OFDM系统中降低峰均比的算法研究
2014-12-13朱宁龙于文波
朱宁龙++于文波
摘要：正交频分复用（OFDM）系统中峰值平均功率比（PAPR）较高，为了解决这个问题，本文介绍两种算法：选择性映射（SLM）算法和预留子载波（TR）算法，并对两种算法分别使用不同序列时所得到的结果进行分析和对比。
关键词：OFDM 峰均比 选择性映射 预留子载波
中图分类号：TN919.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0119-02
正交频分复用（OFDM）信号在发射机具有很高的峰值平均功率比（PAPR），使信号失真。PAPR定义为：。
其中，x（n）表示时域信号表达式。
仿真过程中，多用互补累积分布函数（CCDF）来观察PAPR性能：。
其中，N表示样本数，Power表示PAPR大小。
目前，有三类技术可以有效地降低峰均比：限幅法、信号编码法和概率法。其中概率法包括选择性映射、预留子载波、部分传输序列等。本文重点介绍前两种算法，并通过仿真对其进行分析和对比。
1 CAZAC序列介绍
CAZAC（Constant Amplitude Zero Auto-Correlation）序列，即恒包络零自相关序列。CAZAC序列有很多种，本文主要介绍其中的ZC序列，其表达式为：
其中，N为所要产生序列的长度，M与N互为质数，改变M可生成不同的ZC序列，q为任意整数。
2 降低PAPR算法
2.1 选择性映射（SLM）
选择性映射算法的原理是使用不同的相位序列与发送的数据序列对应相乘，将相乘后的序列进行IFFT，计算每个序列的PAPR值，然后选取其中PAPR值最小的相乘序列进行发送，这样可以有效降低系统的PAPR值。
在SLM中，使输入数据序列为，分别与U个不同的相位序列对应相乘，其中，，，，产生一个修正的数据块，然后将所有的U个改变的子载波数据转换到时域。最后选择一个具有最小PAPR的序列进行传输。
2.2 预留子载波（TR）
R算法的核心问题就是寻找最优的时域发送信号。
假设预留子载波集合C，数据符号集合X，并有。若在频域内X叠加上C，则合成后新的时域信号为：
其中，x（n）为数据符号的时域形式，c（n）是预留子载波上的时域信号。
在子载波的分配上，预留子载波算法要求X与C没有交集，如下式所示：
其中uc表示发送数据符号子载波集合，u表示发送削峰信号子载波集合。子载波之间的相互正交性，使增加的削峰信号不会对数据符号造成干扰。预留子载波方法就是寻找最佳的C取值，使得发送信号的峰均比最小。
3 仿真结果
本文对传统SLM算法和TR算法对抑制PAPR的效果进行了比较，并对SLM系统中使用不同CODE时的效果进行了仿真。
图1为对SLM、TR算法以及原始信号的PAPR进行仿真。其中SLM算法和TR算法都采用了CAZAC序列，载波数64，SLM中序列个数为4，TR中预留子载波数为8。可以看出，SLM对OFDM系统的PAPR抑制效果更明显。
图2为对SLM和TR算法以及原始信号的BER性能进行仿真，其中两种算法所使用的参数与上图相同。从图中可以看出，SLM算法对OFDM系统的BER性能有更明显的提升。
图3为对SLM算法使用不同的码序列时的PAPR性能，分别使用了CAZAC序列，随机码和GOLD码，从图中可以看出，CAZAC序列能够更明显地抑制OFDM系统的PAPR。
图4为对SLM算法使用不同码序列，其他参数均相同时，对OFDM系统中BER的影响。从图中可以看出，CAZAC序列有较好的性能，对OFDM系统的BER性能有更多的提升。
4 结语
本文基于OFDM系统，为了降低系统PAPR，使用了两种不同算法进行了仿真。通过结果可知，选择性映射算法和预留子载波法相比原始信号，都有较为明显的效果。而当采用CAZAC序列和SLM算法时，效果最为明显。
参考文献
[1]白文岭.LTE系统中的关键传输技术研究[D].电子科技大学，硕士论文，2010，3.
[2]苏雁泳，吴华明，徐媛媛.基于软限幅法降低峰均比的性能分析[J].通信技术，2010，09.
