信号分解法降低OFDM符号峰均功率比的算法

摘要：

在正交频分复用（OFDM）系统中，信号的峰均功率比（PAPR）较高，导致发射端信号发生失真，为此提出了一种降低PAPR的算法。详细的介绍了在基带部分通过信号分解的方法将OFDM符号分解为两路信号以降低PAPR值，并验证了在不同的比较门限和分解门限下该方法对PAPR的改善程度。实验仿真结果证明，信号分解法在合理的比较门限和分解门限下能够在基带部分降低3dB～4dB的PAPR值。

关键词：正交频分复用；峰均功率比；交替分解算法；比较门限；分解门限

中图分类号：TN911.7

文献标志码：A

0引言

正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM）是目前长期演进（Long Term Evolution， LTE）协议中的主流技术。OFDM系统会产生较高的峰均功率比（PeaktoAverage Power Ratio，PAPR）值。大的信号峰值会导致D/A变换器中信号电压的钳位，同时会使功率放大器饱和，引起信号交调失真与频谱畸变。在发送端产生干扰，恶化整个系统性能。目前降低PAPR的方法主要有3类[1]：限幅类技术、编码类技术和概率类技术。限幅类技术中的削峰滤波法是最简单的工程应用算法。在基带对信号做类似放大器的非线性操作，用滤波器来降低带外噪声，但引入了峰值再生，通过迭代增加复杂度来达到降低PAPR的目的。编码类技术中现有编码效率很低，码本传输也需要额外的边带信息。概率类技术中的子载波预留（Tone Reservation，TR）法是用一部分载波传输削减峰值的信息，但是降低了信号传输速率。本文提出的信号分解的方法是依据不同的比较门限和分解门限，在基带部分将信号分解为两个PAPR值较小的信号，能够有效降低PAPR，与现有的几类算法比较，算法复杂度低。

3仿真及结果分析

仿真中，调制方式为QPSK，总子载波数为N=2048，用户子载波数为1200。有10000个OFDM符号，采用了二级采样法。一级过采样倍数为1，二级过采样倍数为8。信号分解后会有频谱泄漏，对频谱做滤波处理，再做二级过采样。比较门限为1/3，分解门限为1/2。

信号处理过程中时域和频域如图1所示。在图1（a）～（d）中，过采样系数为1做ALT处理过后，信号的时域中没有明显的峰值出现，信号的幅度差异不大，在频谱中看出，保护间隔中有频谱泄漏。在图1（e）～（f）中做滤波处理过后信号时域稍有变化。为了和模拟信号近似做8倍过采样。

信号分解法处理过后的OFDM符号的互补的累积分布函数（Complementary Cumulative Distribution Function， CCDF）曲线如图2所示。

从仿真结果可以看出，如果在一级过采样后采用信号分解法能够降低9个dB的PAPR值，做了滤波处理之后，时域变化，信号的PAPR会有较大程度的增加，再做8倍过采样后信号PAPR值与原始信号相比能够降低大概3dB的PAPR值。原始的10000个OFDM符号二阶过采样后平均功率值与分解后信号二阶过采样后的功率值相差不大。

4结语

本文提出一种减小PAPR的信号分解的算法。该算法在基带部分的计算复杂度小，降低PAPR的程度明显，并理论上推导了比较门限对分解后信号的功率的影响程度。将原始信号分解为两路PAPR值都很低的信号后传输，再在接收端合成的方法。

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