LTE基础:OFDM的降峰均比技术

    除了对频率偏差敏感之外，OFDM系统的另一个主要缺点就是峰值功率与平均功率比，简称峰均比（PAPR）过高的问题。即与单载波系统相比，由于OFDM符号是由多个独立的经过调制的 信号相加而成的，这样的合成信号就有可能产生比较大的峰值功率，由此会带来较大的峰值平均功率比。

    信号预畸变技术是最简单最直接的降低系统内峰均比的方法。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，从而避免降低较大的PAPR的出现。最常用的信号预畸变技术包括限幅和压缩扩张方法。

限幅方法

    信号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，会对系统造成自身干扰，从而导致系统的BER性能降低。其次，OFDM信号的非线性畸变会导致带外辐射功率值的增加，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带宽较大的信号来决定，也就是矩形窗函数的频谱来决定。

    为了克服矩形窗函数所造成的带外辐射过大的问题，可以利用其他的非矩形窗函数，如下图所示：

    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。

压缩扩张方法

    除了限幅方法之外，还有一种信号预畸变方法就是对信号实施压缩扩张。在传统的扩张方法中，需要把幅度比较小的符号进行放大，而大幅度信号保持不变，一方面增加了系统的平均发射功率，另一方面使得符号的功率值更加接近功率放大器的非线性变化区域，容易造成信号的失真。

    因此给出一种改进的压缩扩张变换方法。在这种方法中，把大功率发射信号压缩，而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保持不变。这样不但可以减小系统的PAPR，而且还可以使得小功率信号抗干扰的能力有所增强。μ律压缩扩张方法可以用于这种方法中，在发射端对信号实施压缩扩张操作，而在接收端要实施逆操作，恢复原始数据信号。压缩扩张变化的OFDM系统基带简图如下所示：