【正文】 h the traditional singlecarrier transmission to deal with weak multipath effects,the technology has begun to not meet people39。s attention, and has identified a core technology of 4G wireless munications work. OFDM technology is the channel which into a plurality of subchannels, each subchannel mutually orthogonal spectral has an inherent shortings,its signals exist the of a large PAPR (peak to average power ratio),it can easily lead to distortion of the OFDM signal to degrade system performance,and the system also made high hardware requirements to improve the cost of the equipment, resulting in unnecessary , in order to widely used OFDM technology, we must reduce the PAPR of OFDM signal. This paper studies how to reduce the PAPR of OFDM describes the basic principles and key technologies of OFDM system,and then analyzes the various methods of inhibiting the PAPR,about signal distortion technology, coding technology and probability on the clipping method of signal distortion technology,and SLM(selected mapping method) of probability improved limiting filtering and selecting the appropriate parameters in the SLM approach to highOFDM PAPR value, and get a good inhibitory effect. Limiting filtering system can effectively reduce the PAPR, and the putational plexity is small, simple, with good practical value。從 90 年以來(lái)，人們?cè)跓o(wú)線通信技術(shù)中對(duì)高質(zhì)量和高速率的需求日益增加，使得通信行業(yè)的研究提升到了一個(gè)很高的高度。無(wú)線通信技術(shù)慢慢成為了社會(huì)技術(shù)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，人們開(kāi)始越來(lái)越重視無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展。 早期的 1G 無(wú)線通信技術(shù) 主要是模擬蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)繩電話(huà)，蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用頻分（ FDD）雙工方式，即前向鏈路（由基站到移動(dòng)臺(tái)）和反向鏈路（由移動(dòng)臺(tái)到基站）使用分開(kāi)的頻段，調(diào)制方式為模擬調(diào)頻。 相對(duì)于早期的 1G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)， 2G 系統(tǒng)采用了更先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)。包括，數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、個(gè)人通信業(yè)務(wù)（ PCS）系統(tǒng)和無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) [1]。無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分為移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線局域網(wǎng)（ WLAN）和無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（ WPAN） [1]。