降低OFDM系统峰均功率比的SLM改进方法
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3.1 用信号预畸变技术降低PAPR 信号预畸变方法是将OFDM信号峰值部分进行非线性 畸变来降低幅值，在信号被送到放大器之前，首先经过非线 性处理，对有较大峰值功率的信号进行预畸变，使其不会 超出放大器的动态变化范围，从而避免降低较大PAPR的出 现。该方法主要有削波(Clipping)，峰值加窗和压缩扩展变 换(C变换)等技术。 削波 方法指将 O F D M信号中高于系统动态 范围d 的信 号削平。这种方法虽然简单，但是它会产生带内失真和频带 的扩展。使用过抽样的技术可以减少带内失真，过抽样后限 幅会产生带外干扰，使用滤波来降低频带扩展所产生的带 外辐射影响。 峰值加窗方法是对削波方法的改进。上面提到的削波 方法，可以认为是让原OFDM信号通过一个矩形窗函数，这 个窗的幅度是希望的信号最大幅值。所以削波后的频谱就 是OFDM信号原来的频谱卷积上窗函数的频谱。这个矩形 窗的引人必然会对原信号的频谱产生影响从而引起带内和 带外干扰。因为矩形窗的频谱旁瓣收敛很慢，所以人们自
法保护。
对于故障2，当主PE故障时，可通过BGP快速故障检测 和收敛机制，加快对端PE的路由更新，一般保护时间可能 为几秒。
代艳丽 武林俊/降低OFDM系统峰均功率比的SLM改进方法
47 2010 No.1
& Information
信息通信
communications
则峰均功率比定义为:
其中, E［·］表示数学期望。对于包含N个子道的OFDM 系年统来说, 当N个子信号都以相同的相位求和时, 所得到 的信号峰值功率是平均功的N 倍,基带信号的峰均比可达 到: PA PR（d B）=10 lg N。假设OF DM信号样值之间彼 此独 立, 那么PAPR小于某一门限的概率分布, 即PAPR的累积分 布函数（CDF）可以表示为:
PAPR大于某一门限的概率分布，即PAPR的互补累积分 布函数( CCDF)可以表示为：
在峰均比降低技术的研究中，一般都采用CCDF来衡量 OFDM系统内的PAPR分布。
三、降低峰均比的方法概述
为了降低OFDM信号中的峰均功率比，国内外学者进 行了大量的研究，目前，降低峰均比的方法大致可分为三大 类，即信号畸变，信号编码和信号扰码技术。
然而然就又想到使用别的频谱特性好的窗函数，比较适合 的窗函数有升余弦窗，Kaiser窗和汉明窗。总之，选择窗函 数的原则就是：其频谱特性比较好，而且也不能在时域内过 长，避免对更多个时域采样信号造成影响。
C变换即对信号实施压缩扩展。传统的扩张方式是将幅 度比较小的信号进行放大，大幅度信号保持不变，这样做 就会以增加整个系统的平均功率为代价，来降低PAPR，且 使信号的功率值更接近功率放大器的非线性变化区域，容 易造成信号的失真。C变换是把大功率发射信号压缩，把小 功率信号进行放大，从而可以使得发射信号的平均功率相 对不变，这样不但减小系统的PAPR，而且还可以使得小功 率信号抗干扰的能力有所增强，μ律压缩扩展算法可以用于 这种方法中，在发射端对信号实施压缩扩展，而在接收端要 实施逆操作，以恢复原始数据符号。
四、一种改进的SLM方法
通常情况下, 利用随机相位序列与输入的OFDM信号X 进行点乘, 之后经过M个并行的IFFT运算，然后选择具有最 小PAPR 值的一路进行传送。由于需要M个IFFT 模块, 这 对于系统来说是个很大的负担。设想一下，如果对序列的选 择放在IFFT之前，这样在发送端只需要一个IFFT模块就可 以了。这样可以大大降低设备的复杂度，也减小了计算量。
由于OFDM系统内存在多个正交的子载波，而且其输 出信号是多个子信道的叠加，因此，OFDM 也有其自身的 缺 点。除了对频率偏差敏感之 外，O F D M的另一 个 缺 点就 是具有较高的峰均功率比( Peak- to- Average Power Ratio, PAPR) 。相对单载波系统而言，OFDM发射机的输出信号的 瞬时值会有较大的波动，这将要求系统内的一些部件具有 很大的线性动态范围，同时也要求后继D/A转换器具有较 大的转换宽度，这样就增加了系统实现难度和成本。如果 采用大动态范围的线性放大器或者对非线性的放大器进行 补偿，将会使功率放大器的效率大大降低，绝大部分能量都 会转化为热能被浪费掉，这对于移动通信中使用电池的终 端设备来讲是绝对不能允许的。
