通信与网络中的一种降低OFDM系统峰均比的新方案
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2020-11-06
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通信与网络中的一种降低通信与网络中的一种降低OFDM系统峰均比的新方案系统峰均比的新方案
1 引 言 OFDM对于移动通信系统来说是一种非常有吸引力的技术，他的频谱利用率高、抗衰落能力强，且
能在频率选择性衰落信道中进行高速数据传输。OFDM技术已经在很多实际系统中得到了应用，例如数字音频
广播(DAB)和数字视频广播(DVB)。然而，OFDM系统中最主要的问题之一在于OFDM信号的PAPR很大，容易
导致OFDM信号的交调失真和系统性能的下降。 目前，有很多用来降低OFDM信号PAPR的方法。最简单的
方法就是限幅滤波法，他是把信号PAPR值限定在一个设定的门限范围内然后进行发送，这将会引起信号的带内
失真和带外辐射。SLM和部分传输序列(PTS)，这两种方法能够改善OFDM信
1 引引 言言
OFDM对于移动通信系统来说是一种非常有吸引力的技术，他的频谱利用率高、抗衰落能力强，且能在频率选择性衰落信
道中进行高速数据传输。OFDM技术已经在很多实际系统中得到了应用，例如数字音频广播(DAB)和数字视频广播(DVB)。然
而，OFDM系统中最主要的问题之一在于OFDM信号的PAPR很大，容易导致OFDM信号的交调失真和系统性能的下降。
目前，有很多用来降低OFDM信号PAPR的方法。最简单的方法就是限幅滤波法，他是把信号PAPR值限定在一个设定的
门限范围内然后进行发送，这将会引起信号的带内失真和带外辐射。SLM和部分传输序列(PTS)，这两种方法能够改善OFDM
信号的统计特性，可以有效地降低OFDM信号的PAPR，但是他们需要传输边信息，会造成系统传输速率的下降。文献[5]提出
一种基于线性分组码的标准阵列来降低PAPR的方法，但是这种码字不具备纠错能力。信道编码技术常被用到通信系统中，目
的是为了改善系统的差错性能。本文将编码和SLM算法相结合，提出了一种改进SLM算法，他可以有效降低OFDM系统的
PAPR，边信息的传输不会造成系统数据速率的损失，而且在瑞利(Rayleigh)衰落信道下又可以降低系统的误码率。
2 常规常规SLM算法算法
在OFDM系统中，经过IFFT运算之后得到的输出信号可以表示为：
其中j2=-1，Xk表示第k个子载波的调制数据信息，N为子载波数，n表示一个OFDM符号周期内的第n个采样值。OFDM信
号是由多个相互独立的子载波叠加而成，这样就可能产生较大的PAPR，现定义PAPR为：
式中分子表示最大瞬时功率，分母表示平均功率。
由式(2)可知，N个子载波的OEDM信号PAPR的理论上限值是N，但理论值发生的概率比较小。根据中心极限定理，当子
载波个数N足够大时，考虑其统计特性，实部Re(xn)和虚部Im(xn)将服从高斯分布N(0，1／2)，瞬时功率|xn| 2。将服从自由度
为2的x2分布。因此，可以计算PAPR超过某一门限值z的概率，得到互补累积分布函数(OCDF)：
在常规SLM算法中，输入的信号序列A=[A0，A1， …，AN-1]和相位序列Ptu=[P0u，P1u，…，PN-1u]，1≤u≤U相乘，得
到可以选择传输的序列Au=[A0u，A1u，…，AN-1u]，1≤u≤U，表示为Au=A○×Pu。我们设定第一路信号为原始信号，即定P1
为单位向量，这样不会给系统带来任何的性能损失。为了方便系统实施，我们假定Pu∈{±1)。OFDM输出信号可以表示为
an=IFFT{Au}，然后从中选择PAPR最小的一组序列用于传输。
3 改进改进SLM算法算法
3.1 信道编解码方案信道编解码方案
线性分组码是一类奇偶校验码，编码器将一个k比特信息分组映射成一个更长的由给定元素符号集组成的n比特编码分
组，这种映射是线性的。对于一个线性分组码[n，k]的码字集C，n是线性分组码的编码长度，其中k位是与信息比特对应，余
下的(n-k)比特是监督比特，即冗余比特。[n，k]线性分组码C的标准阵列形式如表1所示，他是一个U×K的阵列，其中U=2n-
k，K=2k。在这个阵列表中，U表示陪集的个数，每行称为一个陪集，每个陪集有K个元素。c是待发送的码字，e为传输中的
错误图样，第一列的错误图样称为陪集首，即e1，e2，e3，…，eU。有效码字是第一行的K个矢量c1，c2，c3，…，cK，可
纠正的错误图样是第一列的U-1个非零陪集首e2，e3，…，eU。假设一个码字c通过一个噪声信道，接收码字为r=c+e，如果
错误图样e是一个陪集首，则接收码字r将被正确译码为码字c，否则将会导致译码错误。
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