[发明专利]一种用于降低OFDM信号峰均比的方法

说明书

技术领域

本发明涉及OFDM领域，特别是涉及一种用于降低OFDM信号峰均比的方法。 

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种特殊的多载波(Multi-Carriers Modulation，MCM)传输方案，它既是一种调制技术，也是一种复用技术。它具有许多其它无线通信技术所无法比拟的优越性。同时，它也是一种并行技术，其将一个高速的数据流分割成许多低速数据流，并调制到若干相互正交的子载波上来实现数据的高速传输。由于每个子载波的调制信号速率较低，这样码元的周期相对较长，因而对时延扩展有较强的抵抗力，再加上每个码元又采用了循环前缀(Cyclic Prefix，CP)作为保护间隔，所以符号间干扰所带来的影响明显减少。OFDM相对于一般的多载波传输的不同之处是它允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间互相正交就可以从重叠的子载波上分离出数据信息。 

OFDM的子载波内含数据子载波(Data Subcarriers)、空余子载波(Null Subcarriers)和导频子载波(Pilot Subcarriers)。 

在OFDM通信系统中，使用在频率上具有同步关系的多个载波来调制信号，由于各载波的包络值统计独立，随着载波数的增加，叠加后信号的峰值功率与平均功率的比值，即峰均比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)的数值较大。 因此，调制信号的动态范围相当大，首先要求D/A转换器具有较大的动态范围，又要求系统中的功放具有较高的线性放大范围，以避免传输信号的非线性失真。这样就增加了系统成本和实现难度。 

降低PAPR最直接而有效的方法就是对OFDM信号峰值进行限幅。假设信号经过星座图映射、快速傅里叶反变换IFFT、并串转换后为x_n，0≤n ≤N-1，对x_n进行限幅操作： 

x‾n=xn,|xn|≤ThTh·ej∠xn,|xn|>Th,0≤n≤N-1]]>

其中x_n为原信号，Th为限幅门限。当信号小于限幅门限时，信号不变；当信号大于限幅门限时，将信号的模值限制为门限大小，并保持与原信号相同的幅角。 

信号在经过非线性部件之前进行限幅，就可以使得峰值信号低于所期望的最大电平值。尽管限幅非常简单，但是它也会为OFDM系统带来相关的问题。首先，对OFDM符号幅度进行畸变，会对系统自身造成干扰，从而导致系统的误比特率BER性能降低。其次，OFDM信号的非线性畸变会导致带外噪声功率值的增加，其原因在于限幅操作可以被认为是OFDM采样符号与矩形窗函数相乘，如果OFDM信号的幅值小于门限值时，则该矩形窗函数的幅值为1；而如果信号幅值需要被限幅时，则该矩形窗函数的幅值应该小于1。根据时域相乘等效于频域卷积的原理，经过限幅的OFDM符号的频谱等于原始OFDM符号频谱与窗函数频谱的卷积，因此其带外频谱特性主要由两者之间频谱宽度较大的信号来决定，也就是矩形窗函数的频谱来决定。