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減小OFDM系統PAPR的一種新的PTS方法

2008-04-15
作者:韓艷春

  摘 要: 對一種新的部分傳輸序列" title="部分傳輸序列">部分傳輸序列方法(PTS)進行了分析和仿真,并通過預設門限找到加權因子的方法來降低計算的復雜度。該方法與最優PTS方法相比,性能有少許下降,但復雜度顯著降低。
  關鍵詞: OFDM系統 峰均功率比" title="峰均功率比">峰均功率比 部分傳輸序列


  正交頻分復用(OFDM)技術是一種高速數據傳輸技術,因能有效消除符號間干擾(ISI),減小接收機內均衡的復雜度,得到了廣泛的應用。但是,其致命的缺陷就是峰均功率比(PAPR)較高。為減小PAPR,已經提出了很多方法,包括信號失真技術、編碼技術" title="編碼技術">編碼技術和擾碼技術。
  PTS方法是一種較好的減小PAPR的方法,不引入畸變,且適用于任何星座。它是由Muller和Huber[1]提出的。但是PTS方法的復雜度較高,因此,本文提出了一種減小PTS計算復雜度的方法。
1 減小PAPR的方法
1.1 PTS方法

  圖1給出了PTS方法的框圖。其中輸入的數據符號被分成若干子塊" title="子塊">子塊,再組合這些子塊,以減小PAPR。


  首先利用向量來定義數據符號X=[X1X2…XN]T。然后把向量X分割為M個子塊,分別由Xl{l=1,…,M}表示,假設每個子塊中所包括的子載波數量是相同的,將M這個子塊按如下方式組合起來:

  通過適當地選擇加權因子,使式(2)的峰值信號得到最優化。
1.2 Cimini算法
  在文獻[2]中,Cimini和Sollenberger提出一種次最優的組合算法,僅使用二進制加權因子。這種算法概括如下:
  (1)假設bl=1,l=1,…,M計算PAPR;
  (2)l=2;
  (3)令bl=-1,重新計算PAPR0′。
  (4)如果PAPR0>PAPR0′,則bl=-1,否則bl=1;
  (5)l=l+1;
  (6)重復(3)~(5)步,直到所有的M種可能試完為止。
  在Cimini方法中,只需要計算M步就可以得到所需要的加權因子了。
2 提出的PRPA減小的方法
2.1 提出的尋找次最優加權因子的方法

  文獻[3]提出了一種更簡單的次最優的方法,這種方法概括如下:
  (1)假設bl=1,l=1,…,M,計算PAPR0;
  (2)如果PAPR0小于設定的門限L,則停止優化;
  (3)否則l=1;
  (4)令bl=-1,重新計算PAPR1l;
  (5)如果PAPR1l>L,則BL=-1,否則BL=1;
  (6)l=l+1;
  (7)重復(4)~(6)步,直到所有的M種可能試完為止。
2.2 對子塊的門限檢測
  OFDM信號的功率分布是均值為0、自由度為2的x2分布,從OFDM信號功率特性可以推斷出很多OFDM存在低的PAPR,PTS方法中尋找加權因子的計算復雜度可以采用一個門限來減小[4],一旦PAPR下降到門限以下,則停止尋找。本文中采用了門限來減小計算的復雜度,門限可以由CCDF計算出來。假設子載波數為N,子塊為M個,PAPR0超過某一的概率可以表示為:

  當門限設置高于L,CCDF下降,在保證性能不下降的情況下,門限應該設置的低一些。從(4)式可以看出對一個塊取得0.1%CCDF的最小門限為11.19dB,4塊是8.96dB,8塊是8.35dB。
3 實驗結果和結論
  為了評價和比較提出次最優PTS的性能,采用了計算機仿真,仿真參數如表1所示。


  在對比中,定義兩種參數:CCDF和計算復雜度CC。
  
  其中:Ii為每個OFDM符號的迭代次數" title="迭代次數">迭代次數,N是OFDM符號數。


  M=4的pr(PAPR>PAPR0)CCDF如圖2(a)所示,原始OFDM幀0.1%PAPR是11.5dB,PTS改進了2.6dB,而Cimini方法改進了2.2dB。4個子塊,門限取8.35dB和8.96dB,其PAPR與傳統的PTS方法相同。M=8的CCDF如圖2(b)所示,用PTS的OFDM幀0.1%PAPR是7.9dB,而Cimini方法僅損失1dB,門限為8.08dB和8.35dB時,損失僅為0.6dB。以上方法的迭代次數如表2所示。從表2可以看出,用本文提到的方法,復雜度大大降低。


  本文給出了一種次最優的PTS方法,使用預設門限的方法來減小計算的復雜度。它與傳統的方法相比,性能下降很少,而復雜度可以降低很多。對于4個子塊提出的方法的性能與傳統的PTS一樣,而復雜度僅為傳統的PTS的20.6%;對于8個子塊,提出的方法性能比傳統的PTS稍微下降,而復雜度僅為傳統的PTS的3.1%。
參考文獻
1 S. H. Han, J. H. Lee. Reduction of PAPR of an OFDM signal by partial transmit sequence technique with educed complexity. IEEE Globecom, 2003:1326~1329
2 L. J. Cimini, Jr. and N. R. Sollenberger. Peak-to-average power ratio reduction of an OFDM signal using partial transmit sequence. IEEE Commun. Lett,2000;4(3):86~88
3 Oh-Ju Kwon and Yeong-Ho Ha. Multi-carrier PAP reduction method using sub-optimal PTS with threshold. IEEE Transactions on broadcasting,2003;49(2):232~236
4 A. D. S. Jayalath and C. Tellambura. Adaptive PTS approach for reduction of peak-to-average power ratio of OFDM signal. Electronics Letters, 2000;36(14):1226~1228

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