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减小OFDM系统PAPR的一种新的PTS方法

2008-04-15
作者:韩艳春

  摘 要: 对一种新的部分传输序列" title="部分传输序列">部分传输序列方法(PTS)进行了分析和仿真,并通过预设门限找到加权因子的方法来降低计算的复杂度。该方法与最优PTS方法相比,性能有少许下降,但复杂度显著降低。
  关键词: OFDM系统 峰均功率比" title="峰均功率比">峰均功率比 部分传输序列


  正交频分复用(OFDM)技术是一种高速数据传输技术,因能有效消除符号间干扰(ISI),减小接收机内均衡的复杂度,得到了广泛的应用。但是,其致命的缺陷就是峰均功率比(PAPR)较高。为减小PAPR,已经提出了很多方法,包括信号失真技术、编码技术" title="编码技术">编码技术和扰码技术。
  PTS方法是一种较好的减小PAPR的方法,不引入畸变,且适用于任何星座。它是由Muller和Huber[1]提出的。但是PTS方法的复杂度较高,因此,本文提出了一种减小PTS计算复杂度的方法。
1 减小PAPR的方法
1.1 PTS方法

  图1给出了PTS方法的框图。其中输入的数据符号被分成若干子块" title="子块">子块,再组合这些子块,以减小PAPR。


  首先利用向量来定义数据符号X=[X1X2…XN]T。然后把向量X分割为M个子块,分别由Xl{l=1,…,M}表示,假设每个子块中所包括的子载波数量是相同的,将M这个子块按如下方式组合起来:

  通过适当地选择加权因子,使式(2)的峰值信号得到最优化。
1.2 Cimini算法
  在文献[2]中,Cimini和Sollenberger提出一种次最优的组合算法,仅使用二进制加权因子。这种算法概括如下:
  (1)假设bl=1,l=1,…,M计算PAPR;
  (2)l=2;
  (3)令bl=-1,重新计算PAPR0′。
  (4)如果PAPR0>PAPR0′,则bl=-1,否则bl=1;
  (5)l=l+1;
  (6)重复(3)~(5)步,直到所有的M种可能试完为止。
  在Cimini方法中,只需要计算M步就可以得到所需要的加权因子了。
2 提出的PRPA减小的方法
2.1 提出的寻找次最优加权因子的方法

  文献[3]提出了一种更简单的次最优的方法,这种方法概括如下:
  (1)假设bl=1,l=1,…,M,计算PAPR0;
  (2)如果PAPR0小于设定的门限L,则停止优化;
  (3)否则l=1;
  (4)令bl=-1,重新计算PAPR1l;
  (5)如果PAPR1l>L,则BL=-1,否则BL=1;
  (6)l=l+1;
  (7)重复(4)~(6)步,直到所有的M种可能试完为止。
2.2 对子块的门限检测
  OFDM信号的功率分布是均值为0、自由度为2的x2分布,从OFDM信号功率特性可以推断出很多OFDM存在低的PAPR,PTS方法中寻找加权因子的计算复杂度可以采用一个门限来减小[4],一旦PAPR下降到门限以下,则停止寻找。本文中采用了门限来减小计算的复杂度,门限可以由CCDF计算出来。假设子载波数为N,子块为M个,PAPR0超过某一的概率可以表示为:

  当门限设置高于L,CCDF下降,在保证性能不下降的情况下,门限应该设置的低一些。从(4)式可以看出对一个块取得0.1%CCDF的最小门限为11.19dB,4块是8.96dB,8块是8.35dB。
3 实验结果和结论
  为了评价和比较提出次最优PTS的性能,采用了计算机仿真,仿真参数如表1所示。


  在对比中,定义两种参数:CCDF和计算复杂度CC。
  
  其中:Ii为每个OFDM符号的迭代次数" title="迭代次数">迭代次数,N是OFDM符号数。


  M=4的pr(PAPR>PAPR0)CCDF如图2(a)所示,原始OFDM帧0.1%PAPR是11.5dB,PTS改进了2.6dB,而Cimini方法改进了2.2dB。4个子块,门限取8.35dB和8.96dB,其PAPR与传统的PTS方法相同。M=8的CCDF如图2(b)所示,用PTS的OFDM帧0.1%PAPR是7.9dB,而Cimini方法仅损失1dB,门限为8.08dB和8.35dB时,损失仅为0.6dB。以上方法的迭代次数如表2所示。从表2可以看出,用本文提到的方法,复杂度大大降低。


  本文给出了一种次最优的PTS方法,使用预设门限的方法来减小计算的复杂度。它与传统的方法相比,性能下降很少,而复杂度可以降低很多。对于4个子块提出的方法的性能与传统的PTS一样,而复杂度仅为传统的PTS的20.6%;对于8个子块,提出的方法性能比传统的PTS稍微下降,而复杂度仅为传统的PTS的3.1%。
参考文献
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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