其中 IEEE 采用了 OFDM 調(diào)制技術(shù) [4]。其中包括 3G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)和由各種 WLAN和 WPAN 系統(tǒng)組成的寬帶接點(diǎn)系統(tǒng) [2]。 4G 包括了 TDLTE 和 FDDLTE 兩種制式， 是一個(gè)遠(yuǎn)比 3G 更加復(fù)雜的通信系統(tǒng)。 OFDM 是一種無(wú)線條件下的高速傳輸技術(shù)，主要是在頻域內(nèi)將所給信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上用一個(gè)子載波來(lái)進(jìn)行調(diào)制，用各個(gè)子載波進(jìn)行并行傳輸 [8]。而對(duì)于窄帶 CDMA 系統(tǒng)，主要問(wèn)題在于擴(kuò)頻增益和高速數(shù)據(jù)流之間的矛盾。因此，人們開(kāi)始關(guān)注 OFDM 系統(tǒng)，希望通過(guò)這種方法來(lái)提供更高速更快捷的無(wú)線業(yè)務(wù)。和連續(xù)性頻道帶寬相比，副載波的頻帶寬度很小，并且，每個(gè)子載波將會(huì)經(jīng)歷一個(gè)相對(duì)平坦的頻道衰落 [5]。 OFDM 技術(shù)的研究始于 20 世紀(jì) 60 年代，但因其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)所以開(kāi)始主要應(yīng)用于軍事通信中，沒(méi)能夠得到進(jìn) 一步的推廣應(yīng)用。直到進(jìn)入 90 年代后，OFDM 技術(shù)才開(kāi)始應(yīng)用于無(wú)線信道的寬帶傳輸領(lǐng)域。 OFDM 技術(shù)發(fā)展和研究現(xiàn)狀 OFDM 技術(shù)通過(guò)使用多個(gè)相互正交的子載波把無(wú)線通信信道劃分成許多個(gè)相互正交的子信道，通過(guò)這樣的做法雖然各個(gè)子信道之間的頻譜是相互重疊的，但是 OFDM 系統(tǒng)的接收端卻同樣可以解調(diào)出 OFDM 系統(tǒng)發(fā)射端發(fā)射的基帶信號(hào)，所以 OFDM 技術(shù)在第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中具有很好地發(fā)展前景。但是該技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)，高 PAPR 就是其中之一。如果想要廣泛的運(yùn)用 OFDM 技術(shù)，就必須要解決高 PAPR[19]。近些年來(lái)，國(guó)際上一些研究機(jī)構(gòu)和多所知名大學(xué)，有許多博士的博士論文開(kāi)始就 PAPR 問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的研究。限幅類(lèi)方法是早期研究較多的方法。這種非線性方法雖然簡(jiǎn)單，但是給信號(hào)帶來(lái)了失真，因此這種方法并不夠完美。它是指利用μ律、 A 律等非均勻量化壓擴(kuò)函數(shù)通過(guò)對(duì)小功率信號(hào)的放大和大功率發(fā)射信號(hào)的壓縮來(lái)保持平均功率不變，從而實(shí)現(xiàn)降低 PAPR。它是指通過(guò)使用 Hamming 窗或 Gaussianr 窗進(jìn)行加權(quán)，然后再進(jìn)行 FFT 變換來(lái)降低 PAPR 的方法。預(yù)畸變是指為了避 免減少信號(hào)在通過(guò)放大器后所產(chǎn)生的畸變，需事先針對(duì)該信號(hào)進(jìn)行與放大器畸變特性相反的預(yù)畸變。 （ 5）選擇性映射法。同時(shí)這 U 個(gè) OFDM 符號(hào)要作為邊帶信息被發(fā)送。部分傳輸序列 (PTS, Partial Transmit Sequence)法 [9]是指在信號(hào)進(jìn)行 IFFT 前將其分成獨(dú)立的 M 個(gè)子塊，對(duì)這獨(dú)立的 M 個(gè)子塊單獨(dú)進(jìn)行相應(yīng)的 IFFT 變換，將變換后的輸出通過(guò)分別與一個(gè)相位旋轉(zhuǎn)因子相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)相位的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)對(duì)相位旋轉(zhuǎn)因子的優(yōu)化處理，發(fā)送相應(yīng)具有最低 PAPR 值的 OFDM 信號(hào)，并將其對(duì)應(yīng)的最優(yōu)相位旋轉(zhuǎn)因子作為邊帶信息發(fā)送。分組編碼法是通過(guò)先將比特流進(jìn)行特殊的編碼處理 (如應(yīng)用奇偶校驗(yàn)位 )，然后再將其進(jìn)行 IFFT 變換，實(shí)現(xiàn)使得 IFFT 變換后輸出的比特流經(jīng)過(guò)調(diào)制后的 PAPR 較低。