【正文】 理部分傳輸序列法（PTS）的基本思想是：將原本的輸入數(shù)據(jù)分成數(shù)個(gè)相同長(zhǎng)度的子數(shù)據(jù)快的組合來(lái)最小化PAPR[18]。因襲對(duì)于分割為V的子序列的PTS方法來(lái)說(shuō)，的取值有種。但是上述三種方法都遵循一個(gè)原則，每個(gè)子載波只能出現(xiàn)在一個(gè)PTS內(nèi)，而且V個(gè)PTS中所包含的子載波個(gè)數(shù)相同。從圖中可以看到，當(dāng)V=1，即常規(guī)OFDM系統(tǒng)中，理論計(jì)算得到的PAPR性能曲線非常近似于仿真得到的結(jié)果。但是在子載波的值的任何條件下，PTSOFDM系統(tǒng)的PAPR性能都要優(yōu)于OFDM系統(tǒng)。5 MATLAB系統(tǒng)仿真 OFDM系統(tǒng)仿真參數(shù)的設(shè)計(jì)為滿足各種需要，OFDM參數(shù)的選擇必須折衷考慮?！≡诖_定了符號(hào)周期和保護(hù)間隔之后，子載波的數(shù)量可以直接利用帶寬除以子載波間隔（即去掉保護(hù)間隔之后的符號(hào)周期的倒數(shù)）得到，或者可以利用所要求的比特速率除以每個(gè)子信道中的比特速率來(lái)確定。另一種選擇是利用QPSK調(diào)制和編碼效率為的設(shè)計(jì)方案，這樣每個(gè)子載波可以攜帶的有用信息，因此需要64個(gè)子載波來(lái)傳輸。下面以為例來(lái)說(shuō)明這種過采樣的實(shí)施過程。由于只有在載波數(shù)大于64的時(shí)候，OFDM信號(hào)PAPR的概率分別才能使用前面的數(shù)學(xué)公式來(lái)表示?！《鄰絺€(gè)數(shù)：2個(gè)。我們發(fā)現(xiàn)不管在未剪切信號(hào)還是在剪切信號(hào)中，大多數(shù)信號(hào)的幅度都集中在小幅度區(qū)，即大幅度出現(xiàn)的概率非常低，所以剪切不會(huì)使信號(hào)的能量損失太大。仿真參數(shù)：1024個(gè)隨機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)（0、1），相鄰分組算法，每個(gè)分組包含相同的子載波數(shù)，每個(gè)分組采用QPSK調(diào)制，分別取為8，PTS的加權(quán)系數(shù)。根據(jù)上述，可以利用來(lái)表示這種輔助信息所需要的冗余比特?cái)?shù)量。結(jié) 論由于人們對(duì)通信要求越來(lái)越高，因此需要更好的通信技術(shù)來(lái)滿足人們的需求，正交頻分復(fù)用（OFDM）就是一種非常有效的技術(shù)。同時(shí)我還得到了信息學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師的很多支持和學(xué)習(xí)上的指導(dǎo)，在此向他們表示衷心的感謝和最誠(chéng)摯的敬意！我也要感謝寢室的和同組的同學(xué)們，他們也在不停的幫助我。 multicarrier phase locked loop (MPLL)1 IntroductionOrthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is a highefficiency data transmission technology, which is considered as the core of the next generation mobile munication for its many advantages such as high band efficiency and strong ability to resist frequency selective fading. It has been applied in many fields, such as European standard DAB, DVB, ADSL, ,HIPERLAN II[1].However, it also has some disadvantages such as sensitivity to carrier frequency offset (CFO) and high peak to average power rati。