降低OFDM峰均功率比的选择性映射和部分传输序列技术

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OFDM系统降低峰均功率比的主要技术及其比较

号的交调失真和系统性能的下降。阐述了降低ＯＤＦＭ系统峰均比的三类技术：预畸变技术、编码
类技术、概率类技术，并对其性能做了比较。
关键词：正交频分复用；峰均功率比；选择映射；部分传输序列；有效星座扩展
Ｍａ０ｃｎｑｅｆｒｄｃｎｅｋ—ｔｊｒｔｈｉｕｓｏｅｕｉｇｐａｅ０一ａｅａｅｐｗｒｖｒｇｏｅ
ｍａｅｅｉｔｒｏｕａｉｎｄｓｏｔｎｄｅｔｅｎｎｉｅｒｔｏｅｈｇｏｒａｌｆｒ．ＴｓｐｐｒｄｓｒｂｄｋｓｔｎｅｄｌｔｏｉｔｒｉｕｏｔｏｌａｉｆｔｉｈｐｗｅｍｐｉｅｈｍｏｈｎｙｈｉｈｉａｅｅｃｅｉｈｅｉｓｏｎｉｕｓｒｄｃｎＰＡＰＲｏＤＭｎｌｄｎｒｔｒｅｋｎｄｆｔｈｑｅｅｕｉｃｅｇｆｒＯＦｉｃｕｉｇｐｅ— ｄｓｏｉｇｔｃｎｑｅ，ｏｉｅｈｉｅａｄｉｔｒｎｅｈｉｕｃｄｎｔｃｑｔｇｎｕｎ
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２００７年第８期
中图分类号：Ｎ１Ｔ９１文献标识码：Ａ文章编号：０９５２２０）８０１４１０ —２５（０ｒ０ —０２ —０７
ＯＤ系统降低峰均功率比的主要技术及其比较ＦＭ
来越多的精力用在开发ＯＤＦＭ技术在移动通信领域的应用，它将成为第四代移动通信技术的主流。
ＡｓａｔｒｏａＦｅｕｎｙＤｖｉｌｐｅｉＯＤｂｔｃ：ＯｔｇｎｌｒｅｃｉｓｎＭｕｔｌｎｒｈｑｉｏｉｘｇ（ＦＭ）ｉａｆｃｖａｓｓｉｃｅｅｔｃｐｓｎｅｅｔｅｔｎｍｉｏｓｈｍｏｅｉｒｓｎｏ

一种降低OFDM系统峰均功率比的PTS改进方法

其中限幅类技术是简单的降低ＰＰ的方法，是ＡＲ但
这类技术在不同程度上引入了信号失真和频谱扩式中，为调制信号。如ＱＰＫ调制 ∈［，１例Ｓ一１，
－
展以致使整个系统的性能下降。编码类技术的计算
，
ｊ。ＯＦＭ信号的峰均比（ＡＲ）的定义为］ＤＰＰ
啼０，…， ’１ Ⅳ＿１，（）１
近年来国内外的研究人员提出了很多降低峰均功率比的方法，如限幅类技术川、部分传输序列法（Ｔ）口ＰＳ、选择性映射法（Ｌ、编码类ＳＭ）技术、载波预留法（Ｒ和预编码法等。Ｔ）
波预留法是在有线通信中简单且行之有效的方法，
但在无线通信中却面临着很大的问题，频谱利用率
降低和发射功率增大。
本文对现有ＰＳ方法进行了改进，其基本思Ｔ想是在ＰＳ系统中将信号分割成若干个子块之后Ｔ的每个子块都乘以一个预编码矩阵来降低信号的非周期自相关性，因为信号的高的非周期自相关性
ＭｕｔｌｉｇＯＦＭ）是一种频谱利用率高，抗多ｌｐｅｎ，Ｄｉｘ
径衰落能力强的多载波调制技术，目前已在很多领域得到了广泛的应用。但是由于ＯＤＭ信号是多Ｆ个独立的信号直接叠加而成，具有很高的峰均功率比（ｅｋｔ— ｅａｅｏｒａｉ，ＡＰ）Ｐａ — ＡｖｒｇｗｅｔＰＲ，高峰均ｏＰＲｏ功率比对射频信号放大器提出更高的要求，从而降