雷德密勒 (RM， ReedMuller)碼是通過(guò)將二階 RM 碼分成若干子集實(shí)現(xiàn)對(duì)較大 PAPR碼字的分離，從而達(dá)到改善系統(tǒng) PAPR性能的目的。我們主要討論信號(hào)畸變技術(shù)中的限幅法和概率類(lèi)技術(shù)中的 SLM（選擇性映射）法。這種方式主要是通過(guò)設(shè)定一個(gè)預(yù)設(shè)值來(lái)減小輸入信號(hào)的峰值來(lái)實(shí)現(xiàn)抑制 PAPR。這樣非線性的方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，但是給信號(hào)帶來(lái)了失真，所以還需要進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化，在系統(tǒng)的運(yùn)用中并不是特別理想。同時(shí)用這 N 個(gè) OFDM 符號(hào)要作為邊帶信息被發(fā)送。概率類(lèi)方法雖然可以比較好的控制誤碼率性能，但是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。針對(duì)現(xiàn)有的抑制 PAPR 的方法選取兩種做重點(diǎn)的討論，一個(gè)是用限幅的方法抑制高 PAPR 的出現(xiàn)、一個(gè)是用 SLM 的方法降低 PAPR。主要介紹了 OFDM 技術(shù)的基本原理，以及 OFDM 系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析了 OFDM 存在的問(wèn)題，引出 PAPR 對(duì)OFDM 的影響以及解決高 PAPR 問(wèn)題的重要性，分析了世界上解決 PAPR 的各類(lèi)方法。詳細(xì)分析了限幅 Clipping 算法對(duì) PAPR 的抑制作用，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)整個(gè)算法系統(tǒng)進(jìn)行仿真和性能對(duì)比。詳細(xì)分析了用 SLM 方法對(duì) PAPR 的抑制作用， 對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)整個(gè)算法系統(tǒng)進(jìn)行仿真和性能對(duì)比。 OFDM 通信系統(tǒng)中 PAPR 抑制 方法研究 5 第二章 OFDM 系統(tǒng)原理概述 作為 4G 和 LTEA 時(shí)代主流的無(wú)線通信技術(shù)，對(duì) OFDM 進(jìn)行必要的介紹，了解 OFDM 技術(shù)的思想和原理有助于我們對(duì) OFDM 技術(shù)的進(jìn)一步研究。 OFDM 系統(tǒng)基本模型 OFDM 是人們?yōu)榱丝朔l域上出現(xiàn)的多徑信道選擇性衰落特性 而產(chǎn)生的，是多載波傳輸?shù)牡湫图夹g(shù)。每一個(gè) OFDM 符號(hào)都是多個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)制的子載波新號(hào)之和，其中的每一個(gè)載波的調(diào)制方式可以是 PSK（相移鍵控）或者 QAM（正交幅度調(diào)制） [10]。圖 給出了 OFDM 系統(tǒng)的基本模型框圖。但與此同時(shí)，時(shí)延擴(kuò)展與符號(hào)周期的比值同樣降低了 N 倍 [14]。在保護(hù)間隔以?xún)?nèi)，可以不插入任何信號(hào)，即空白間隔。 循環(huán)前綴 為了消除空閑間隔由于多徑傳播導(dǎo)致的 ICI，一種方法就是將原來(lái)寬度為 T 的OFDM 符號(hào)進(jìn)行周期性擴(kuò)展，用擴(kuò)展信號(hào)來(lái)填充保護(hù)間隔。循環(huán)前綴中的信號(hào)與 OFDM 系統(tǒng)中的符號(hào)尾部寬度為 Tg的部分相同。 加入循環(huán)前綴后，一 個(gè) OFDM 符號(hào)的總長(zhǎng)度變?yōu)?Tg+TFFT。假定信道的最大時(shí)延擴(kuò)展為 τ m，為了消除 ICI，應(yīng)滿(mǎn)足在一個(gè) Tgτ m。 OFDM 系統(tǒng)的參數(shù)選擇 在 OFDM 系統(tǒng)中，我們需要確定各種參數(shù)。通常來(lái)說(shuō)，我們需要確定：符號(hào)周期、保護(hù)間隔、子載波的數(shù)量。 一般情況下，保護(hù)間隔是無(wú)線信道的擴(kuò)展均方根的 24 倍。為了很好的減小由于插入保護(hù)間隔帶來(lái)的功率損失，OFDM 的符號(hào)周期要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于保護(hù)間隔的長(zhǎng)度。通常情況下信號(hào)周期選取為保護(hù)間隔的 5 倍左右即可。子載波數(shù)可以設(shè)置為有效符號(hào)周期的倒數(shù)，即 N=1/T，其數(shù)值與 FFT 處理過(guò)的點(diǎn)數(shù)對(duì)應(yīng) [18]。