一種降低OFDM信號峰平比的SLM改進算法

徐林搏

(中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

一種降低OFDM信號峰平比的SLM改進算法

徐林搏

(中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

選擇映射(SLM)是降低正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)中高峰平比(PAPR)問題的有效方法，但其降低性能比較差。在基于選擇映射方法上提出了一種改進方案——隨機分組選擇映射(SLM)。該算法對U路信號數(shù)據(jù)進行隨機分組并加入旋轉因子進行變換，再進行逆傅里葉變換(IFFT)，選擇PAPR最小的一路進行傳輸。進行了多種條件下的系統(tǒng)仿真，實驗結果表明這種方法在改善信號峰平比方面，比SLM方法有明顯的進步。

正交頻分復用；峰平比；選擇映射

0 引 言

正交頻分復用(OFDM)技術以其極強的抗多徑衰落性能及較高的頻譜利用率被作為4G的核心技術[1]。但OFDM技術的重要缺點是有很高的峰平比[2](PAPR)，要求調制信號具有很大的動態(tài)范圍。為了避免信號非線性失真和頻譜擴散，需要后續(xù)的數(shù)/模(D/A)轉換寬度較大[3]，這使得系統(tǒng)的成本及實現(xiàn)難度極大增加。

為此，很多學者提出了大量降低PAPR的算法。目前，比較成熟的方法有3類：信號畸變技術[4]，概率類技術，編碼技術[5]。這些算法中概率類技術是目前解決OFDM應用中較高PAPR非常有效的方式[6]。概率類技術當前分以下幾種：選擇性映射(SLM)算法、部分序列傳輸(PTS)算法、PS(Pulse Shaping)算法、TI(Tone Injection)算法等，其中PS及TI算法要求疊加1個向量，該向量必須經過優(yōu)化[7]，而SLM和PTS算法則著重于選擇合適的向量或者合適序列與原始頻域信號相乘，相對來講SLM及PTS優(yōu)點在于復雜度較低且容易實現(xiàn)。

1 OFDM信號和峰均比的產生

假設1路OFDM傳輸信號由N個載波組成，第n個載波所在時刻i傳輸?shù)男畔⒋a元可以定義為dn,i，因此，OFDM信號的復包絡應該表示為[8]：

(1)

式中:OFDM載波信號幀周期為(T+Tg),Tg是保護間隔，即插入循環(huán)前綴以消除碼間干擾(ISI)。

為了確保各子載波具有正交性，各子信道相互間隔為：

Δf=1/T

(2)

為了分析簡單，如果僅考慮OFDM一幀，其OFDM信號復包絡就能簡化為[9]：

(3)

定義OFDM信號的峰平功率比(PAPR)為：

(4)

為了進一步研究OFDM信號峰值特性，統(tǒng)計其超過某一門限的概率，定義OFDM峰平比(PAPR)的互補累積分布函數(shù)(CCDF)為[10]：

(5)

從式(5)可以得出結論，OFDM系統(tǒng)具有很高的峰平比，在子載波數(shù)量是N的條件下，OFDM信號理論上的最大PAPR為N[11],因此，降低OFDM系統(tǒng)的PAPR是必要的。

2 選擇映射(SLM)原理

X(u)=(X0(u),X1(u),…，XN-1(u))=〈X·Pu〉=

(6)

式中：〈·〉表示向量之間的點乘。

3 隨機分組正交映射

(7)

(8)

(9)

(10)

4 仿真過程及分析

(11)

其中X1,n(0≤n≤K)被任意分配到4組中，設信號路數(shù)U=3，則有：

(12)

(13)

合成信號為：

A=A1+A2+A3

(14)

信號進行IFFT變換后：

Y=IFFT(A)

(15)

在Y中選擇峰平比(PAPR)最小的一路序列作為傳輸序列，Matlab仿真結果顯示該隨機分組方案能極大地減小OFDM系統(tǒng)的功率峰平比。U=3，V=4，K=1 024，采用QPSK調制，循環(huán)1 000次的仿真結果如圖1所示。

可見新的方案比SLM方法在降低峰均比上有顯著的改善。

為了進一步研究該方法的性能，改變信號路數(shù)U和分組數(shù)量V，進行了如下仿真：調制方式QPSK，K=1 024，結果如圖2、圖3所示。

由圖2和圖3可以看出,路數(shù)較少的情況下,隨機分組SLM方法比SLM方法降低峰平比的效果有顯著的改善，隨著路數(shù)N增加，這種改善逐漸變得不很明顯。從圖3及圖4可以得出：增大隨機分組子塊個數(shù)V，降低OFDM峰平比效果更明顯。

5 結束語

本文提出了降低OFDM峰平比的改進算法——隨機分組選擇映射。通過以上理論分析及Matlab仿真實驗，結果顯示新算法在降低OFDM信號PAPR上有著十分理想的效果。因此，在高速數(shù)據(jù)傳輸OFDM系統(tǒng)中，該算法有著廣闊的應用前景。

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AnImprovedSLMAlgorithmReducingPAPRofOFDMSignal

XU Lin-bo

(The 20th Research Institute of CETC,Xi'an 710068,China)

Selected mapping (SLM) is an effective algorithm to reduce peak to average power ratio (PAPR) of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system,but the reduced performance is poor.This paper puts forward an improved algorithm based on SLM method,random group design SLM,to reduce the PAPR.This algorithm performs random grouping to theUchannel signals and adds rotation factor to perform transform,then performs inverse fast Fourier transform (IFFT),and selects the signal with minimum PAPR to be transmitted.This paper performs system simulation under a variety of conditions,the experimental results show that this method has obvious improvement in improving the signal PAPR compared to SLM method .

orthogonal frequency-diversity multiplexing;peak to average power ratio;selected mapping

2017-08-21

TN919.3

A

CN32-1413(2017)06-0087-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.06.019