[3]周国华，陈琳，黄怿.利用格雷互补序列和雷德密勒码来降低PAPR的方法[J].常州工学院学报，2005，01.endprint
摘要：正交频分复用（OFDM）系统中峰值平均功率比（PAPR）较高，为了解决这个问题，本文介绍两种算法：选择性映射（SLM）算法和预留子载波（TR）算法，并对两种算法分别使用不同序列时所得到的结果进行分析和对比。
关键词：OFDM 峰均比 选择性映射 预留子载波
中图分类号：TN919.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0119-02
正交频分复用（OFDM）信号在发射机具有很高的峰值平均功率比（PAPR），使信号失真。PAPR定义为：。
其中，x（n）表示时域信号表达式。
仿真过程中，多用互补累积分布函数（CCDF）来观察PAPR性能：。
其中，N表示样本数，Power表示PAPR大小。
目前，有三类技术可以有效地降低峰均比：限幅法、信号编码法和概率法。其中概率法包括选择性映射、预留子载波、部分传输序列等。本文重点介绍前两种算法，并通过仿真对其进行分析和对比。
1 CAZAC序列介绍
CAZAC（Constant Amplitude Zero Auto-Correlation）序列，即恒包络零自相关序列。CAZAC序列有很多种，本文主要介绍其中的ZC序列，其表达式为：
其中，N为所要产生序列的长度，M与N互为质数，改变M可生成不同的ZC序列，q为任意整数。
2 降低PAPR算法
2.1 选择性映射（SLM）
选择性映射算法的原理是使用不同的相位序列与发送的数据序列对应相乘，将相乘后的序列进行IFFT，计算每个序列的PAPR值，然后选取其中PAPR值最小的相乘序列进行发送，这样可以有效降低系统的PAPR值。
在SLM中，使输入数据序列为，分别与U个不同的相位序列对应相乘，其中，，，，产生一个修正的数据块，然后将所有的U个改变的子载波数据转换到时域。最后选择一个具有最小PAPR的序列进行传输。
2.2 预留子载波（TR）
R算法的核心问题就是寻找最优的时域发送信号。
假设预留子载波集合C，数据符号集合X，并有。若在频域内X叠加上C，则合成后新的时域信号为：
其中，x（n）为数据符号的时域形式，c（n）是预留子载波上的时域信号。
在子载波的分配上，预留子载波算法要求X与C没有交集，如下式所示：
其中uc表示发送数据符号子载波集合，u表示发送削峰信号子载波集合。子载波之间的相互正交性，使增加的削峰信号不会对数据符号造成干扰。预留子载波方法就是寻找最佳的C取值，使得发送信号的峰均比最小。
3 仿真结果
本文对传统SLM算法和TR算法对抑制PAPR的效果进行了比较，并对SLM系统中使用不同CODE时的效果进行了仿真。
图1为对SLM、TR算法以及原始信号的PAPR进行仿真。其中SLM算法和TR算法都采用了CAZAC序列，载波数64，SLM中序列个数为4，TR中预留子载波数为8。可以看出，SLM对OFDM系统的PAPR抑制效果更明显。
图2为对SLM和TR算法以及原始信号的BER性能进行仿真，其中两种算法所使用的参数与上图相同。从图中可以看出，SLM算法对OFDM系统的BER性能有更明显的提升。
图3为对SLM算法使用不同的码序列时的PAPR性能，分别使用了CAZAC序列，随机码和GOLD码，从图中可以看出，CAZAC序列能够更明显地抑制OFDM系统的PAPR。
图4为对SLM算法使用不同码序列，其他参数均相同时，对OFDM系统中BER的影响。从图中可以看出，CAZAC序列有较好的性能，对OFDM系统的BER性能有更多的提升。
4 结语
本文基于OFDM系统，为了降低系统PAPR，使用了两种不同算法进行了仿真。通过结果可知，选择性映射算法和预留子载波法相比原始信号，都有较为明显的效果。而当采用CAZAC序列和SLM算法时，效果最为明显。
参考文献
[1]白文岭.LTE系统中的关键传输技术研究[D].电子科技大学，硕士论文，2010，3.
[2]苏雁泳，吴华明，徐媛媛.基于软限幅法降低峰均比的性能分析[J].通信技术，2010，09.
