OFDM系统的基本原理以及PAPR问题

OFDM（正交频分复用）是一种特殊的多载波调制技术，其原理是将一帧高速的数据流通过串并转换器变为多路并行的数据流，然后用不同的载波去承载这些这些并行的码流。

过程是这样的，首先我们要发送的信号是数字信号，初始信号的特点是速率比较快，我们用OFDM的一个很重要的原因是OFDM码字的速率可以降为原来的1/N,这对于抗多径干扰很有好处。然后对于IDFT之后的数字信号，我们将其实部与虚部分开来，然后通过一个D/A转换器，将数字信号转换为模拟信号，再给他们分别加上sin和cos的载波发射出去。接收端是这一过程的逆过程。

由于这些载波之间是正交的，因此与之前的多载波传输方案不一样，OFDM系统的子载波节约了带宽，并且传输的低速码流增强了系统抗多径时延的能力。但同时，由于OFDM是一种特殊的多载波调制技术，它也存在着很多缺点，比如说峰均功率比比较大。也就是说它在某些时刻的数值模比较大，这会让接收端的功率放大器进入到非线性状态，这会产生新的频率分量，从而对接收端的解调结果产生较大影响。

我们通过增加码字之间的时间空隙来降低ISI，通过循环前缀来降低载波间干扰ICI。

对于OFDM，峰值是满足瑞利分布的，因此有一定的概率达到比较大的值，为此，有很多方法来解决这个问题。大量算法被提出，对于这些算法，主要分为以下三类：

①基于信号的预畸变类算法。

②基于编码类算法。

③基于概率类算法。

下面具体分析:

一、基于信号的预畸变算法：

’主要有两种：限幅法和压扩法

二、概率类算法主要是基于频域的，通过减小输入序列的相关性，避免了子载波调制数据时相位的一致性，从而达到降低PAPR的目的。这类技术主要包括选择性映射（SLM）、部分传输序列（PTS）及星座图扩展（ACE）等方法。

三、基于编码类算法

编码类算法主要是基于数据比特编码的技术，主要通过编码的方式来避免使用具有高峰值的码字，编码可能会增加冗余比特，降低系统的有效带宽，在子载波数目很大时并不实用。

对于如何降低OFDM中的PAPR，接下来主要研究TR(Tone Reservation)这种方法。

预留子载波法最初由Tellado提出，其主要思想是在所有的子载波中，只选择一部分用于传送数据信息，而在其余子载波上插入预定的冗余数据，通过在频域设计冗余数据，经过IFFT变换后，在时域抵消峰值来抑制PAPR，原理如下所示：