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1、1、OFDM 系统中降低峰均比技术研究系统中降低峰均比技术研究 西北大学 硕士学位论文 刘萍萍 信号与信息处理 指导教师：高宝建 20100614 正交频分复用(OFDM)技术因具有高速传输数据能力，高频谱利用率，抗多径干扰能 力强等优点被认为是第四代移动通信系统的核心技术之一。但 OFDM 却存在较高的峰均比 问题，该问题影响了其在实际中的应用。 本文介绍了 OFDM 技术的基本原理，在研究降低峰均比传统方法的基础上，通过比较 分析 OFDM 调制与周期信号傅立叶级数展开的关系，设计了一种基于傅立叶系数映射的降 低 OFDM 峰均比算法，该方法先将待传输的数据调制为周期性信号，取该信号的部分
2、傅立 叶系数进行 OFDM 调制，代替了传统的 QPSK 或 MQAM 映射方式。仿真结果表明该技术 方案可以将峰均比下降 3dB 左右，当频带利用率与 QPSK 映射相同时，系统的误码率性能 在信噪比小于 8dB 时比 QPSK 映射稍好，在信噪比大于 8dB 时比 QPSK 映射略有下降，当 频带利用率是 QPSK 映射的 l2 时，误码率性能远比 QPSK 映射要好。 同时，本文将傅立叶系数映射分别与传统的 SLM 算法以及压扩算法相结合，设计了 两种联合算法，仿真结果表明，这两种基于傅立叶系数映射的联合算法在传统算法的基础 上更好的改善了 OFDM 的峰均比，在相同频带利用率下，尤其是
3、压扩系数较大时，基于傅 立叶系数映射的压扩算法的误码率性能比传统的基于 QPSK 映射压扩算法要好。 关键词关键词 正交频分复用，峰均比，傅立叶系数，选择性映射，压缩扩展 结论结论 本论文针对 OFDM 存在较高峰均比的缺点，在总结分析传统降低峰均比方法的基础上， 研究如何更好的降低 OFDM 的峰均比。具体的创新如下： (1)设计了一种基于傅立叶系数映射的降低 OFDM 峰均比算法，代替了传统的基于 MPSK 或者 MQAM 映射方式，该方法先将待传输的数据调制为周期性信号，取该信号的 部分傅立叶系数进行 OFDM 调制。仿真结果表明该方案可以很好的改善 OFDM 系统的峰 均比，当频带利用
4、率与 QPSK 映射相同时，系统的误码率性能在信噪比小于 8dB 时比 QPSK 映射稍好，在信噪比大于 8dB 时比 QPSK 映射略有下降，当频带利用率是 QPSK 映 射的 12 时，误码率性能远比 QPSK 映射要好。 (2)设计了一种基于傅立叶系数映射的 SLM 算法，将传统的 SLM 算法中的 MPSK 或者 MQAM 映射改变为傅立叶系数映射。仿真结果表明，基于傅立叶系数映射的 SLM 算法比 传统的 SLM 算法峰均比改善效果更好。 (3)设计了一种基于傅立叶系数映射的压缩扩展算法，采用傅立叶系数映射代替了传统 压扩算法中的 MPSK 或者 MQAM 映射。仿真结果表明，基于傅
5、立叶系数映射的压扩算法 可以很好的改善 OFDM 的峰均比。尤其是在压扩系数较大时，在相同频带利用率下，系统 的误码率性能在基于 QPSK 映射的基础上有了很大的改善。OFDM 存在较高峰均比的问题，近年来学术界对此进行了专门的研究和讨论，本论文 针对 OFDM 峰均比的问题进行了研究，但是由于时间有限，在很多方面还有待进一步研究：(1)本文设计的基于傅立叶系数映射的算法，目前本文在基带调制方面只是进行了双极 性不归零编码调制，下一步考虑如何对基带数据进行有效的编码调制对基带数据进行有效的编码调制，以期得到更好的算 法。 (2)基于傅立叶系数映射算法傅立叶系数映射算法可以改善 OFDM 的峰均
