OFDM系統(tǒng)中高峰均比的抑制技術(shù)分析
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3．2．2 部分傳輸序列方法(PTS)
PTS是另外一種常用的減小OFDM系統(tǒng)PAPR的方法，其主要思想為將輸入數(shù)據(jù)符號(hào)分成若干組，然后再合并這些分組，以此來(lái)減小以PA-PR。
首先利用向量來(lái)定義數(shù)據(jù)符號(hào)X=(X0，X1，…，XN-1)，然后把向量X割成V組，分別由(Xv,V=1，2，…，V}來(lái)表示，其分割方法可以有多種。假設(shè)每個(gè)分組中所包含的N數(shù)是相同的，然后將這階分組按照如下的方法組合起來(lái)：
其中，{bv,V=1，2，…，V}是加權(quán)系數(shù)，且滿足bv=exp(jφv)以及φv∈[0，2π]，這些被稱為輔助信息(Side Information)。之后再對(duì)X’進(jìn)行IFFT變換，得到x’=IFFT{X’}。再根據(jù)公式(11)及參考IFFT變換的線性，利用V個(gè)單獨(dú)的IFFT變換，對(duì)各個(gè)分組進(jìn)行計(jì)算，最終得到下式：
其中引入了V個(gè)部分發(fā)送序列xv=IFFT{Xv}?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇輔助加權(quán)系數(shù)(bv,V=1，2，…，V}，從而使上式的峰值信號(hào)到達(dá)最佳。
為使OFDM系統(tǒng)內(nèi)的PAPR最優(yōu)的最優(yōu)加權(quán)系數(shù)應(yīng)滿足下面的公式：
其中，argmin(．)表示函數(shù)取得最小值時(shí)所使用的判決條件。這樣一來(lái)，就可以以V-1次IFFT計(jì)算為代價(jià)，通過(guò)尋找最佳的{bv，V=1，2，…，V}系數(shù)，使得OFDM系統(tǒng)內(nèi)的PAPR性能得到較好的改善。圖7給出了采用PTS方法的基本框圖。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/155910.htm
這種算法與SLM有著共同的缺點(diǎn)，那就是大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，導(dǎo)致計(jì)算量也大大增加。可以通過(guò)限制bv的取值范圍和采用適當(dāng)?shù)姆指钷k法來(lái)降低復(fù)雜度。分割方法主要有隨即分割、交織分割、相鄰分割。圖8給出了用隨即分割方法在V取不同值時(shí)的PTS-OFDM的CCDF曲線：
3．3 編碼技術(shù)
編碼技術(shù)的基本思想是利用編碼方法來(lái)產(chǎn)生PAPR較小的OFDM符號(hào)。其核心是運(yùn)用一種特殊的前向糾錯(cuò)技術(shù)除掉高PAPR的OFDM信號(hào)。典型的碼組有分組碼、M序列、格雷(Golay)碼和雷德密勒(Reed-Muller)碼等。下面對(duì)上述的幾種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
(1)分組編碼。其基本思想是：在對(duì)比特流進(jìn)行IFFT運(yùn)算之前，先進(jìn)行特殊的編碼處理(如應(yīng)用奇偶校驗(yàn)位)，使得輸出的比特流經(jīng)過(guò)OFDM調(diào)制后具有較低的PAPR。精心設(shè)計(jì)的分組編碼方法不僅可以有效地降低PAPR，同時(shí)還可以起到類似于信道編碼的作用，使系統(tǒng)具有前向檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的能力。
(2)M序列。該序列具有良好的自相關(guān)性，因此將其作為IFFT的輸入，得到的信號(hào)就會(huì)具有很低的PAPR。用M序列對(duì)輸入信息進(jìn)行編碼可以將OFDM信號(hào)的PAPR限制在5-7dB。
