利用導頻降低峰均值比算法的研究

摘 要： 在正交頻分復用（OFDM）系統(tǒng)中，部分傳輸序列（PTS）方法是降低峰均功率比（PAPR）最有效的方法之一。與常規(guī)的部分傳輸序列（C?PTS）相比，導頻序列的插入可以更好地降低PAPR。采用帶有循環(huán)移位的導頻信號，首先將導頻信號和數(shù)據(jù)信號分別分割成子塊，然后將導頻子序列分別插入到數(shù)據(jù)子塊中，通過反饋及循環(huán)移位產(chǎn)生更多的待選序列，更好的降低PAPR。仿真結(jié)果表明所提方法可以有效降低PAPR，且其誤碼率（BER）性能與C?PTS相當。

關(guān)鍵詞： 部分傳輸序列； 反饋； 循環(huán)移位； 峰均功率比； 誤碼率

中圖分類號： TN92?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）13?0027?03

Abstract： The partial transmit sequence （PTS） method is one of the most effective methods to reduce the peak?to?average power ratio （PAPR） in orthogonal frequency?division multiplexing （OFDM） system. In comparison with the conventional PTS （C?PTS）， the insertion of pilot frequency sequence can reduce the PAPR better. The pilot signal with cyclic shift is adopted in this paper. The pilot frequency signal and data signal are divided into the subblocks respectively， and then the pilot frequency subsequences are inserted into the data subblocks respectively to generate more sequences waiting for selection through feedback and cyclic shift and reduce the PAPR better. The simulation results show that the proposed method can reduce the PAPR effectively， and the performance of its bit error rate （BER） is as same as that of C?PTS method.

Keywords： partial transmit sequence； feedback； cyclic shift； peak?to?average power ratio； bit error rate

近年來，正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)已廣泛應用于大量數(shù)據(jù)的傳輸和通信中，是未來4G和5G發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。 然而，峰均值比（Peak?to?average Power Ratio，PAPR）過高是限制OFDM技術(shù)發(fā)展的主要因素，也是實際OFDM系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)之一[2]。因此降低PAPR對未來OFDM技術(shù)的發(fā)展和應用有很大影響。目前出現(xiàn)了很多有效降低PAPR的方法，如信號的限幅和濾波[3]、部分傳輸序列[4?5]（Partial Transmit Sequence，PTS）、選擇映射技術(shù)[5?6]（Select Mapping Technology，SLM）、導頻音插入技術(shù)等。在文獻[6]中，作者提出在導頻輔助的SLM?OFDM系統(tǒng)的信號發(fā)送端插入導頻序列，并在選擇映射過程中插入相位因子，通過增加待選序列的數(shù)目降低PAPR。文獻[7]提出導頻的插入可以降低PAPR，同時可以提高誤碼率性能（Bit Error Rate，BER）。文獻[8]提出基于循環(huán)移位PTS的導頻設(shè)計方法，使其更容易估計PTS技術(shù)中的相位因子和信道脈沖響應。從以上分析可得導頻插入和PTS技術(shù)均可降低PAPR，且兩者的聯(lián)合設(shè)計可更好地降低PAPR，并確保BER不太大。在本文中，將帶有循環(huán)移位的導頻信號和數(shù)據(jù)信號分別分割成子塊，然后將導頻子序列分別插入到數(shù)據(jù)子塊中，通過反饋及循環(huán)移位產(chǎn)生更多的待選序列，更好的降低PAPR。且其BER性能與C?PTS（Conventional Partial Transmit Sequence）相當。

1 PTS算法簡介

3 仿真結(jié)果與分析

仿真中，主要參數(shù)設(shè)置為子載波數(shù)導頻子載波=64，數(shù)據(jù)子載波=196，待選數(shù)目循環(huán)移位={1，2，3，4}，循環(huán)前綴=16，過采樣速率=4，采用16?QAM調(diào)制，信道估計采用MMSE估計，其閾值的選擇為8。其中算法的性能仿真采用互不累積分布函數(shù)（Complementary Cumulative Distribution Function，CCDF）評價PAPR。

圖4中虛線表示不帶循環(huán)移位導頻的PTS方案，虛線表示不添加導頻僅僅進行PTS的方案，得出在子塊數(shù)相同的情況下，插入導頻后的方案可以明顯減小PAPR。在子塊數(shù)為1時，PAPR可以減小1 dB，表明在不進行PTS處理的情況下，僅僅插入導頻序列可以更好地降低PAPR，同時在子塊數(shù)增多時，在CCDF為時，不同的情況下PAPR分別可以減小0.3～0.8 dB。

圖5表示在PTS技術(shù)中子塊數(shù)目為4時，傳統(tǒng)的PTS，僅有導頻，有導頻的PTS及有循環(huán)移位導頻序列的PAPR仿真圖。

由圖5可得有循環(huán)移位導頻的PTS方案即所提方案，該方案的PAPR與有導頻的PTS方案相比可以降低PAPR，甚至比不加處理的原始OFDM信號在時，PAPR降低了3 dB，比帶有導頻的PTS方案降低了0.8 dB。

圖6表示了在不同的信噪比情況下，不同的方案對應的BER。所提方案的誤碼率性能比僅僅不加循環(huán)移位導頻的PTS方案要好，同時與傳統(tǒng)的PTS方案的性能相當。

4 結(jié) 論

本文通過對PAPR和BER的考慮，從理論上提出帶有循環(huán)移位導頻和PTS聯(lián)合設(shè)計的方法。本文將帶有循環(huán)移位的導頻信號和數(shù)據(jù)信號分別分割成子塊，然后將導頻子塊分別插入到數(shù)據(jù)子塊中，同時利用循環(huán)移位技術(shù)產(chǎn)生更多的待選序列，使其更好地降低PAPR。仿真結(jié)果表明所提方案可以更好地降低PAPR，同時其BER性能比不帶有循環(huán)移位的導頻和PTS聯(lián)合設(shè)計的方法要好，且和C?PTS相當。然而，要將OFDM系統(tǒng)更好地運用到未來的4G及5G通信方面上以及其他的實際應用中，需要更好地降低PAPR、解決好系統(tǒng)同步、自適應調(diào)制等許多關(guān)鍵技術(shù)，這有待于后續(xù)的研究。

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