對(duì)于無(wú)線通信來(lái)說(shuō)，信道存在時(shí)變性，傳輸中存在的頻率偏移會(huì)使 OFDM 系統(tǒng)子載波之間的正交性遭到破壞，相位噪聲對(duì)系統(tǒng)也有很大的影響。 OFDM 系統(tǒng)中的同步包括載波同步、樣值同步和符號(hào)同步三個(gè)部分 [19]。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播路徑非常復(fù)雜，而且和有線信道不同 [21]。 OFDM 系統(tǒng)可以等效為 N 個(gè)獨(dú)立的并行子信道，如果不考慮噪聲， N 個(gè)子信道上 的接受信號(hào)等于各自子信道上的發(fā)送信號(hào)與信道的頻譜特性的頻率卷積。由于多載波系統(tǒng)的信號(hào)是分布在時(shí)域和頻域內(nèi)的，所以二維信道估計(jì)成了信道估計(jì)的主要方法，即時(shí)域估計(jì)的方法和頻域估計(jì)的方法。信道編碼可以顯著的提高數(shù)字通信系統(tǒng)的抗干擾能力。隨著移動(dòng)通信和多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，采用空時(shí)編碼的方法已經(jīng)成為社會(huì)趨向。 OFDM 通信系統(tǒng)中 PAPR 抑制 方法研究 8 OFDM 系統(tǒng)的中的峰均比 PAPR 是指發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)為非恒定包絡(luò)時(shí)，其峰值功率與平均功率的比值。否則，當(dāng)信號(hào)峰值進(jìn)入放大器的非線性 區(qū)域時(shí)，信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生畸變，引起子載波之間的互調(diào)干擾和帶外輻射，破壞子載波間的正交性，降低系統(tǒng)性能。 OFDM 系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn) 如今， OFDM 技術(shù)活躍在無(wú)線通信系統(tǒng)中?？偨Y(jié)起來(lái) OFDM 系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）抗符號(hào)間干擾能力強(qiáng)。 OFDM 系統(tǒng)將高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，使得每一個(gè)子載波上的符號(hào)周期相對(duì)增大，從而可以有效的降低 ISI（符號(hào)間干擾）。 （ 2）抗多徑能力強(qiáng)。而由于無(wú)線信道存在頻率選擇性，不可能所有子載波在同一時(shí)刻都會(huì)處于比較深的衰落中。 （ 3）較高的頻譜利用率。傳統(tǒng)的單載波傳輸，是將頻帶分成若干個(gè)不想交的子頻帶來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，每一個(gè)子信道之間都需要保留一定的頻隙作為保護(hù)頻帶，將各個(gè)子載波的頻譜分離，這樣接收端才可以對(duì)信號(hào)做準(zhǔn)確的接受和解調(diào)。當(dāng)子載波數(shù)比較大時(shí)， OFDM 系統(tǒng)的頻譜利用率幾乎是單載波系統(tǒng)頻譜利用率的兩倍。 OFDM 每一個(gè)子載波都可以使用 IFFT（快速傅里葉反變換）和 FFT（快速傅里葉變換）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （ 5）具有很強(qiáng)的兼容性。其中包括 MCCDMA（多載波碼 分多址）、跳頻 OFDM、空時(shí)編碼、分集、智能天線等。 任何技術(shù)都不可能做到完美， OFDM 系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，必然也會(huì)有很多缺點(diǎn)，與傳統(tǒng)單載波相比， OFDM 系統(tǒng)主要有以下兩個(gè)缺點(diǎn)： （ 1）對(duì)于頻率偏移和相位噪聲比較敏感。而且只有 OFDM 各個(gè)子載波的信號(hào)頻譜保持正交性，接收端才可以正確的接受解調(diào)信號(hào)，所以，任何形式的頻率偏移都會(huì)嚴(yán)重的影響到 OFDM 系統(tǒng)性能。由于 OFDM 的時(shí)域信號(hào)是由多路獨(dú)立的調(diào)制信號(hào)疊加而成的，在極端的情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)最高峰值為各路最高峰值之和。過(guò)高的 PAPR 對(duì)系統(tǒng)的影響是非常大的。反過(guò)來(lái)，這些部件的非線性也會(huì)使動(dòng)態(tài)范圍較大的信號(hào)產(chǎn)生非線性失真，所產(chǎn)生的諧波會(huì)造成子信道間的干擾，影響 OFDM 系統(tǒng)性能。如果想要很好的運(yùn)用 OFDM 系統(tǒng)，必須采用一定的方法降低 OFDM 系統(tǒng)中的 PAPR。峰均比可以定義為：