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1、 密 级： 学校代码：10075 分类号： 学 号： 20101379 工程硕士学位论文 基于m序列的PTS算法降低OFDM系统 峰均功率比 学位申请人： 杨立彬 指 导 教 师 ： 王兰勋 副教授 学 位 类 别 ： 工程硕士 学 科 专 业 ： 电子与通信工程 授 予 单 位 ： 河北大学 答 辩 日 期 ： 二一二年六月 Classified Index： CODE：10075 U.D.C： NO：20101379 A Dissertation for the Degree of M.Engineering A Modified PTS Method Using m Sequences
2、for PAPR Reduction Candidate: Yang Libin Supervisor: Associate Prof. Wang Lanxun Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Elec. & Comm. Engineering University: Hebei University Date of Accomplishment: June, 2012 摘 要 I 摘 要 正交分频复用（OFDM）作为一种多载波调制方案，具有良好的抗多径干扰性能和 极高的频谱利用率，也被普遍认为是第四代
3、移动通信系统的核心技术。然而其本身也存 在着一个重要的缺点，即存在着较高的峰均功率比（PAPR） 。由于发射端功率放大器的 线性范围有限， 故这种存在较高峰均比的信号在经过发射端功率放大器时会带来一定的 失真。因此，这一缺点大大限制了该技术在实际当中的普遍应用。 针对 OFDM 系统所存在的较高的 PAPR 的问题，本文做出了深入的研究。本文介 绍了 OFDM 技术的概念并对其调制原理作了详细的分析。同时详述了 PAPR 的定义， 分析了 PAPR 对线性放大器的影响，以及 PAPR 的分布情况。 在此基础之上，本文介绍了目前所存在的降低 PAPR 的三类方法，包括信号预畸变 方法，编码类方法
4、和概率类方法。分别对每类方法中典型的技术做了详细的分析说明， 同时对其降低 PAPR 性能作了 matlab 仿真，并指出了每类方法的优缺点。 本文重点研究了针对概率类方法中的 PTS 方法，并分析了影响 PTS 方法性能的主 要因素。对传统 PTS 方法所存在的重要的不足，即复杂度较高，提出了一种引入 m 序 列的 PTS 改进方法。该方法利用 m 序列映射出不同的相位因子，既在一定程度上保证 了 PTS 方法降低 PAPR 的性能，又大大降低了 PTS 方法的复杂度。因此，具有非常好 的实用性。 关键词 峰均功率比 正交分频复用 部分传输序列 Abstract II Abstract As
5、 a Multi- Carrier Modulation technology, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) has been considered as one of the key techniques in 4G mobile communication systems due to its high rate data transmission with high bandwidth efficiency and its robustness to multipath delay. However, it has a
6、 important disadvantage, that is ,the high peak- to- average- power ratio(PAPR). The linear range of the power amplifier at the transmitting terminal is limited, so the signals with high PAPR are distorted when throughing the power amplifier at the transmitting terminal. Therefore, universal applica
7、tion of OFDM in practice is limited by its disadvantage. For the problem of high PAPR in OFDM system, this paper has particularly researched on PAPR reduction. And the paper introduced the basic knowledge of OFDM, then analysed the modulation principle in detail. In addition, the paper detailed the
8、definition of PAPR , analysed the influence on the power amplifier from PAPR and the distribution of PAPR. On this basis，he paper introduced three kind of existing methods to reduce the PAPR of OFDM signals, including signal pre- distortion， encoding and the probability technology. Each kind was exp
