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OFDM系统中高峰均比的抑制技术分析

时间:2023-09-25 22:55来源: 作者: 点击:
>OFDM系统中高峰均比的抑制技术分析

摘要:正交频分复用()作为一种高速信息传输,具有频谱利用率高、抗频率选择性衰落和码间干扰能力强等优势,但由于信号是通过多载波调制后的合成信号,所以信号存在较高的峰均比,这会给传输带来许多不利因素,限制了OFDM的应用。文章针对OFDM中存在的均比提出了一些相关的技术,提高了的可靠性和有效性。在实际应用中,可根据要求和需要选择适合的方法。
关键词:正交频分复用;峰均比;编码技术

1 OFDM系统中峰均比的定义
一个OFDM符号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成,在某个时刻,若多个子载波以同一个方向进行累加时,就会产生比较高的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR),简称峰均比。对于包含N个子信道的OFDM系统来说,当N个子信号都以相同的相位求和时,所得到的信号的峰值功率就会是平均功率的N倍。如图1所示,在这个例子里,峰均功率是平均功率的16倍,其中所有子载波都受到相同数据符号的调制。


我们定义峰均比为OFDM的峰值功率和其平均功率之比,即:

其中,xn表示在OFDM系统中经过IFFT变换以后得到的输出信号。基带信号的峰均比可以表示为PART=10lgN,当N=256时,PAPR=24dB,当然这只是一个极端情况,OFDM系统内的峰均比通常不会达到这一数值。
我们还用峰值系数(crest factor)来描述信号的峰值变化,该参数定义为最大信号值与方均根值之比:


2 峰均比的性能衡量——CCDF函数
对于包含N个子载波的OFDM系统来说,其中经过IFT计算得到的功率归一化的复基带信号是:

其中,Xk表示第k个子载波上的调制符号。对于OPSK来说,xk∈{1,-1,j,-j}。根据中心极限定理可知,只要子载波个数N足够大,就可以判断x(t)的实部和虚部都将遵循高斯分布,其均值为零,方差为0.5(实部和虚部各占整个信号功率的一半)。因此,可以得知,OFDM符号的幅值r服从瑞利分布,而其功率分布则要服从两个自由度的中心耽分布,其中,均值为零,方差为1,由于自由度为二的中心x2,分布的概率密度函数为ppower(y)=e-y,因此,可以计算得到其累积分布函数(CDF,Cumulative Distribution Function)为:

当然,也可以从另一个角度来衡量OFDM系统的PAPR分布,即计算峰均比超过某一个门限Z的概率,得到互补累计分布函数CCDF:

图2是不同N数条件下,CCDF的理论曲线图。从图中可以看出,在给定PAPR门限值的条件下,N越大,出现高于门限值的概率也越大。


在随后的讨论中,一般都采用CCDF来衡量OFDM系统内的PAPR分布。



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