《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于頻譜優(yōu)化和交織的OFDM-PAPR降低算法
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2012年第8期
賈科進1， 杜太行1， 張效瑋2
1. 河北工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院， 天津300401； 2. 石家莊市發(fā)展和改革委員會， 河北 石家莊 050000
摘要： 為了降低OFDM系統(tǒng)的PAPR，針對傳統(tǒng)算法有損系統(tǒng)性能的缺點，提出了一種優(yōu)化的算法。該算法基于頻譜優(yōu)化和交織思想，通過確定有效子載波個數(shù)來提高OFDM符號的平均功率和系統(tǒng)的頻譜效率，并通過預(yù)判斷，選擇性地對OFDM符號進行交織處理。仿真結(jié)果表明，該算法在降低OFDM的PAPR的同時，也優(yōu)化了系統(tǒng)的性能。
中圖分類號： TN927.2
文獻標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2012)08-0099-04
PAPR reduction algorithm for OFDM system based on frequency optimization and interleaver
Jia Kejin1， Du Taihang1， Zhang Xiaowei2
1. School of Information and Engeering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China; 2. Shijiazhuang Development and Reform Commission, Shijiazhuang 050000, China
Abstract： Concerning that the main drawback of traditional algorithm, an optimization algorithm was given to reduction PAPR in OFDM system. The algorithm heightened average power and frequency efficiency by computed optimization sub-band number. From the prejudgement, the algorithm disposed OFDM signs by interleaver selectively. Simulation results show that the algorithm can reduce the PAPR and improve capability of OFDM system.
Key words : OFDM； peak-to-average power ratio； frequency efficiency； interleaver

    峰均功率比PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)較大是OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系統(tǒng)所面臨的一個重要問題。較大的PAPR會引起信號畸變，導(dǎo)致子信道之間的正交性遭到破壞，產(chǎn)生相互干擾，使系統(tǒng)性能惡化?？朔@一問題最傳統(tǒng)的方法是采用大動態(tài)范圍的線性放大器，或者對非線性放大器的工作點進行補償，但是這樣會大大降低功率放大器的效率，使得絕大部分能量都轉(zhuǎn)化為熱能被浪費掉[1-2]。因此，有效降低OFDM系統(tǒng)的峰均功率比已成為研究熱點[3]。

    參考文獻[4]提出了一種限幅方法，該方法雖然簡單，但由于對OFDM符號進行了畸變處理，導(dǎo)致信號產(chǎn)生失真。參考文獻[5]提出了一種編碼方法，但該方法需要通過遍歷搜索所有可能的碼字來得到所傳輸?shù)拇a集，并且需要事先存儲查詢表用于編碼和解碼，因此當(dāng)子載波數(shù)較大時，該方法的實現(xiàn)非常困難。參考文獻[6-8]提出了基于加擾序列的方法，該方法需要采用遍布式搜索方式尋找一組最優(yōu)的相位加權(quán)序列，計算復(fù)雜度較高。參考文獻[3]在此基礎(chǔ)上提出了一種無損系統(tǒng)PAPR性能的低計算復(fù)雜度部分傳輸序列LCC-PTS(Low Computational Complexity Partial Transmit Sequences)方法，該方法簡化了產(chǎn)生部分候選序列的運算過程，從而達到降低計算復(fù)雜度的目的。
    本文根據(jù)頻譜優(yōu)化思想和PAPR的基本原理，提出了一種基于頻譜優(yōu)化和交織的PAPR降低算法。該算法通過關(guān)閉不作為的子載波來降低子載波數(shù)N，并根據(jù)參考文獻[2]的預(yù)判斷技術(shù)有選擇地對OFDM符號進行交織處理，最大限度地減少了對系統(tǒng)性能的損害并降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。性能分析結(jié)果表明，該算法在降低PAPR的同時，使系統(tǒng)的性能得到提高。
1 OFDM系統(tǒng)中的PAPR問題
    OFDM信號是由多個獨立的經(jīng)過調(diào)制的子載波信號疊加而成的，所以，疊加后的信號可能會產(chǎn)生較大的峰值功率，由此會帶來較大的峰均功率比。假設(shè)OFDM系統(tǒng)的子載波數(shù)為N，在一個符號時間間隔內(nèi)，其基帶離散信號可表示為：



并串轉(zhuǎn)換后輸出。
3 仿真分析
    假設(shè)系統(tǒng)具有較好的同步和較準(zhǔn)確的信道估計，不存在載波間干擾(ICI)和其他因素的影響。選擇子帶的初始個數(shù)N=[128，256]，PAPR0=8 dB。不失一般性，仿真時子載波的調(diào)制方式選擇為QPSK。
    圖3給出了本文算法處理前后的CCDF比較。從圖中可以看出，隨著PAPR門限的增加，本文算法的處理效果將更加顯著，在門限PAPR=10時，其CCDF的值可降低一個數(shù)量級左右。另外，由于有效子載波數(shù)的確定，使得經(jīng)本算法處理后，不同子載波個數(shù)的CCDF差值得到降低。

 

 

    圖4給出了不同目標(biāo)PAPR0時的仿真比較，從中可以看出，增加PAPR0，等同于放寬了約束條件，使得滿足條件的OFDM符號數(shù)目增加，從而被交織處理的符號數(shù)目減少，增加了CCDF的值。
    圖5是在子載波數(shù)N=128時，給出的算法處理前后的頻譜效率比較曲線圖。由于關(guān)閉了不作為的子載波，從而增加了中低信噪比下的頻譜效率。

    本文研究了OFDM系統(tǒng)中的峰均功率比的問題，并基于頻譜優(yōu)化和交織思想，提出了一種降低PAPR的算法。通過確定有效子載波的個數(shù)，提高OFDM符號的平均功率,并根據(jù)線性放大器的動態(tài)范圍設(shè)定目標(biāo)PAPR0，通過預(yù)判斷，選擇性地對OFDM進行交織和解交織處理。該方法克服了傳統(tǒng)算法對系統(tǒng)性能的影響，并在降低OFDM的PAPR的同時,優(yōu)化了系統(tǒng)的性能。
參考文獻
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[3] 王靈垠, 曹葉文. 降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的低計算復(fù)雜度PTS方法[J]. 通信學(xué)報, 2009,30(10):51-56.
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[8] YANG L, CHEN R S, SIU Y M. PAPR reduction of an OFDM signal by use of PTS with low computational complexity[J]. IEEE Transactions on Broadcasting, 2006,52(1):83-86.

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