图4 改进后SLM的仿真图 改进后的SLM中，信号经过码块分割和编码交织后得 到待映射的二进制比特流X，让X和N个m序列异或，就得到 了X1, X 2,…X N,这N个序列，它们代表了相同的信息，再通过 判决算法从这N个序列中找出最有可能代表具有较小PAPR 的序 列进行下一 步的传输，包括对序 列进行 映 射，串并变 换，IFFT以及后面的相关处理。由仿真结果图可以看出，改 进后的SLM方法与传统的SLM对PAPR值的降低效果相差 不大，而改进后的SLM只需要一套IFFT模块，大大将低了 设备的复杂度。
源自文库
文章编号：1673-1131(2010)01-047-03
一、引言
正交频分复用（O r t h o g o n a l Fr e q u e n c y D i v i s i o n Multiplexing, OFDM）是一种特殊的多载波传输方案，它 可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。 OFDM 技术可以有效的对抗频率选择性衰落，充分的利用 频谱资源，适用于高数率和多媒体数据传输，被认为是第四 代无线移动通信中的关键技术之一。
DAI Yanli WU Linjun (Institute of Information Engineering, Henan University of Technology,Zhengzhou,450052,China) Abstract: OFDM as a high-speed information transmisson technology,has good resistance to multipath interference,efficient spectrum utilization,but its main disadvantage is that high peak to average power ratio(PAPR).There are many programs to reduce the PAPR of OFDM system,SLM method is one of them.The article proposed a new method based on the traditional SLM method.The new method can significantly reduce the complexity of system while also improved the system performance. Keyword: OFDM PAPR SLM CCDF
有许多方案用来降低OFDM信号的峰均功率比，选择映射
(SLM) 方法就是其中一种。文章在传统的SLM方法基础上
进行改进,提出了一种新的方法，该方法在大幅度降低系统
复杂度的同时，也提高了系统的性能。
关键词: 正交频分复用 峰均功率比 选择映射 互补累积分
布函数
中图分类号: TN914.5
文献标识码: A
五、结束语
本文简单介绍了OFDM技术的特点及峰均功率比的概 念，OFDM技术虽然有很多显著的优点，但由于其本身固有 的不足，要最终成为第四代移动通信的核心技术，还有很多 问题需要解决。针对高峰均功率比这一主要的缺点，本课题 在传统降低OFDM峰均功率比的方法上进行研究，提出了 一种改进的SLM方法，新方法能够降低设备的复杂度，有利 于工程的实现。
本文介绍了降低OFDM系统峰均功率比的三类方法， 针对SLM方法进行了研究。
二、OFDM系统的峰均比的定义及分布
信号的峰均比是指信号的最大峰值功率与平均功率的 比值。假设 表示在 系统中经过 运算之后所得到的输出信 号, 即有
Improved SLM Ways to Reduced the PAPR of OFDM System
图：
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图3 改进后的SLM原理图
图2 PTS方法的基本原理 部分传输序列(PTS)是在SLM方法的基础上发展起来 的，它是将发送信息序列分割成V个独立的分组，每一个分 组单独进行IFFT，然后，各个分组再利用V个辅助信息进行 相位反转，经过优化后各分组组合成PAPR较低的OFDM信 号发送，同时V个辅助信息也要作为边信息被发送。
这种方法的关键在于如何选择具有最 低 PA PR值的序 列。OFDM符号是否会出现高的PAPR，取决于并行传输序 列的频谱，频谱越平坦，它的PA PR 越小。这给我们一些启 示:选择出来的序列应该是频谱较平坦的序列。如果要计算 每个序列的频谱，会比较复杂。但是如果能从序列本身去 判断其频谱是否平坦，就会降低算法的复杂度。通常来说， 随机性较好的序列其频谱较平坦，所得到的OFDM符号也 将具有较低的峰均功率比。我们知道，m序列就有很平坦 的频谱，从时域角度考虑是因为m序列具有同随机序列很 相似的性质，从而可以推断，某个序列的性质越接近随机 序 列，那么它的频谱越平坦，就越有可能具有较低的PA PR 值。因此可以从与m序列异或后的M个序列中选择随机性最 好的序列作为最佳序列。下图为这一设想的原理图和仿真