9、lained in detail, and simulated by software of matlab. the advantages and disadvantages were also offered. Especially, the paper researched the PTS method in kind of probability technology, analysed the major factors that influence the performance of OFDM system by PTS method. For the disadvantages
10、of traditional PTS method , the high complexity, an improved algorithm of PTS using m sequences is proposed. This method could obtain the phase factors including four phases, so it could not only reduce the PAPR greatly, but also reduce the complexity of PTS system. It is very pratical. Keywords PAP
11、R OFDM PTS 目 录 III 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 移动通信的发展历程.1 1.2 正交频分复用技术（OFDM）的发展现状 .3 1.3 OFDM 系统的优缺点 4 1.4 论文的安排.5 第 2 章 OFDM 技术的基本原理.6 2.1 OFDM 概述 6 2.2 OFDM 信号的调制解调原理 6 2.3 串并转换.10 2.4 DFT 的实现 10 2.5 保护间隔.11 2.6 循环前缀.12 2.7 OFDM 中的关键技术 12 2.8 小结.14 第 3 章 OFDM 系统中的峰值平均功率比.15 3.1 峰均功率比的定义.15 3.2 放大器的非线性对 P
12、APR 的影响.16 3.3 OFDM 系统内 PAPR 的分布.17 3.4 小结.19 第 4 章 降低 OFDM 系统峰均比的方法20 4.1 信号预畸变类技术.20 4.1.1 限幅方法 .20 4.1.2 压缩扩展方法 .23 4.2 编码类方法.27 4.2.1 编码方法的原理 .27 4.2.2 编码方法的性能分析 .28 4.3 概率类方法.29 目 录 IV 4.3.1 最小选择映射方法（SLM）.29 4.4 本章小结.31 第 5 章 部分传输序列方法 .32 5.1 传统的部分传输序列方法.32 5.1.1 PTS 方法原理32 5.1.2 分割方法 .35 5.2 引
13、入 m 序列的 PTS 方法.39 5.3 引入 m 序列的 PTS 改进方法.41 5.4 本章小结.43 第 6 章 结束语 .44 6.1 总结.44 6.2 对未来的展望.44 参考文献 .46 致 谢 .49 攻读硕士学位期间发表论文情况 .50 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 进入 21 世纪，尽管第三代移动通信的发展的又推上一个新的台阶，但是人们对移 动通信的高质量追求却不曾有一丝停顿。随着人们对移动通信的要求越来越高，新一代 的移动通信技术的传输速率相比现有的技术必将更上一个新台阶， 从而更好的为用户服 务。虽然，目前为止，第四代的技术指标1尚未最终确定，但国内外学士等
14、研究人员普 遍认为，新一代的移动通信网络可以向用户提供超过 100Mbit/s 的峰值信息速率。拥有 更高速的信息速率的同时，新一代的移动通信技术将会更加的节省带宽，拥有更高的频 率使用率。除此之外，抗干扰能力也是通信技术之中的一项重要性能，新一代的通信技 术在满足信号高速率传输的同时，也必将具备更强的抗多径干扰能力。于是人们纷纷把 目光投于可以同时满足以上要求的多载波技术之中的 OFDM 技术2，经过将近 20 年的 发展，OFDM 技术作为新一代移动通信核心技术其发展日益蓬勃并逐步走向成熟。 1.1 移动通信的发展历程 移动通信的产生，从某种意义上来说可以追溯到无线通信发明之日。19 世纪
15、末，意 大利科学家马可尼M.G.首次成功的试验了固定点到移动点的距离约为33km的无线通信 3。现代移动通信技术自 20 世纪 20 年代就已经产生了，但由于当时各方面条件的限制 其发展相对缓慢，一直经过 50 年之后移动通信的才由起步进入蓬勃发展的时期。 19 世纪 70 年代末期， 美国著名的贝尔实验室建立了全球第一个蜂窝状模拟移动网， 相比以往系统的容量得到空前的提升4。这一举动大大的带动了其它的各个发达国家对 蜂窝式移动通信网的研究， 而后也陆续开发出以蜂窝网为基础的不同标准的移动通信系 统。蜂窝式通信系统采用模拟技术，极易受外界自然因素的影响，同时其频谱利用率也 比较低，但是基于当时
16、的已经成熟模拟技术，这类系统在世界各地得到迅速发展，也被 称为第一代移动通信系统5。 随着人们对移动通信质量的要求越来越高， 模拟蜂窝式系统渐渐暴露出其固有的缺 点，不能满足用户的需求，也逐渐被快速发展的数字通信系统所替代。20 世纪 80 年代 中后期，世界各国相继推出了以数字通信技术为代表的第二代移动通信系统（2G） 。首 先由欧洲推出全球移动通信系统（GSM, Global System for Mobile）,随后美国推出了 河北大学工程硕士学位论文 2 IS- 54，IS- 95。日本推出 JDC 系统5。其中 IS- 95 系统采用窄带码分多址（CDMA, Code Division Multiple Access, 与第一代通信系统相比，第二代移动通信系统采用数字通信技 术，无论是传输速率，还是传输信号的可靠性都得到了前所未有的提高，通
