ofdm系统降低峰均比的算法研究学位论文.doc

理工大学学士学位论文摘 要多载波传输系统已经应用于有线通信中，并且也是未来移动通信的候选方案一般多载波调制技术的主要特性是将一定宽频信道分解成为一组多个窄频信道在这些多载波传输系统中，最常使用的是正交频分复用（OFDM）系统，它以离散傅立叶转换（DFT）为基础，来构成一个可实现、高性能的系统此项技术能够有效地抵抗多径效应现象，已经成功的应用于许多高速无线数据传输系统中，成为时下备受关注并且得到了广泛应用的技术但OFDM系统在传输信号时存在着高峰值平均功率比（PAPR），在遇到射频功率放大器等非线性器件时，会发生严重的非线性畸变目前针对降低OFDM信号PAPR的算法归纳为三大类：信号预畸变法、信号扰码法及编码法本文对这三类方法进行了理论分析，重点研究了信号预畸变方法中的限幅法以及信号扰码技术中的选择性映射法（SLM）和部分传输序列法（PTS）这三种算法，并比较了三种算法的性能 基于MATLAB平台，对限幅法、SLM算法和PTS算法进行了仿真，并对SLM算法和PTS算法就系统冗余度和PAPR分布两方面进行了分析比较，结果表明，三种算法中限幅法的效果最差，虽能明显降低PAPR，但信号传输准确度最低。

SLM算法和PTS算法的性能明显优于限幅法，其中PTS算法比SLM算法的性能更优，只是会牺牲传输效率并增加复杂度关键词：正交频分复用；峰值平均功率比；互补累积分布函数；选择性映射；部分传输序列AbstractMulticarrier transmission system has been applied to cable communications, and a candidate solution of the future mobile communications. General multi-carrier modulation technique is to the key features of a certain broadband channel is decomposed into a set of multiple narrowband channel. In the multicarrier transmission system, is the most commonly used Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) systems, it is based on Discrete Fourier Transform (DFT), to form a can realize and high performance of the system. This technology can effectively resist multipath effect phenomenon, has been successfully applied in many high-speed wireless data transmission system, become nowadays has attracted much attention and widely used technology. But when the transmission signal in the OFDM system there exists a Peak-to-Average Power Ratio (PAPR), in case of the nonlinear devices such as radio frequency power amplifier, severe nonlinear distortion will happen. Is aimed at reducing OFDM signal PAPR algorithm are divided into three categories: signal pre distortion method, signal scrambler method and coding method. Are analyzed theoretically in this paper, the three kinds of methods, mainly study the signal pre distortion method of clipping method and signal scrambling technology of the Selective Mapping (SLM) and Partial Transmit Sequences (PTS) of the three algorithms, and compare the performance of the three algorithms. Based on MATLAB platform, the clipping method, SLM and PTS algorithm are simulated, and the SLM and PTS algorithm are two aspects of system redundancy and distribution of PAPR is analyzed and compared, the results show that three kinds of algorithms in the method of limiting the effect of the worst, although can reduce PAPR significantly, but the minimum signal transmission accuracy. SLM and PTS algorithm of clipping method is obviously better than the performance, the PTS algorithm performance is better than SLM algorithm, only will sacrifice transmission efficiency and increase the complexity.Key words：Orthogonal Frequency Division Multiplexing; Peak-to-Average Power Ratio; Complementary Cumulative Distribution Function; Selective Mapping; Partial Transmit Sequences目 录1 绪论 11.1 课题背景 11.2 OFDM系统的优缺点 11.3 OFDM峰均比降低技术研究现状 21.4 论文的章节安排 42 OFDM系统基本原理与关键技术 52.1 OFDM系统的基本原理 52.2 离散傅立叶变换的应用 62.3 傅立叶变换的过采样 82.4 保护间隔和循环前缀 92.5 OFDM系统的关键技术 102.5.1 同步技术 112.5.2 信道编码和交织技术 122.5.3 信道估计技术 132.5.4 峰值平均功率比技术 133 OFDM系统中的峰值平均功率比 153.1 高峰值产生的原因 153.2 峰均功率比的定义 153.3 OFDM系统内PAPR的分布 163.3.1 OFDM系统的PAPR的概率分布 163.3.2 OFDM信号的自相关函数和功率谱密度 173.4 降低峰均功率比的方法 183.4.1 信号预畸变技术 183.4.2 信号扰码技术 203.4.3 编码技术 214 信号扰码技术降低PAPR 224.1 最小PAPR门限值的理论极限 224.2 选择映射法 234.2.1 选择映射法原理 234.2.2 SLM性能分析 244.3 部分传输序列 254.3.1 部分传输序列法原理 254.3.2 PTS中三种分割方法及其比较 274.3.3 影响OFDM系统的PAPR性能参数 284.3.4 PTS-OFDM系统的带外辐射 295 MATLAB系统仿真 305.1 OFDM系统仿真参数的设计 305.2 OFDM仿真程序流程 325.3 OFDM基本性能的仿真结果及分析 335.3.1 实际得到的限幅OFDM系统的PAPR分布 335.3.2 实际得到的SLM-OFDM系统的PAPR分布 345.3.3 实际得到的PTS-OFDM系统的PAPR仿真分布 35结 论 37致 谢 38参考文献 39附录A 英文原文 40附录B 中文翻译 52附录C 源程序 62381 绪论1.1 课题背景可靠、高速的数据传输是无线通信技术的目标和要求。