OFDM系统中降低峰均比的算法研究

OFDM系统中降低峰均比的算法研究【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。

一种降低OFDM峰均比的SLM改进技术

带宽利用率，而且因为信道编码增加了系统时延。因此，不发送边带信息的改进ＳＭ越来越受到关注，常见的改进方Ｌ法有扰码ｌ、最大似然检测Ｄ、利用加权因子去除边带信息１
从式（）以看出，当ＯＦＭ符号的Ｎ个子载波都以相２可Ｄ同的相位求和时，信号总功率会达到平均功率的Ｎ倍，此时ＰＰＡＲ达到最大值１ｌ。，０ｏ。因此降低ＰＲ的关键在于ｇＮＡＰ打破子载波之间的这种相位高度一致性。ＰＲ的互补累积函数（ＣＦ是ＰＲ常用的一种统ＡＰＣＤ）ＡＰ计方式。根据中心极限定理，当子载波数Ｎ较大时，ＯＤＦＭ符号的实部和虚部的样点服从均值为０、方差为０５的高斯．分布；其幅值ｒ服从瑞利分布；其功率分布服从两个自由度的中心分布。故其累积分布函数（Ｄ）【】ＣＦ为４：
中图分类号：Ｔ１Ｎ９４
文献标志码：Ａ传输符号。峰均功率Ｌ（ＡＲ定义为：ｋＰＰ）
ｍａｘ
０引言
峰均功率比（ＡＰ较高是限制ＯＤＭ广泛应用的主要ＰＲ）Ｆ
原因之一，３Ｐ长期演进计划（Ｔ）行传输方案，为此ＧＰＬＥ上
＝
ｓ＝ ‘ ，－ｌ＾９ ∞ 、∑ ∞ ｎＱ．— ／（，，
Ｓｎ
ＶｆⅣ
～
（５）
传输信号的ＰＲ值由式（）ＡＰ２计算得出，ＳＭ技术是从Ｌ（选出ＰＲ值最小的序列进行传输。ｕ）ＡＰ由于ＳＭ对ＯＤＭ符号进行的是线性变换，ＬＦ不会引入

用选择性映射法减小OFDM信号的峰均比及其改进方法

ＰＰＡＲ￣１１ｇ００Ｏｌ㈩
在此基础上介绍用ｍ序列改进的选择性映射方法，
并给出了改进方法的优越性。
收稿日期：２０ —７ｌ０６０一９
其中表示经过ＩＦＦＴ运算之后所得到的输出
作者简介：林爱英（９）１６一，女，讲师。研究方向：ＯＤ９ＦＭ技术及空时编码。朱连轩（５）１６一，男，硕士研究生，副９
（ｅｋｔ—ｖｒｇｏｒａｉ）简称峰均比（ＡＲ。ｐａ— ａｅａｅｐｗｅｔ，ｏｒｏＰＰ）
频分信道，能够在不需要复杂的均衡技术的情况下
进行高速无线数据传输，具有很强的抗多径衰落并和符号问干扰的能力。但ＯＦＭ系统最主要的缺Ｄ
Ｔ９９５Ｎ２．中图分类号
ＲｅｕｔｏｆｔｅＰｅｋｔ．ｖｒｇｗｅｔｏｏｄｃｉｎｏａ．０ａｅａｅＰｏｒＲａｉｆＯＦＤＭｈＳｇａｓｂｅｅｔｄＭａｐｎｎｓＩｐｏｅｅｔｉｎｌｙＳｌｃｅｐｉｇａｄｉｍｒｖｍｎｔ
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电子科技２００６年第９期（总第２４期）０
用选择性映射法减小ＯＤＦＭ信号的峰均比及其改进方法
林爱英，朱连轩，王敏杰
（南农业大学理学院，河南郑州４００）河５０２摘要在研究用选择性映射降法降低ＯＤＦＭ系统峰均功率比的基础上，出了用ｆ序列对ＳＭ方法进行改提ｌ／Ｌ
ｐｗｅｔｆｏｒａｉｏＤＭｉｎｌ，ｎｔｏｏｍｐｏｉｇＳＭｓｎｓｑｅｃｕｏｗａｄＴｈｉｌｔｎｒｓｌｒｏＯＦｓｇａｓａｄａｍｅｈｄｆｒｉｒｖｎＬｕｉｇｍ—ｅｕｎｅｉｐｔｒｒ．ｅｓｍｕａｉｅｕｔｓｆｏｉｄｃｔｓｔａｈｔｏａｒａｌｅｕｅｔｅＰＲｏｎｉａｅｈｔｔｅｍｅｈｄｃｎｇｅｔｒｄｃｈＡＰｆＯＦＤＭｙｔｍｎ，ｄｅｔｈｈｒｃｅｉｔｓｏｈｙｓｓｅａｄｕｏｔｅｃａａｔｒｓｉｆｔｅｍｃｓｑｅｃ．ｈｅｕｎｅｔｅｉｒｖｄＯＦｍｐｏｅＤＭｙｔｍａｅｉｌｍｅｔｄｅｓｌｔｏｔｏｓｓｅｃｎｂｍｐｅｎｅａｉｗｉｕｍｐｅＦｐｒｔｎｙｈｃｌｘＩＦｒｏｅａｉ．ｏＫｅｗｏｄＯｒｏｏａｆｅｕｎｙｄｖｓｏｌｐｅｉｇ；ｅｅｔｄｍａｐｎｔｏ；ｅｋ－ｌｒｑｅｃｉｉｉｎｍｕｔｌｘｎｓｌｃｅｐｉｇｍｅｈｄｐａ・・ｅａｅｐｗｅａｉｈｉｔａｏｏ

