一种降低OFDM信号峰平比的SLM改进算法

徐林搏

(中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068)

一种降低OFDM信号峰平比的SLM改进算法

徐林搏

(中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068)

选择映射(SLM)是降低正交频分复用(OFDM)系统中高峰平比(PAPR)问题的有效方法，但其降低性能比较差。在基于选择映射方法上提出了一种改进方案——随机分组选择映射(SLM)。该算法对U路信号数据进行随机分组并加入旋转因子进行变换，再进行逆傅里叶变换(IFFT)，选择PAPR最小的一路进行传输。进行了多种条件下的系统仿真，实验结果表明这种方法在改善信号峰平比方面，比SLM方法有明显的进步。

正交频分复用；峰平比；选择映射

0 引 言

正交频分复用(OFDM)技术以其极强的抗多径衰落性能及较高的频谱利用率被作为4G的核心技术[1]。但OFDM技术的重要缺点是有很高的峰平比[2](PAPR)，要求调制信号具有很大的动态范围。为了避免信号非线性失真和频谱扩散，需要后续的数/模(D/A)转换宽度较大[3]，这使得系统的成本及实现难度极大增加。

为此，很多学者提出了大量降低PAPR的算法。目前，比较成熟的方法有3类：信号畸变技术[4]，概率类技术，编码技术[5]。这些算法中概率类技术是目前解决OFDM应用中较高PAPR非常有效的方式[6]。概率类技术当前分以下几种：选择性映射(SLM)算法、部分序列传输(PTS)算法、PS(Pulse Shaping)算法、TI(Tone Injection)算法等，其中PS及TI算法要求叠加1个向量，该向量必须经过优化[7]，而SLM和PTS算法则着重于选择合适的向量或者合适序列与原始频域信号相乘，相对来讲SLM及PTS优点在于复杂度较低且容易实现。

1 OFDM信号和峰均比的产生

假设1路OFDM传输信号由N个载波组成，第n个载波所在时刻i传输的信息码元可以定义为dn,i，因此，OFDM信号的复包络应该表示为[8]：

(1)

式中:OFDM载波信号帧周期为(T+Tg),Tg是保护间隔，即插入循环前缀以消除码间干扰(ISI)。

为了确保各子载波具有正交性，各子信道相互间隔为：

Δf=1/T

(2)

为了分析简单，如果仅考虑OFDM一帧，其OFDM信号复包络就能简化为[9]：

(3)

定义OFDM信号的峰平功率比(PAPR)为：

(4)

为了进一步研究OFDM信号峰值特性，统计其超过某一门限的概率，定义OFDM峰平比(PAPR)的互补累积分布函数(CCDF)为[10]：

(5)

从式(5)可以得出结论，OFDM系统具有很高的峰平比，在子载波数量是N的条件下，OFDM信号理论上的最大PAPR为N[11],因此，降低OFDM系统的PAPR是必要的。

2 选择映射(SLM)原理

X(u)=(X0(u),X1(u),…，XN-1(u))=〈X·Pu〉=

(6)

式中：〈·〉表示向量之间的点乘。

3 随机分组正交映射

(7)

(8)

(9)

(10)

4 仿真过程及分析

(11)

其中X1,n(0≤n≤K)被任意分配到4组中，设信号路数U=3，则有：

(12)

(13)

合成信号为：

A=A1+A2+A3

(14)

信号进行IFFT变换后：

Y=IFFT(A)

(15)

在Y中选择峰平比(PAPR)最小的一路序列作为传输序列，Matlab仿真结果显示该随机分组方案能极大地减小OFDM系统的功率峰平比。U=3，V=4，K=1 024，采用QPSK调制，循环1 000次的仿真结果如图1所示。

可见新的方案比SLM方法在降低峰均比上有显著的改善。

为了进一步研究该方法的性能，改变信号路数U和分组数量V，进行了如下仿真：调制方式QPSK，K=1 024，结果如图2、图3所示。

由图2和图3可以看出,路数较少的情况下,随机分组SLM方法比SLM方法降低峰平比的效果有显著的改善，随着路数N增加，这种改善逐渐变得不很明显。从图3及图4可以得出：增大随机分组子块个数V，降低OFDM峰平比效果更明显。

5 结束语

本文提出了降低OFDM峰平比的改进算法——随机分组选择映射。通过以上理论分析及Matlab仿真实验，结果显示新算法在降低OFDM信号PAPR上有着十分理想的效果。因此，在高速数据传输OFDM系统中，该算法有着广阔的应用前景。

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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