参考文献
[1] 佟学俭,罗涛编著.OFDM移动通信技术原理与应 用.北京:人民邮电出版社,2003 （下转第58页）
代艳丽 武林俊/降低OFDM系统峰均功率比的SLM改进方法
49 2010 No.1
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信息通信
communications
通过主备端口保护、V R R P等机制进行冗余保护，保护时间 根据故障点的不同一般为几百毫秒到几秒。如果单挂，则无
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降低OFDM系统峰均功率比的 SLM改进方法
代艳丽 武林俊/河南工业大学 信息工程学院（河南 郑州·450052）
摘 要: 正交频分复用(OFDM )作为一种高速信息传输的
技术,具有很好的抗多径干扰能力,高效的频谱利用率，但它
的一个主要缺点就是具有很高的峰均功率比(PAPR)。目前
3.2 利用编码方法降低PAPR 编码方法的基本思想是发送端通过使用编码来发送低 PA PR的码字，丢弃高 PA PR的码字。分组编码的关键 技术 就是寻找既具备好的编解码性能，又有较好的检错纠错能 力的码字集合，同时PA PR又要低。格雷互补 码和m序 列可 以符合这样的要求。 编码类技术为线性过程，虽然不会出现预畸变技术那 种噪声，但是却需要详尽的搜索以找出所需要的码字，当子 载波数特别大时，计算复杂度将会非常大，而且信息速率也 会下降。这类方法所获得的PAPR性能增益是以在相同数据 传输速率的条件下来增加系统带宽，以及相同发射功率条 件下来降低每发送比特的能量为代价的，并且只适合于子 载波数比较小的情况。 3.3 利用信号扰码方法降低PAPR 信号扰码的基本思想是对输入的信号进行多种扰码处 理，在多个信号中寻找PAPR最小的信号发送出去。这种方 法虽然并不能保证所有传输信号的幅度都小于门限值，但 是却大大降低了峰值出现的概率。这类方法中最具有代表 性的是选择映射(Selected Mapping SLM)方法和部分传输 序列(Partial Transmit Sequences PTS)方法。
图1 SLM方法的基本原理
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2010 No.1 代艳丽 武林俊/降低OFDM系统峰均功率比的SLM改进方法
选择映射(SLM)方法是产生代表相同发送信息序列的 对个组，与M个随机向量相乘，进行I FFT，产生M个独立 的OFDM信号，然后选择PAPR最低的OFDM信号发送，同 时M个随机向量也要作为边信息被发送，这些边信息就是 SLM方法的冗余，因此它牺牲了一些发送带宽。这里要进行 M 次I F F T，就需要 M个I F F T模 块，大大增加了系统的复杂 度。
法保护。
对于故障2，当主PE故障时，可通过BGP快速故障检测 和收敛机制，加快对端PE的路由更新，一般保护时间可能 为几秒。
代艳丽 武林俊/降低OFDM系统峰均功率比的SLM改进方法
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communications
则峰均功率比定义为:
其中, E［·］表示数学期望。对于包含N个子道的OFDM 系年统来说, 当N个子信号都以相同的相位求和时, 所得到 的信号峰值功率是平均功的N 倍,基带信号的峰均比可达 到: PA PR（d B）=10 lg N。假设OF DM信号样值之间彼 此独 立, 那么PAPR小于某一门限的概率分布, 即PAPR的累积分 布函数（CDF）可以表示为:
PAPR大于某一门限的概率分布，即PAPR的互补累积分 布函数( CCDF)可以表示为：
在峰均比降低技术的研究中，一般都采用CCDF来衡量 OFDM系统内的PAPR分布。
三、降低峰均比的方法概述
为了降低OFDM信号中的峰均功率比，国内外学者进 行了大量的研究，目前，降低峰均比的方法大致可分为三大 类，即信号畸变，信号编码和信号扰码技术。
然而然就又想到使用别的频谱特性好的窗函数，比较适合 的窗函数有升余弦窗，Kaiser窗和汉明窗。总之，选择窗函 数的原则就是：其频谱特性比较好，而且也不能在时域内过 长，避免对更多个时域采样信号造成影响。