OFDM技术及降低其峰均功率比的二种有效的方法

OFDM技术及降低其峰均功率比的二种有效的方法The Techniques and an Efficient PAPR Reduced Method ofOFDM Systems徐会彬万国金南昌大学通信系统与应用摘要:OFDM是一种多载波调制技术,其特的这调制特性决定了它有较高的峰均功率比高峰均功率比信号会对实际放大器提出很高的线性要求,因此,它是限制OFDM技术实用化的主要障碍.目前虽有很多降低OFDM信号的峰均功率比PAPR的方案,但大多是以增加系统的复杂程度为代价的.本文提出了两种降低OFDM信号PAPR的方法,可以在不过分增加系统复杂性的基础上使其PAPR在很大程度上得到降低.关键词:OFDM(正交频分复用):多径效应;峰均功率比(PAPR);随机相位校正;功率差异Abstract:OFDM,a kind of Multi-carrier modulating techniques,holds a high PAPR(Peak-to-Average-Power Ratio)due to its special modulating characteristics.High PAPR signal limits this technique to be applied in practice because the strict linearity to the power amplifier is required by it .Tough, many schemes presented to reduce the PAPR,most of them are at the cost of incr easing the systems’complexity .By the method of PAPR reduced for OFDM is presented in this thesis,the PAPR,can be lowered to some degree without excessively increasing the complexity of the systems.Key words:OFDM(Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing), multi-path effect, PAPR (Peak-to Average), random phase up dating, power variance(PV)1引言无线信道的一个重要特点是多径传播，它使接收信号相互重叠，产生符号间干扰(ISI)。

OFDM系统中降低峰均功率比的快速算法研究

OFDM系统中降低峰均功率比的快速算法研究现代社会信息化的高速发展对音、视频信号传输的有效性和可靠性提出了更高的要求。

正交频分复用(OFDM技术因其优良的抗多径衰落能力、较高的频谱利用率和数据传输效率等特性而被广泛应用到移动通信领域, 并成为众多通信标准的重要技术。

然而,由于采用多载波调制，使得OFDM技术产生了较高的峰均功率比(PAPR), 导致信号产生非线性的失真，进而恶化系统的误码率性能，影响OFDM技术更进一步地应用与推广。

因此，在OFDM技术中,如何有效降低系统的PAPR成为一项重要的研究课题。

本文针对这一课题,重点研究了低计算复杂度的PAPF联合降低方法,具体的工作如下:(1)首先介绍了OFDI系统的基本原理和优缺点以及目前降低OFDI系统PAPRS 的信号预畸变、编码、概率类三大类技术,通过理论分析和仿真评估了三类技术的优缺点。