6、比，本文只设计了两种基于傅立 叶系数映射的联合算法，下一步可以考虑与其它方法结合更好的降低 OFDM 的峰均比。 (3)本文只是针对降低 OFDM 的技术进行了研究，对 OFDM 的其它关键技术还没有深 入研究，在这些方面可以继续学习。2、降低、降低 OFDM 系统峰均功率比系统峰均功率比 河北大学 徐彬 通信与信息系统 硕士 指导教师：王兰勋副教授 二一年五 月 摘要摘要 正交频分复用(OFDM)技术因为其本身具有抵抗多径效应能力强并且可以很好地抵抗 OFDM 符号间干扰的特点，所以当今移动通信的发展中 OFDM 技术成为了现代移动通信的 关注焦点。但是，OFDM 技术不可避免地存在一个重要
7、的缺点就是因为它具有较高的峰均 功率比，峰均功率比过大很容易造成 OFDM 系统的误码率性能急剧下降。所以，想方设法 使 OFDM 系统的峰均功率比降低便成为 OFDM 研究的主要热点。 本文介绍了 OFDM 系统的基本原理和概念，组成及其关键技术，介绍了经常使用降低 OFDM 信号的峰均功率比的三种传统方法，这三种方法依次包括预畸变类技术，编码类技预畸变类技术，编码类技 术和概率类技术术和概率类技术，本文通过深入研究分析传统 PTS 算法和次优 PTS 算法，并在这两种算法 的基础上提出了自适应次优 PTS 算法和双层 PTS 算法两种改进 PTS 算法，次优 PTS 算法 通过分组逐次比较
8、大大降低了传统 PTS 算法的计算峰均比次数；自适应次优 PTS 算法通过 在比较前预置一个合适的门限值参数，进一步降低了次优 PTS 算法的计算峰均比次数；双 层 PTS 算法显示出了一种新的分层结构，通过将数据分为两层逐层优化进而达到减少计算 峰均比次数的目的。然后本文对这些改进 PTS 算法进行了 Matlab 仿真，对 Matlab 仿真结 果进行了分析比较，并对各自的优缺点进行了总结性的论述。/*复杂度的降低复杂度的降低 关键词关键词 正交频分复用；峰均功率比；部分传输序列；双层 PTS 总结总结 随着现代无线通信技术迅速的发展，各种新兴的通信业务迫切需要无线网络能够提供 实时可靠地
9、高速数据传输。正交频分复用技术2凭借它可以很好地抵抗多径时延扩展和高 效的无线频谱利用率，越来越受到移动通信学者的广泛关注。OFDM 技术使用多个相互正 交的子载波把无线通信信道划分成许多个相互交叠并且彼此间相互正交的子信道，这样一 来虽然各个子信道之间的频谱是相互重叠的，OFDM 系统的接收端同样可以解调出发射端 OFDM 的基带信号，所以 OFDM 在未来第四代移动通信中具有很好地发展前景。然而在 OFDM 系统中却具有多载波所共有的缺点：较高的 PAPR，这就会使一些功率放大器的线 性工作范围变宽，因此这就必须得提高设备的成本。因此，我们需要对 OFDM 信号的 PAPR 进行抑制。本论
10、文针对 OFDM 信号的 PAPR 问题进行了一定的研究分析，主要的研 究成果总结如下: (1)介绍了降低 OFDM 信号 PAPR 的三种基本方法基本方法，分别是信号预畸变类技术、概率 类技术和编码类技术。对限幅方法、压缩扩展变换方法、SLM 算法、PTS 算法这几种方法 如何使 OFDM 系统 PAPR 降低进行了比较详细论述，并通过 Matlab 仿真对这几种方法给 出了具体仿真图和通过改变这些方法中的某些相应参数某些相应参数来说明对改善 PAPR 性能的影响。 (2)深入研究了 PTS 算法的几种改进算法的几种改进方法包括：次优 PTS 算法、自适应次优 PTS 算法、 双层 PTS
11、算法。首先介绍了这些改进 PTS 算法的基本原理和算法的具体流程，并对这些改 进 PTS 算法分别进行了 Matlab 仿真分析，对这些改进 PTS 算法在相同的分组下都进行了 Matlab 仿真比较，给出了这些改进算法在相同的分组下既可以降低计算 PAPR 次数又可以 改善 PAPR 性能最终在这两方面上达到折中的结论。 本文创新点在于：创新点在于：自适应次优 PTS 算法的优势是在每次得到的 PAPR 值和门限参数相 比较，如果得到的 PAPR 值小于门限参数就停止迭代，这样就使得次优 PTS 算法在计算 PAPR 次数方面可以进一步降低；其次双层 PTS 算法通过将数据分成两层结构，先对