C变换即对信号实施压缩扩展。传统的扩张方式是将幅 度比较小的信号进行放大，大幅度信号保持不变，这样做 就会以增加整个系统的平均功率为代价，来降低PAPR，且 使信号的功率值更接近功率放大器的非线性变化区域，容 易造成信号的失真。C变换是把大功率发射信号压缩，把小 功率信号进行放大，从而可以使得发射信号的平均功率相 对不变，这样不但减小系统的PAPR，而且还可以使得小功 率信号抗干扰的能力有所增强，μ律压缩扩展算法可以用于 这种方法中，在发射端对信号实施压缩扩展，而在接收端要 实施逆操作，以恢复原始数据符号。
四、一种改进的SLM方法
通常情况下, 利用随机相位序列与输入的OFDM信号X 进行点乘, 之后经过M个并行的IFFT运算，然后选择具有最 小PAPR 值的一路进行传送。由于需要M个IFFT 模块, 这 对于系统来说是个很大的负担。设想一下，如果对序列的选 择放在IFFT之前，这样在发送端只需要一个IFFT模块就可 以了。这样可以大大降低设备的复杂度，也减小了计算量。
由于OFDM系统内存在多个正交的子载波，而且其输 出信号是多个子信道的叠加，因此，OFDM 也有其自身的 缺 点。除了对频率偏差敏感之 外，O F D M的另一 个 缺 点就 是具有较高的峰均功率比( Peak- to- Average Power Ratio, PAPR) 。相对单载波系统而言，OFDM发射机的输出信号的 瞬时值会有较大的波动，这将要求系统内的一些部件具有 很大的线性动态范围，同时也要求后继D/A转换器具有较 大的转换宽度，这样就增加了系统实现难度和成本。如果 采用大动态范围的线性放大器或者对非线性的放大器进行 补偿，将会使功率放大器的效率大大降低，绝大部分能量都 会转化为热能被浪费掉，这对于移动通信中使用电池的终 端设备来讲是绝对不能允许的。
图4 改进后SLM的仿真图 改进后的SLM中，信号经过码块分割和编码交织后得 到待映射的二进制比特流X，让X和N个m序列异或，就得到 了X1, X 2,…X N,这N个序列，它们代表了相同的信息，再通过 判决算法从这N个序列中找出最有可能代表具有较小PAPR 的序 列进行下一 步的传输，包括对序 列进行 映 射，串并变 换，IFFT以及后面的相关处理。由仿真结果图可以看出，改 进后的SLM方法与传统的SLM对PAPR值的降低效果相差 不大，而改进后的SLM只需要一套IFFT模块，大大将低了 设备的复杂度。
源自文库
文章编号：1673-1131(2010)01-047-03
一、引言
正交频分复用（O r t h o g o n a l Fr e q u e n c y D i v i s i o n Multiplexing, OFDM）是一种特殊的多载波传输方案，它 可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。 OFDM 技术可以有效的对抗频率选择性衰落，充分的利用 频谱资源，适用于高数率和多媒体数据传输，被认为是第四 代无线移动通信中的关键技术之一。
DAI Yanli WU Linjun (Institute of Information Engineering, Henan University of Technology,Zhengzhou,450052,China) Abstract: OFDM as a high-speed information transmisson technology,has good resistance to multipath interference,efficient spectrum utilization,but its main disadvantage is that high peak to average power ratio(PAPR).There are many programs to reduce the PAPR of OFDM system,SLM method is one of them.The article proposed a new method based on the traditional SLM method.The new method can significantly reduce the complexity of system while also improved the system performance. Keyword: OFDM PAPR SLM CCDF
有许多方案用来降低OFDM信号的峰均功率比，选择映射
(SLM) 方法就是其中一种。文章在传统的SLM方法基础上
进行改进,提出了一种新的方法，该方法在大幅度降低系统
复杂度的同时，也提高了系统的性能。
关键词: 正交频分复用 峰均功率比 选择映射 互补累积分
布函数
中图分类号: TN914.5