(2) 由于概率类技术相较信号预畸变技术具有不增加误码率、相较编码类技术计算复杂度低的优点, 因此被广泛应用。

本文对概率类技术中部分传输序列(PTS)和选择性映射(SLM)算法进行了深入研究。

针对PTS算法在优化PAPR生能的同时，带来运算复杂度加大的问题，本文研究了一种低复杂度的改进部分传输序列(IPTS) 算法, 设定其相位因子的取值为0 和1, 迭代次数等于子块数。

仿真分析表明，IPTS能在降低系统PAPRS的同时,有效地降低计算的复杂度。

进而提出了结合子块交织(SI) 和IPTS 的联合SI-PTS 算法, 将分割后的子块序列进行特定的交织处理, 降低其相关性, 然后再进行IPTS 操作。

仿真分析表明,相较传统算法,SI-PTS算法在保持OFDM R统误码率(BER)性能的同时,更有效地降低了系统的PAPR并显著减小了运算复杂度。

（3）针对SLM 算法在优化PAPR生能的同时,带来高运算复杂度的问题,本文研究了一种低复杂度的分块选择性映射（BSLM）算法,首先对原始频域序列X进行分割,形成V个子块序列,其次用SLM算法对每一个子块序列进行处理,仿真分析表明,BSLM算法可以在显著优化OFDM系统PAPR生能的同时,有效减小计算复杂度。