[3]周国华，陈琳，黄怿.利用格雷互补序列和雷德密勒码来降低PAPR的方法[J].常州工学院学报，2005，01.endprint
摘要：正交频分复用（OFDM）系统中峰值平均功率比（PAPR）较高，为了解决这个问题，本文介绍两种算法：选择性映射（SLM）算法和预留子载波（TR）算法，并对两种算法分别使用不同序列时所得到的结果进行分析和对比。
关键词：OFDM 峰均比 选择性映射 预留子载波
中图分类号：TN919.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0119-02
正交频分复用（OFDM）信号在发射机具有很高的峰值平均功率比（PAPR），使信号失真。PAPR定义为：。
其中，x（n）表示时域信号表达式。
仿真过程中，多用互补累积分布函数（CCDF）来观察PAPR性能：。
其中，N表示样本数，Power表示PAPR大小。
目前，有三类技术可以有效地降低峰均比：限幅法、信号编码法和概率法。其中概率法包括选择性映射、预留子载波、部分传输序列等。本文重点介绍前两种算法，并通过仿真对其进行分析和对比。
1 CAZAC序列介绍
CAZAC（Constant Amplitude Zero Auto-Correlation）序列，即恒包络零自相关序列。CAZAC序列有很多种，本文主要介绍其中的ZC序列，其表达式为：
其中，N为所要产生序列的长度，M与N互为质数，改变M可生成不同的ZC序列，q为任意整数。
2 降低PAPR算法
2.1 选择性映射（SLM）
选择性映射算法的原理是使用不同的相位序列与发送的数据序列对应相乘，将相乘后的序列进行IFFT，计算每个序列的PAPR值，然后选取其中PAPR值最小的相乘序列进行发送，这样可以有效降低系统的PAPR值。
在SLM中，使输入数据序列为，分别与U个不同的相位序列对应相乘，其中，，，，产生一个修正的数据块，然后将所有的U个改变的子载波数据转换到时域。最后选择一个具有最小PAPR的序列进行传输。
2.2 预留子载波（TR）
R算法的核心问题就是寻找最优的时域发送信号。
假设预留子载波集合C，数据符号集合X，并有。若在频域内X叠加上C，则合成后新的时域信号为：
其中，x（n）为数据符号的时域形式，c（n）是预留子载波上的时域信号。
在子载波的分配上，预留子载波算法要求X与C没有交集，如下式所示：
其中uc表示发送数据符号子载波集合，u表示发送削峰信号子载波集合。子载波之间的相互正交性，使增加的削峰信号不会对数据符号造成干扰。预留子载波方法就是寻找最佳的C取值，使得发送信号的峰均比最小。
3 仿真结果
本文对传统SLM算法和TR算法对抑制PAPR的效果进行了比较，并对SLM系统中使用不同CODE时的效果进行了仿真。
图1为对SLM、TR算法以及原始信号的PAPR进行仿真。其中SLM算法和TR算法都采用了CAZAC序列，载波数64，SLM中序列个数为4，TR中预留子载波数为8。可以看出，SLM对OFDM系统的PAPR抑制效果更明显。
图2为对SLM和TR算法以及原始信号的BER性能进行仿真，其中两种算法所使用的参数与上图相同。从图中可以看出，SLM算法对OFDM系统的BER性能有更明显的提升。
图3为对SLM算法使用不同的码序列时的PAPR性能，分别使用了CAZAC序列，随机码和GOLD码，从图中可以看出，CAZAC序列能够更明显地抑制OFDM系统的PAPR。
图4为对SLM算法使用不同码序列，其他参数均相同时，对OFDM系统中BER的影响。从图中可以看出，CAZAC序列有较好的性能，对OFDM系统的BER性能有更多的提升。
4 结语
本文基于OFDM系统，为了降低系统PAPR，使用了两种不同算法进行了仿真。通过结果可知，选择性映射算法和预留子载波法相比原始信号，都有较为明显的效果。而当采用CAZAC序列和SLM算法时，效果最为明显。
参考文献
[1]白文岭.LTE系统中的关键传输技术研究[D].电子科技大学，硕士论文，2010，3.
[2]苏雁泳，吴华明，徐媛媛.基于软限幅法降低峰均比的性能分析[J].通信技术，2010，09.
[3]周国华，陈琳，黄怿.利用格雷互补序列和雷德密勒码来降低PAPR的方法[J].常州工学院学报，2005，01.endprint