文献标识码: A
五、结束语
本文简单介绍了OFDM技术的特点及峰均功率比的概 念，OFDM技术虽然有很多显著的优点，但由于其本身固有 的不足，要最终成为第四代移动通信的核心技术，还有很多 问题需要解决。针对高峰均功率比这一主要的缺点，本课题 在传统降低OFDM峰均功率比的方法上进行研究，提出了 一种改进的SLM方法，新方法能够降低设备的复杂度，有利 于工程的实现。
本文介绍了降低OFDM系统峰均功率比的三类方法， 针对SLM方法进行了研究。
二、OFDM系统的峰均比的定义及分布
信号的峰均比是指信号的最大峰值功率与平均功率的 比值。假设 表示在 系统中经过 运算之后所得到的输出信 号, 即有
Improved SLM Ways to Reduced the PAPR of OFDM System
图：
专业论坛 Specialized forum
图3 改进后的SLM原理图
图2 PTS方法的基本原理 部分传输序列(PTS)是在SLM方法的基础上发展起来 的，它是将发送信息序列分割成V个独立的分组，每一个分 组单独进行IFFT，然后，各个分组再利用V个辅助信息进行 相位反转，经过优化后各分组组合成PAPR较低的OFDM信 号发送，同时V个辅助信息也要作为边信息被发送。
这种方法的关键在于如何选择具有最 低 PA PR值的序 列。OFDM符号是否会出现高的PAPR，取决于并行传输序 列的频谱，频谱越平坦，它的PA PR 越小。这给我们一些启 示:选择出来的序列应该是频谱较平坦的序列。如果要计算 每个序列的频谱，会比较复杂。但是如果能从序列本身去 判断其频谱是否平坦，就会降低算法的复杂度。通常来说， 随机性较好的序列其频谱较平坦，所得到的OFDM符号也 将具有较低的峰均功率比。我们知道，m序列就有很平坦 的频谱，从时域角度考虑是因为m序列具有同随机序列很 相似的性质，从而可以推断，某个序列的性质越接近随机 序 列，那么它的频谱越平坦，就越有可能具有较低的PA PR 值。因此可以从与m序列异或后的M个序列中选择随机性最 好的序列作为最佳序列。下图为这一设想的原理图和仿真
参考文献
[1] 佟学俭,罗涛编著.OFDM移动通信技术原理与应 用.北京:人民邮电出版社,2003 （下转第58页）
代艳丽 武林俊/降低OFDM系统峰均功率比的SLM改进方法
49 2010 No.1
& Information
信息通信
communications
通过主备端口保护、V R R P等机制进行冗余保护，保护时间 根据故障点的不同一般为几百毫秒到几秒。如果单挂，则无
专业论坛 Specialized forum
降低OFDM系统峰均功率比的 SLM改进方法
代艳丽 武林俊/河南工业大学 信息工程学院（河南 郑州·450052）
摘 要: 正交频分复用(OFDM )作为一种高速信息传输的
技术,具有很好的抗多径干扰能力,高效的频谱利用率，但它
的一个主要缺点就是具有很高的峰均功率比(PAPR)。目前
3.2 利用编码方法降低PAPR 编码方法的基本思想是发送端通过使用编码来发送低 PA PR的码字，丢弃高 PA PR的码字。分组编码的关键 技术 就是寻找既具备好的编解码性能，又有较好的检错纠错能 力的码字集合，同时PA PR又要低。格雷互补 码和m序 列可 以符合这样的要求。 编码类技术为线性过程，虽然不会出现预畸变技术那 种噪声，但是却需要详尽的搜索以找出所需要的码字，当子 载波数特别大时，计算复杂度将会非常大，而且信息速率也 会下降。这类方法所获得的PAPR性能增益是以在相同数据 传输速率的条件下来增加系统带宽，以及相同发射功率条 件下来降低每发送比特的能量为代价的，并且只适合于子 载波数比较小的情况。 3.3 利用信号扰码方法降低PAPR 信号扰码的基本思想是对输入的信号进行多种扰码处 理，在多个信号中寻找PAPR最小的信号发送出去。这种方 法虽然并不能保证所有传输信号的幅度都小于门限值，但 是却大大降低了峰值出现的概率。这类方法中最具有代表 性的是选择映射(Selected Mapping SLM)方法和部分传输 序列(Partial Transmit Sequences PTS)方法。
图1 SLM方法的基本原理
48
2010 No.1 代艳丽 武林俊/降低OFDM系统峰均功率比的SLM改进方法
选择映射(SLM)方法是产生代表相同发送信息序列的 对个组，与M个随机向量相乘，进行I FFT，产生M个独立 的OFDM信号，然后选择PAPR最低的OFDM信号发送，同 时M个随机向量也要作为边信息被发送，这些边信息就是 SLM方法的冗余，因此它牺牲了一些发送带宽。这里要进行 M 次I F F T，就需要 M个I F F T模 块，大大增加了系统的复杂 度。