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1、-范文最新推荐-1 / 27OFDM 系统峰均比降低算法的研究+Matlab 仿真摘要：本文首先阐述了 OFDM 系统的系统模型和工作原理，分析了 OFDM 系统的优缺点。详细分析了常用的降低 PAPR 的三类方法，分析其各自存在的优缺点。通过分析自适应次优 PTS 算法和双层 PTS算法，本文提出了一种改进算法。Matlab 仿真结果表明该算法能够简单有效地降低 PAPR，减小误比特率(BER)，且具有较低的复杂度。关键词：正交频分复用；峰均功率比；部分传输序列Research of PAPR Reducing Algorithm of OFDM System Abstract: This
2、thesis firstly introduces the system model and basic theory of OFDM signal, and analyzes its advantages and disadvantages. It makes deep analysis on the most popular three kinds of PAPR reducing techniques, and analysis of their respective advantages and shortcomings. By analyzing the sub-optimal PT
3、S algorithm and the Dual Layered Phase Sequencing (DLPS) algorithm, a improved algorithm was proposed. The simulation based on Matlab shows that the algorithm can reduce the PAPR effectively as well as provide lower bit error rate (BER) and computational complexity.Key Words: Orthogonal frequency di
4、vision multiplexing; Peak-to-average power ratio; Partial transmit sequence目录摘要 1引言 1-范文最新推荐-3 / 271. OFDM 技术概述 21.1 OFDM 技术的发展历程 21.2 OFDM 技术的优缺点 32. OFDM 系统的基本原理 52.1 OFDM 系统的组成 52.2 有关 OFDM 的几个关键技术 93. OFDM 系统的峰值平均功率比 113.1 峰值平均功率比的定义 113.2 峰均比的统计特性 123.3 抑制峰均比常用的方法 12 4.基于部分传输序列的改进算法 184.1 几种特殊的
5、 PTS 算法 18 60 年代中叶，不少移动通信学者开始关注 OFDM技术，使 OFDM 技术走向成熟。正交频分复用和并行数据传输的思想被广大学者发现。1966 年R.W.Chang 博士在一篇论文中首次比较系统地论述了OFDM 的基本概念和关键技术，把这一技术正式地展示给广大的通信学者。他首次提出把串行数据分割成多路并行的低速数据流，调制到载波上，各子载波保持正交，这样就达到了消除码间干扰的目的，极大地提高移动通信频谱资源的利用率。这个历史性的突破引起了人们的高度关注。1971 年， Weinstein 和 Ebert 两位科学家又提出了使用离散傅里叶变换(DFT)来进行多载波系统基带的调
6、制，产生了第一个数字通信系统，结束了模拟通信系统的时代2。没有了模拟前端，OFDM 系统的调制和解调就变得简单多了。如今利用快速傅里叶变换对-范文最新推荐-5 / 27基带信号进行调制，使 OFDM 系统的复杂度进一步降低，因此也就没必要再像以前一样在接收端用带通滤波器调节子载波，而是利用快速傅里叶变换或者离散傅里叶变换对子载波进行解调，还原出原始信号3。这个发现大大简化了原始的 OFDM 系统，使其从模拟通信系统蜕变为数字通信系统。1980 年， Peled 和 Ruiz 两位学者为解决 OFDM 系统的正交性问题而引入了循环前缀(CP)，实际上就是一份附加在 OFDM 符号前面保护间隔内的
7、数据符号的末尾部分。其长度和保护间隔的长度一致，但是时长要大于多径时延的时长，这样循环前缀才能起到作用，避免 OFDM 符号间干扰和子载波干扰的产生。虽然循环前缀使 OFDM 系统的无用符号增加，会浪费一定的带宽，但是这样能解决 OFDM 系统的正交性问题，避免 OFDM 符号间干扰和子载波干扰对OFDM 系统造成影响，利大于弊，有很大的利用价值。1985 年， CiInini 把 OFDM 技术应用到无线蜂窝移动通信系统，使 OFDM 无线移动通信系统的发展又向前迈进一大步。 (3)硬件比较容易实现OFDM 系统的调制和解调可利用离散傅里叶变换(DFT)和离散傅里叶逆变换(IDFT)来实现。
