號數目增加，從而被交織處理的符號數目減少，增加了CCDF的值。
圖5是在子載波數N=128時，給出的算法處理前后的頻譜效率比較曲線圖。由于關閉了不作為的子載波，從而增加了中低信噪比下的頻譜效率。
本文研究了OFDM系統中的峰均功率比的問題，并基于頻譜優化和交織思想，提出了一種降低PAPR的算法。通過確定有效子載波的個數，提高OFDM符號的平均功率,并根據線性放大器的動態范圍設定目標PAPR0，通過預判斷，選擇性地對OFDM進行交織和解交織處理。該方法克服了傳統算法對系統性能的影響，并在降低OFDM的PAPR的同時,優化了系統的性能。
參考文獻
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[3] 王靈垠, 曹葉文. 降低OFDM系統峰均功率比的低計算復雜度PTS方法[J]. 通信學報, 2009,30(10):51-56.
[4] ARM S J.Peak 2to2 average power reduction for OFDM by repeated clipping and frequency domain filtering[J]. Electronics Letters, 2002,38(5):246-247.
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[6] LIM D W, HEO S J, NO J S. A new PTS OFDM scheme with low complexity for PAPR reduction[J]. IEEE Transactions on Broadcasting, 2006,52(1):77-82.
[7] WANG L, CAO Y. Sub-optimum PTS for PAPR reduction of OFDM signals[J]. Electronics Letters, 2008,44(15):921-922.
[8] YANG L, CHEN R S, SIU Y M. PAPR reduction of an OFDM signal by use of PTS with low computational complexity[J]. IEEE Transactions on Broadcasting, 2006,52(1):83-86.