OFDM系統(tǒng)中高峰均比的抑制技術分析
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3 國內(nèi)外對OFDM系統(tǒng)峰均比抑制的研究現(xiàn)狀
峰均比已成為OFDM技術研究的熱點之一，縱觀國內(nèi)外，人們已提出了大量的解決方案，主要分為這兩條途徑：一是提高功率放大器的性能，二是降低信號的峰均比。為了使高峰均比信號無失真地發(fā)射出去，功率放大器需要具有高度的線性和很大的回退(Back-off)，但是這樣的放大器功率效率很低。直流偏轉(zhuǎn)(Do Bias)方案可以提高放大器的功率效率，而線性化和預失真技術能通過改進放大器的線性而減小放大器造成的非線性失真，以及改進接收端的解碼性能，但是，這些技術并不能從根本上解決多載波信號的高PAPR給放大器帶來的難題。而降低信號的PAPR可以說是從本質(zhì)上來解決多載波系統(tǒng)的高PAPR問題，目前，研究者已經(jīng)提出了許多方案，可以大致歸為信號預畸變、編碼技術和擾碼三類。
預畸變技術是最早采用的方法，由于較大峰值出現(xiàn)的概率非常小，因此，預畸變技術是一種非常直接和有效的降低PAPR的方法，但是它將導致嚴重的帶內(nèi)干擾和帶外噪聲，從而降低整個系統(tǒng)的誤碼性能和頻譜效率。編碼類技術降PAPR為線性過程，它不會使信號產(chǎn)生畸變，因此沒有限幅類技術的缺點，但編碼類技術的計算復雜度非常高，編解碼都比較麻煩，而且這類技術的信息速率降低很快，因此，只適用于子載波數(shù)比較少的情況；擾碼技術能有效降低信號的PAPR，其缺點也是計算復雜度太大，但到目前為止，已有很多有效的方法來減少計算的復雜度。因此，在這三類技術中，擾碼技術最有希望解決OFDM中的PAPR問題。下面將對這三類技術進行詳細的介紹。
3．1 信號預畸變技術
信號預畸變技術是最簡單也是最直接的降低OFDM系統(tǒng)中PAPR的方法。在信號被送到放大器之前，首先經(jīng)過非線性處理，對有較大峰值功率的信號進行預畸變，使其不會超出放大器的動態(tài)變化范圍，從而避免較大PAPR的出現(xiàn)。最常用的信號預畸變技術包括限幅加窗技術和壓縮擴展技術。
3．1．1 限幅技術
限幅技術就是信號在經(jīng)過非線性部件之前進行限幅，使得峰值信號低于所期望的最大電平值。盡管限幅方法十分簡單，但也會給OFDM系統(tǒng)帶來相應的一些問題：首先，對OFDM符號的幅度進行畸變，會對系統(tǒng)造成自身的于擾，從而導致系統(tǒng)的誤碼率性能降低。其次，OFDM信號的非線性畸變會導致帶外輻射功率的增加，因為限幅的過程是將OFDM符號乘以一個矩形濾波器，將高于某個幅度的波形削平，因此限幅后的帶寬是由兩者的帶寬共同決定的。為了克服矩形窗函數(shù)所造成的帶外輻射過大的問題，可以利用其它的非矩形窗函數(shù)，例如Gaussian窗、Co-sine窗、Kaiser窗以及Hamming窗等?？偟膩碚f，選擇窗函數(shù)的原則為：頻譜特性要好，不能在時域內(nèi)過長以避免對更多的時域采樣信號造成影響。
3．1．2 壓擴變換技術
預畸變減小PAPR的壓擴變換(C變換)技術的主要思想是：把大功率發(fā)射信號進行壓縮，而把小功率信號進行放大，從而使發(fā)射信號的平均功率相對保持不變，這樣不但可以減小系統(tǒng)的PAPR，而且還可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。在發(fā)射端對信號進行壓擴，而在接收端要實施逆操作，其優(yōu)點是減小PAPR，增強小功率信號抗干擾的能力。C變換的基本過程如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/155910.htm
OFDM系統(tǒng)輸出符號的復基帶信號可以表示為：
其中T表示OFDM信號周期長度，k表示一個符號周期內(nèi)第k個采樣值，n表示時域內(nèi)的第n個OFDM符號。g(t)表示滿足Nyquist脈沖濾波器的沖擊響應，Sn，k表示經(jīng)過變換的第n個OFDM符號中的第k個采樣值，即Sn,k=C{xn,k}，其中xn,k表示經(jīng)過IFFT變換后的OFDM信號，C{．}表示壓縮變換，并且這種變換滿足以下兩個條件：
(1)當|x|≤，|C{X}|≥|x|；否則，|C{X}|≤|x|，其中m表示C變化的轉(zhuǎn)折點；
(2)滿足E{|X|2}≈E{|C{x}|2}，即保持變換前后的平均功率大致相等。
由此可以看到，若能適當?shù)剡x擇C變換的形式以及轉(zhuǎn)折點m，就可以顯著地改善PAPR性能，并且沒有太多增加系統(tǒng)的復雜度。需要注意的是，如果平均幅值等于C變換的轉(zhuǎn)折點，并且C變換能夠滿足關于轉(zhuǎn)折點呈現(xiàn)奇對稱，就可以保證發(fā)送信號的平均功率經(jīng)過C變換后基本保持不變。為滿足上面的要求，C變換可以用下面的公式表示：
其中，xn,k表示OFDM信號xn,k的平均幅值，也就是C變換的轉(zhuǎn)折點ν一般取小于5，在接收端可以對信號rn，k實施C逆變換，即
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