12、第一 层数据进行次优 PTS 算法优化，优化后固定第一层优化后的相位因子，继续对第二第 5 章 结束语层数据同样进行次优 PTS 算法优化，从而完成了两层优化，通过结构上的优化使得计算 PAPR 的次数进一步降低，因此双层 PTS 算法在数据优化结构优于次优 PTS 算法。 下阶段的工作下阶段的工作 本课题对降低 OFDM 系统的 PAPR 进行了一定的研究，Matlab 仿真实验表明这些方法 对降低 PAPR 是起到一定效果的，但是本论文由于作者的水平有限所做的这些工作还是远 远不够的，在 OFDM 系统这个大环境下还有很多的需要讨论的问题没有得到很好地解决， 我还应该在今后的工作中学习更多
13、的知识，来完善自己对 OFDM 系统的认识，这些问题包 括： （1）OFDM 系统还存在很多其它的关键技术需要进一步的研究，例如 OFDM 系统如 何保证子载波间完全同步的问题、如何在不同的移动信道中很好地完成信道估计问题、如 何在 OFDM 系统的接收端完成均衡问题等目前为止我还是了解得非常少，即使是针对 OFDM 系统 PAPR 的研究也同样是比较肤浅的，面对 OFDM 系统的这些关键技术我还是需 要在以后的工作中多加学习。 （2）概率类算法都会产生冗余信息也就是边带信息，但是这些边带信息关系到信息数 据能否被正确还原，本文还没有涉及到这方面的研究。边带信息要如何可靠地传输边带信息要如何可
14、靠地传输，或者 如何可以不需要边信息而通过别的方法来判断相位因子是一个值得研究的问题。 （3）论文的工作毕竟只是通过 Matlab 计算机仿真，离 OFDM 系统实际应用来降低 PAPR 还是有一定的差距，比如在 Matlab 仿真中关于带宽利用率和系统时延等问题带宽利用率和系统时延等问题都没有 考虑到，这些问题在高速数据传输中都是相当重要的。3、OFDM 系统中降低峰均功率比的研究系统中降低峰均功率比的研究 段再超 导师：肖丽萍副教授 工学硕士 通信与信息系统 燕山大学 正交频分复用(OFDM)被认为是第四代移动通信的核心技术之一，它具有较高的频谱 利用率和较强的抗多径衰落能力，但系统存在较
15、高的峰均功率比(PAPR)。高的峰均功率比 要求系统的功率放大器具有很大的线性动态范围，否则会发生信号畸变，破坏子载波间的 正交性及降低系统性能。因此，必须设法降低 OFDM 信号的峰均功率比。本文主要围绕降 低 OFDM 系统中的峰均功率比展开研究。 本文对 OFDM 的基本特性进行了深入研究与分析，比较了降低峰均功率比几种典型的 的算法。并重点分析了载波干涉在 OFDM 系统中的应用，仿真验证了其独特性和优越性。 文中根据载波干涉方法降低 PAPR 的特性提出了两种改进的方法。一种是基于载波干涉的基于载波干涉的 分组方法分组方法，此方法在加载波干涉之前先对输入信号进行分组，减小高峰值功率出
16、现的概率 以达到进一步降低系统的 PAPR 的目的。另一种是采用信号均值采用信号均值的方法，在系统进行 IFFT 变换后的 N 个信号中，取出从原信号开始并包含原信号的 k 个信号，对其取平均值后代替 相应的原信号值。理论分析及仿真结果表明，两种改进后的方法均能在保证 BER 性能的基 础上降低系统的峰值功率，从而有效降低了 OFDM 系统的 PAPR。改进方法对于子载波数 目没有要求，不仅适用于 BPSK 调制与 QPSK 调制，同样适用于其他多进制调制方式。并 且易于与其它降低 PAPR 技术结合使用，具有较好的可行性。 关键词关键词 正交频分复用；峰均功率比；载波干涉；分组；均值 结论结论 本文研究的重点是对降低 OFDM 系统中峰均功率比的研究。文中针对 OFDM 系统中 的降低峰均功率比的技术进行了深入研究，分析了各种方法的优缺点，从概率的角度出发 在载波干涉技术的基础上提出了两种改进方法，分别是基于载波干涉的分组方法和利用信 号均值的方法。本文的具体工作主要体现在以下几个方面： (1)在基于载波干