8、如果子载波数很大时，还可以使用快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(TFFT)来进行调制和解调，不需要像以前一样在发送和接收端使用多个滤波器组，大大简化了传统的多载波系统。(4)子载波可以动态分配可以灵活控制 OFDM 系统各个子载波上的调制方法，合理分配和充分利用衰落较小的子载波信道。例如，对一个用户不适合的子信道却很可能是别的用户所需要的性能比较好的子信道。系统会关闭掉对所有用户都不适用的子信道，这种子信道出现的可能性也是非常小的。OFDM 系统的这种能灵活分配的特性可以很好地提升系统的性能。-范文最新推荐-7 / 27(5)OFDM 系统支持非对称传输OFDM 系统的非对称性传输，
9、其实就是指无线下行链路中传输的信息数据量要远远大于无线上行链路中传输的信息数据量。下行传输能力强无论对于移动通信的运营商还是对于用户而言都是非常有利的。OFDM 系统非常容易做到不平衡对称传输，它可以在下行链路中利用大量的子载波进行信息数据的传输。而在上行链路中只用少量的子载波进行传输就可以了，这样就达到了非对称性传输的目的。(6)OFDM 系统和其他多种接入方式比较容易结合OFDM 系统极易和其他接入方式结合使用。比如多载波码分多址(MC-CDMA)、时分复用 (OFDM-TDMA)和调频 OFDM 等。(7)OFDM 系统能有效抵抗窄带干扰OFDM 系统一般都具有比较宽的频带，窄带干扰虽然
10、能对子载波进行干扰，可是只能影响一小部分。还可以通过交织和纠错编码，对这部分受干扰的子载波进行纠正。所以 OFDM 系统可以有效地抵抗这种窄带干扰。OFDM 系统的缺点主要有以下两个方面：(1)在 OFDM 系统中，各个子载波是相互正交的，各个子信道的频谱又是相互交叠的。因为无线信道极不稳定，所以存在着时变性。无线信号容易发生频率偏移，而发射机与接收机受到时变性的影响也会产生频率偏差，使 OFDM 系统中的各个子载波之间的正交受到破坏，导致子载波间干扰(ICI)，使 OFDM 系统的性能受到影响。 2.1.2 信道编码信道编码是在所有通信系统中能够最大限度地提高系统传输可靠性的一种常用方法。信
11、道编码可以很好地提高信道衰落不是非常严重的 OFDM 系统的性能。-范文最新推荐-9 / 27在 OFDM 系统的系统结构框架中，子载波之间也能进行信道编码，于是就有了编码正交频分复用技术(COFDM)。在各种编码类型中，卷积码的编码解码在实际操作中比分组码实现起来要复杂很多，但是卷积码的编码在可靠性传输方面比分组码要好，因此OFDM 系统一般情况下都利用卷积码来提升系统的可靠性。2.1.3 DFT 的实现傅里叶变换是时域与频域之间的一个桥梁，把两者很好地联系起来。傅里叶变换的表现形式多种多样，对于信号的处理一般情况下都利用离散傅里叶变换(DFT)，离散傅里叶变换是用的最多的一种形式，要对需要
12、处理的信号数据在时域或者频域上进行抽样。快速傅里叶变换(FFT)属于 DFT 运算中的一种快速运算，其运算速度比 DFT 要快很多，所以快速傅里叶变换的应用促进了 OFDM 技术的快速发展。当 OFDM 系统中的子载波数 比较大时，可以利用IDFT 对信号 以 的速率抽样， ,则有：(1)这里面 可以看做对 采取的 IDFT 运算的输出结果，在接收端还要对 采取 DFT 运算以恢复出原始的符号 ，得到：(2)由此可以看出，利用 DFT 和 IDFT 运算来完成调制和解调会使 OFDM 系统变得简单许多。 为OFDM 系统中通过数字映射后的频域数据符号，当它经过 点的 IFFT 运算后就成为时域
13、数据符号 ，这些时域数据符号相互叠加且包络不稳定变化。由此可见，快速傅里叶变换成为时域和频域之间的纽带把两者很好地联系起来，不但能完成 OFDM 系统中的数据从频域到时域之间的转换，还能很好地完成OFDM 系统的基带调制处理的过程。 -范文最新推荐-11 / 27图 2 多径情况下空闲保护间隔在子载波之间造成的干扰图 2 给出了保护间隔为空白传输时段的情况。第二个子载波有时延，两个子载波的周期个数的差不是整数倍，这样子载波之间不保持正交性，不同的子载波之间会产生相互干扰。而把循环前缀符号放入保护间隔里面就能有效地消除 OFDM 符号由于多径时延而产生的子载波之间的相互干扰。保护间隔的时长如果大
14、于多径时延的时长，就能通过 IFFT 运算把 OFDM 系统的子载波成功地解调出来。图 3 为 OFDM 符号循环前缀的图示，加入循环前缀从而使子载波周期个数的倍数仍然是整数。图 3 OFDM 符号循环前缀图示2.2 有关 OFDM 的几个关键技术2.2.1 时域同步和频域同步时域同步和频域同步在 OFDM 系统中是非常有必要的。由图 3 可以看出，小部分的保护间隔和占大多数的有用信息数据组成了 OFDM 系统的数据块。时域同步的目的是准确的判别数据信息的有效时间段的起始点，从而防止 OFDM 系统子载波的相位产生大的偏转。时域不能同步会导致频域也不能同步，假如相位偏移量较大时，有可能时延的长度要长于循环前缀的长度，这样接收到的信息数据就不完整了，再严重点就会