(3)格雷互補(bǔ)序列。把GCS作為IFFT的輸入，那么它的輸出信號(hào)就會(huì)有比較低的PAPR值。應(yīng)用GCS序列的最大優(yōu)點(diǎn)就是不論子載波數(shù)多少，其PAPR至多為3dB。但是，由于隨著子載波數(shù)的逐漸增多，尋找最佳生成矩陣具有相當(dāng)高的難度，因此格雷互補(bǔ)序列碼并不適用于載波數(shù)較大的OFDM系統(tǒng)。
(4)雷德密勒碼。一種高效的編碼方案，具有一定的糾錯(cuò)性能。利用RM碼與GCS碼構(gòu)造新的分組編碼，此分組碼同時(shí)具有GCS和RM碼的性能，不僅可將PAPR降至3dB以內(nèi)，同時(shí)還具有良好的糾錯(cuò)檢錯(cuò)能力。
應(yīng)用編碼方法降低PAPR的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，且降低PAPR的效果好。但它的缺點(diǎn)也非常明顯：一是受編碼調(diào)制方式的限制，比如分組編碼就只能適用于PSK調(diào)制方式，而不適用于基于QAM調(diào)制方式的OFDM系統(tǒng)；二是受限于子載波數(shù)，隨著子載波數(shù)的增加，計(jì)算復(fù)雜度增大，系統(tǒng)的吞吐量嚴(yán)重下降，帶寬的利用率顯著降低等；三是數(shù)據(jù)的編碼速率有所減小，因?yàn)榇蟛糠值木幋a方法都要引入一定的冗余信息。
4 小結(jié)
OFDM系統(tǒng)具有較大的PAPR，它直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本和效率，也是影響OFDM技術(shù)在未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。
本文首先針對(duì)OFDM系統(tǒng)內(nèi)PAPR的定義和它的性能衡量函數(shù)(CCDF)進(jìn)行討論，然后對(duì)降低OFDM系統(tǒng)PAPR問(wèn)題的3類技術(shù)進(jìn)行分析，包括限幅類技術(shù)、擾碼技術(shù)和編碼技術(shù)。限幅類技術(shù)分析了直接限幅方法和壓擴(kuò)變換技術(shù)；擾碼類技術(shù)介紹了兩種具有代表性的技術(shù)：選擇性映射(SLM)和部分傳輸序列(PTS)，并分析了各自降PAPR的原理和優(yōu)缺點(diǎn)；編類碼技術(shù)簡(jiǎn)單介紹了它的原理和幾種主要的方法。這3類方法都有各自的著眼點(diǎn)和特色，也都存在著缺陷。限幅類技術(shù)直接對(duì)信號(hào)的峰值進(jìn)行非線性操作，它最直接，最簡(jiǎn)單。但因?yàn)樗捎昧朔蔷€性操作，因此會(huì)帶來(lái)帶內(nèi)噪聲和帶外干擾，從而降低系統(tǒng)的誤碼率性能和頻譜效率。編碼技術(shù)利用編碼將原來(lái)的信息碼字映射到一個(gè)具有比較好的PAPR特性的傳輸碼集上，從而避開(kāi)了那些會(huì)出現(xiàn)信號(hào)峰值的碼字。該類技術(shù)為線性過(guò)程，它不會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生畸變，因此也沒(méi)有限幅類技術(shù)的缺點(diǎn)。但是，編碼技術(shù)的計(jì)算復(fù)雜度非常高，編解碼都非常麻煩。更重要的是，這類技術(shù)的信息速率降低得很快，因此只適用于子載波數(shù)比較少的情況。至于擾碼類技術(shù)，它不像編碼技術(shù)完全避開(kāi)信號(hào)的峰值，而是著眼于努力使信號(hào)峰值出現(xiàn)的概率降低。這類技術(shù)采用的方法也為線性過(guò)程，因此它不會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生畸變。這類技術(shù)能夠有效地降低信號(hào)的PAPR值，它的缺點(diǎn)也是計(jì)算復(fù)雜度太大。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)性能要求和實(shí)際需要，選擇適合的方法。
評(píng)論