随着通信技术的不断进步，通信网络正快速地向包括数据、语音、图像的综合宽带多媒体方向发展，人们对通信质量、通信速度和通信内容也都提出了新的要求于是，容量更大、传输速率更高的通信系统自然而然成为了研究的热点正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种非常有效的抗信道色散的高速并行多载波传输方案凭借出色的对抗多径信道衰落的特性和极高的频谱利用率，同时由于它采用了离散傅立叶变换，所以大大降低了收发机的实现复杂度，更是引起了广泛的关注在数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、非对称数字用户线（ADSL）、IEEE802.11a无线局域网、IEEE802.16a等领域广泛应用并成为国际和行业标准 但是OFDM技术存在较高的峰值平均功率比（PAPR，Peak-to-Average Power Ratio）这会导致发送端对高功率放大器（HPA）的线性度要求很高且发送效率极低，接收端对前端放大器的线性度要求也很高而且还会增加A/D和D/A转换器的复杂度[1]因此高的PAPR限制了OFDM的实际应用鉴于此本文主要围绕降低OFDM系统中的PAPR问题展开研究，利用MATLAB软件完成了对所研究问题的仿真。

围绕这个问题，本文在研究OFDM信号的基本原理基础上，分析了OFDM系统产生高峰值平均功率比的原因，讨论了目前国内外降低PAPR的信号预畸变方法、信号扰码方法及编码方法三大类方法及各自的优缺点深入研究了限幅法和选择映射法（SLM）以及部分传输序列法（PTS），并通过MATLAB软件仿真，对OFDM系统的三种降低峰均比的方法进行比较分析，验证算法的有效性1.2 OFDM系统的优缺点OFDM具有频谱利用率高，抗多径衰落能力强等优点，是一项非常有潜力的高速数据通信技术OFDM技术的优点主要归结为以下几个方面：（1）频谱利用率高传统的频分多路传输方法中，将频带分为若干个不相交的子频带来并行传输数据，但是由于子信道之间留有保护间隔，所以频谱的利用率低在OFDM系统中，各个子载波之间相互正交，频谱互相重叠，系统的频谱利用率较高当子载波个数很大时，频谱利用率趋于2这一点在频谱资源日益紧张的无线信道中尤为重要2）可以有效克服符号间干扰OFDM系统中，把高速串行的数据流通过串/并转换器变为并行低速的数据流，使得每个子载波上数据符号的持续周期相对增加，从而有效地减小无线信道时间弥散所带来的ISI同时，在数据间插入的保护间隔也有效地减低了ISI。

3）可以选用IFFT/FFT。