OFDM系统中降低峰均功率比方法研究的开题报告

OFDM系统中降低峰均功率比方法研究的开题报告一、选题背景正交频分复用（OFDM）系统是一种有效的无线通信技术，可以充分利用频谱资源并提供高速数据传输。

OFDM系统中的一个普遍问题是峰均功率比（PAPR）问题，其导致了非线性失真和功率放大器的低效率，从而限制了OFDM系统的性能。

二、选题意义因此，降低PAPR是OFDM系统中一个非常重要的问题。

目前已经有很多降低PAPR的方法被提出，如部分输出序列（PTS）方法、选择映射（SM）方法和简单余数（SR）方法等。

然而，这些方法仍然存在着一些问题，如计算复杂度大、误比特率（BER）性能差等。

因此，探究更加有效的PAPR降低方法是OFDM系统中的一个紧迫问题。

三、研究内容本研究旨在探究OFDM系统中降低峰均功率比的一些新方法。

具体地，我们将重点关注以下几个方面：1. 部分输出序列方法的改进，比如加速算法时间复杂度、提高误比特率性能等。

2. 选择映射方法的改进，比如如何更好地选择映射表以提高PAPR性能。

3. 简单余数方法的改进，比如如何提高其BER性能、减少其失真等。

四、研究方法本研究将采用实验和模拟两种方法。

首先，我们将实现当前一些PAPR降低方法，并在某些特定条件下进行实验测量。

其次，我们将使用MATLAB等模拟软件对所提出的新方法进行仿真，对其性能进行评估。

五、研究结果通过本研究，我们将得到一些降低PAPR的新方法，并将其性能与先前的方法进行比较。

通过实验和模拟，我们将证明这些新方法的有效性和可行性。

同时，我们将提供一些关于如何使用这些新方法降低PAPR 的实际建议和指导。

六、结论OFDM系统中的PAPR问题一直是一个非常具有挑战性的问题。

本研究将探讨一些新的降低PAPR的方法，提高我们对PAPR问题的理解和认识，为OFDM系统的发展和应用提供更加可靠的技术支持。

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处，＝２和＝４的ＰＡＰＲ分别降低到ｌＯｄＢ和９ｄＢ随
着支路数的增加，ＰＡＰＲ性能越好，在：８和：ｌ６时．峰均比相对于未用ＰＴＳ改善分别约为２．９ｄＢ和３．４ｄＢ图４比较了当＝＝４时ＳＬＭ算法和ＰＴＳ算法的性
于是，待选传输序列可通过对６，Ｓ进行ＩＦ丌运算得
到，即：
ｒＶ、
能．ＯＦＤＭ信号采用ＱＰＳＫ或ＱＰＳＫ调制．为了实际实现的方便，ＰＴＳ算法中旋转向量ｂ从｛ ± １， ± ，。或｛ ± ｌ｝中
好，相邻分割次之．交织分割性能最差．但是交织分割
的复杂度最低
于是．从个待选序列中选择具有最小ＰＡＰＲ的
序列用于传输，即：
＝ａｒｇａｉｒｎ（ｎｌａｘＩｓｕＩ）
ｕ＝ｌ，２．．，ｎ＝０．１．＾１
｛ ∑ ６ｓ ∑ｂｙ＂脚＝ ∑ｂｖＳｖ（６）
Ｌ” ＝１』ｖ＝ｌｖ＝ｌ
选取。ＳＬＭ算法中相位矢量从｛ ± １，｝中选取。可以看
出，ＰＴＳ作为一种特殊的ＳＬＭ．可以更加显著地改善系统的峰均比性能在＝４的时候．ＰＴＳ的峰均比已降低
（５）
３仿真结果分析
下面用计算机对ＳＬＭ算法及ＩｙｒＳ方法的性能进
２．２ＰＴＳ算法
行仿真分析。在ＰＴＳ仿真中，采用伪随机分割方法．．子
载波总数 Ⅳ －１２８．ＯＦＤＭ信号采用ＱＰＳＫ或１６ＱＡＭ渊制．算法的性能采用互补累积分布函数（ＣＣＯＦ）进行捕
＼
研究与开发
、、
＼、
、＿ｎ＿＿＿＿ｕ－Ｌ — —— — —— — 。＿＿＿＿Ｌ— —— —— —— — —— — —＿＿＿＿＿＿＿一 —
— — — — — — — — — — — — —
列长度相同，南输入数据序列Ｓ＝ＬＳ。，Ｓ一，Ｓ肛］乘以长度为Ｎ的相位控制序列＝［Ｐｕｌ０ ’
内：随机分割中．每个子载波都可以被随机任意分配到
个子块内：交织分割把相距为的子载波分配在一
ｆ４１
Ｓ．＝ ∑‘ Ｓ．ｎｅ，，
，Ｏ
个相同子块内、在三种分割方式中．伪随机分割性能最
Ｕ＝２时，峰均比性能改善约ｌｄＢ．在：ｌ６时．峰均比性能比＝１时改善约３招但随着支路数的进一步增加．复杂度明显增加，ＳＬＭ减小峰值出现的概率．是以额外
计算ｌ路ＩＦＦＴ运算为代价的
述图２比较了ＱＰＳＫ州制时ＳＩＭ算法中支路数分别
取ｌ，２，４，８和１６时的性能．由图２可以看ｆＨ．支路数
越大，ＰＡＰＲ性能越好在互补累积分．布函数１０３处．
图１Ｓ的原理框图
３比较了１６ＱＡＭ
调制时ＰＴＳ算法巾子向量数分别取１．２．４．８和１６时
的性能．由罔３可以看出．在互补累积分布函数１０一，
ＰＴＳ的原理框图如图１所示．设图中输入的数据
ｄｏ — ＲａｎｄｏｍＰａｒｔｉｔｉｏｎ）和交织分￣ｌＪ（ＩｎｔｅｒｌｅａｖｅｄＰａｒｔｉｔｉｏｎ）ＩＩ．．
，
（Ｍ，ｎ） ∈［０，２７ｒ），可以利用这个
相位矢量分别与ＩＦ盯的输入序列Ｓ＝［Ｓ。，Ｓ１，… ｌ …
，
在ＰＴＳ方法中．可以通过改变子序列的分割方式
…
．
，
，
． Ⅳ－
］得
降低系统计算复杂度和改善系统性能有ｊ种常用的分割方法：相邻分割ｆＡｄｉａｃｅｎｔＰａｒｔｉｔｉｏｎ）、伪随机分￣ＪＪ（Ｐｓｅｕ．
进行点乘，然后对得到的个序列Ｓ … “ ：０，１， …，ｆ／一１分别进行ＩＦＦｒＩ１运算．得到相应的个不同的输入序列
Ｓ即：
相邻分割把
个相邻的子载波分配在一个相同子块
序列为Ｓ＝［Ｓ。，Ｓ一，］，将Ｓ序列分成个子模块，即Ｓ，＝［Ｓ，Ｓｏ一，．川ＩＴ，１ ≤ ≤Ｖ，然后将与个相位序列６＝（）相乘，（）在［０，２７ｒ）之间均匀分布。