一種降低OFDM系統(tǒng)峰均比改進的SLM算法

摘 要：選擇性映射（SLM）算法是一種無失真降低OFDM系統(tǒng)峰均比（PAPR）的技術(shù)，但經(jīng)典SLM算法的峰均比降低性能不甚明顯。文章提出了一種改進的SLM算法，ISLM算法。該算法有效地利用了IFFT的線性性質(zhì)，大大降低了IFFT的運算次數(shù)，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。仿真結(jié)果表明，該算法可以有效地改進SLM算法的性能，大大降低OFDM系統(tǒng)的峰均比。

關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用；峰均比；選擇性映射；加權(quán)

中圖分類號：TN919.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0075-02

OFDM是一種特殊的多載波（MCM）傳輸技術(shù)，由于其高數(shù)據(jù)傳輸效率和在抗多徑衰落方面的優(yōu)勢已被選為4G的核心物理層技術(shù)。然而，由大量調(diào)制的自帶信號疊加而成的OFDM信號在傳輸中會出現(xiàn)非常高的瞬時信號峰值，OFDM信號包絡(luò)的這種劇烈變化特性，采用峰值平均功率比衡量，簡稱峰均比（PAPR）。高峰均比的OFDM信號很容易超出功率放大器的線性范圍，從而引起較大的功率譜帶外分量，產(chǎn)生嚴(yán)重的子載波間干擾（ICI），嚴(yán)重惡化OFDM系統(tǒng)的性能。

現(xiàn)有降低OFDM峰均比的算法大致可以分為信號預(yù)畸變技術(shù)、編碼方法和擾碼技術(shù)三種。擾碼技術(shù)由于其無失真性而備受關(guān)注，包括選擇性映射（SLM）和部分傳輸序列（PTS）。該方法利用不同的加擾序列對OFDM符號進行加權(quán)處理，利用多個序列表示同一組信息的傳輸，從而選擇PAPR最小的一組用于傳輸。傳統(tǒng)的SLM方法采用隨機產(chǎn)生的擾碼序列對原始序列進行加擾，經(jīng)過IFFT之后，從輸出的時域序列中選擇峰均比最小的一組進行傳輸。該算法的峰均比降低效果不理想。文獻[4]提出采用時域加權(quán)的方法對SLM算法進行改進，但該論文對加權(quán)系數(shù)的取值做了嚴(yán)格規(guī)定，并沒有從理論上進行一般性論述。本文對概算法進行了進一步擴展，從理論上推導(dǎo)出一般性的加權(quán)系數(shù)取值。仿真結(jié)果證實了該算法的有效性和可行性。

1 OFDM系統(tǒng)模型及峰均比

1.1 OFDM系統(tǒng)模型

通常采用互補累積分布函數(shù)(CCDF)來衡量信號PAPR的分布情況。互補累積分布函數(shù)表示PAPR超過某一門限值的概率，其定義為：

CCDF=Pr(PAPR>PAPR0)

2 改進的SLM

2.1 傳統(tǒng)SLM算法

最后從這M個時域序列中選擇PAPR最小的一組用于傳輸。

假設(shè)峰均比的門限值是PAPR0，則原始OFDM序列的PAPR超過門限值PAPR0的概率定義為Pr(PAPR> PAPR0)，則M個序列x(u)的PAPR都超過的PAPR0概率為[Pr(PAPR>PAPR0)]M，從而得到SLM算法的PAPR理論分布曲線為：

Pr(PAPR≥PAPR0)=[1-(1-ePAPR0)N]M

2.2 改進SLM算法（ISLM）

3 仿真結(jié)果

仿真采用Matlab 6.5仿真環(huán)境，子載波數(shù)N=256，子載波采用QPSK調(diào)制。首先仿真了M=4，v=1的ISLM算法性能，在仿真結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，M=4，v=1，θ=π/4的ISLM算法性能明顯優(yōu)于M=4時傳統(tǒng)SLM算法性能，在CCDF為時10-4，ISLM算法可是OFDM的峰均比降低4.4 dB，同傳統(tǒng)SLM算法相比性能提高1.4 dB。且其性能也由于M=8時的傳統(tǒng)SLM算法性能，但此時ISLM的運算量僅為M=8 SLM算法運算量的50%。

圖2為M=4時，v=1和v=4時的ISLM算法性能。從性能曲線可明顯看出，θ取值范圍的越多，備選序列也成倍增加，系統(tǒng)的峰均比性能越來越好。但隨著θ的增多，也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和邊帶信息的數(shù)量，會在一定程度上降低OFDM系統(tǒng)的傳輸效率，在實際應(yīng)用中要在二者之間做適當(dāng)?shù)臋?quán)衡。

4 結(jié) 語

SLM算法是一種無失真降低OFDM系統(tǒng)峰均比的有效算法，但其峰均比降低效果并不明顯。本文提出一種改進的SLM算法——ISLM算法，該算法通過對傳統(tǒng)SLM算法產(chǎn)生的備選序列進行加權(quán)，充分利用了IFFT的線性性質(zhì)，既保證了系統(tǒng)總能量不受損失，又大大增加了備選序列的數(shù)量。仿真結(jié)果表明，該算法可以大大改進SLM算法的性能，為降低OFDM峰均比算法的研究引入一個全新思路。

參考文獻：

[1] 崔小準(zhǔn)，胡光銳，陳豪.OFDM系統(tǒng)峰值功率的降低和處理方法[J].通信技術(shù)，2009，(12):13-15.

[2] Bauml，F(xiàn)ischer，Huber.Reducing the peak-to-average power ratio of multicarrier modulation by selected mapping[J].Electronics Letters，1996，(32):2056-2057.

[3] Muller，Huber.OFDM with reduced peak-to-average power ratio by optimum combination of partial transmit sequences[J].Electronics Letters，1995，(1):430-433.

[4] Seok-Joong Heo，Hyung-Suk Noh，Jong-Seon No，Dong-Joon Shin.A MODIFIED SLM SCHEME WITH LOW COMPLEXITY FOR PAPR REDUCTION OF OFDM SYSTEMS[J].PIMRC，2007，(12).

[5] 胡澤鑫，許柯，朱曉明，等.一種基于混沌序列降低OFDM系統(tǒng)PAPR方法的研究[J].通信技術(shù)，2007，12(40):63-66.

[6] 佟學(xué)儉，羅濤.OFDM移動通信技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社，2003.