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間我又進(jìn)一步學(xué)習(xí)了關(guān)于編程和OFDM系統(tǒng)方面的知識(shí)，在這里我由衷的感謝我在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間幫助我的老師和同學(xué)。在和取相同值條件下，PTS算法的PAPR分布CCDF曲線明顯優(yōu)于SLM算法，而且隨著V和U取值的增大，這種差異也在增大。但從具體算法來(lái)看，兩種算法存在很多差異，下面將從冗余信息和仿真結(jié)果兩方面對(duì)兩種算法進(jìn)行比較。但是其代價(jià)也是非常的明顯，即需要計(jì)算額外組IFFT運(yùn)算。 OFDM仿真程序流程由OFDM系統(tǒng)性能仿真原理圖，利用Matlab工具的M文件進(jìn)行模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，、輸入數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、調(diào)制、信道處理、解調(diào)、輸出數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的誤碼率計(jì)算等軟件模塊?！NR：0，4，8，12。如果對(duì)時(shí)域信號(hào)實(shí)施倍過采樣，即采樣間隔變?yōu)?，則其對(duì)應(yīng)的傅立葉變換的重復(fù)周期會(huì)變?yōu)?，而時(shí)域連續(xù)信號(hào)的頻譜寬度又保持不變，因此從頻域來(lái)看，也相當(dāng)于在連續(xù)信號(hào)帶寬之外補(bǔ)零，而在IFFT運(yùn)算中，相當(dāng)于在頻域數(shù)據(jù)中間插入零。針對(duì)這種偽信號(hào)現(xiàn)象，一般都需要對(duì)OFDM符號(hào)進(jìn)行過采樣，即在原有的采樣點(diǎn)之間再添加一些采樣點(diǎn)，構(gòu)成（為整數(shù)）個(gè)采樣值。為了計(jì)算需要的子載波數(shù)，觀察設(shè)計(jì)要求的比特速率與OFDM符號(hào)速率的比值，即每個(gè)OFDM符號(hào)需要傳送。然而符號(hào)周期長(zhǎng)度又不可能任意大，否則就意味著OFDM系統(tǒng)中要包括更多的子載波，從而會(huì)導(dǎo)致子載波間隔減小、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度增加，同時(shí)還會(huì)加大系統(tǒng)的峰值平均功率比，使系統(tǒng)對(duì)頻率的偏差更加敏感。補(bǔ)償功率值定義為： ()對(duì)上述定義取對(duì)數(shù)可以表示輸入信號(hào)平均值距飽和功率值。（3）不同子載波數(shù)量N不同子載波個(gè)數(shù)的OFDM系統(tǒng)的PAPR性能也是不同的，隨著子載波數(shù)量的增加，其性能也有所下降。（1）不同的分割數(shù)量，即不同分割子序列數(shù)量V條件下的PAPR性能，其中子載波的數(shù)目,輔助信息的選擇范圍W=4，即可以從4中相位信息內(nèi)選擇相位旋轉(zhuǎn)。在PTSOFDM系統(tǒng)內(nèi)，一般有三種子序列分割方案（Subblock Partition Scheme）：相鄰分割（adjacent）、隨機(jī)分割（pseudorandom）、交織分割（interleaved）。這樣就以次的IDFT為代價(jià)，通過尋找最佳的系數(shù)，從而使得OFDM系統(tǒng)內(nèi)的PAPR性能得到改善。如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采用了信道編碼技術(shù)，則就不需要再傳送額外的邊帶信息。 SLM性能分析 利用上述 SLM 方法，PAPR 超過門限值的概率就會(huì)大大降低。換句話說(shuō)，如果PAPR的最小門限值給定，概率類PAPR減小方法所需要的冗余比特?cái)?shù)量曲線要位于極限曲線的右方，即大于極限值。4 信號(hào)擾碼技術(shù)降低PAPROFDM系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)高峰值信號(hào)的原因在于多個(gè)子載波信號(hào)的疊加。典型的碼組有分組碼、格雷（Golay）碼和雷德密勒（ReedMuller）碼等。 信號(hào)擾碼技術(shù)信號(hào)擾碼技術(shù)的基本思想是對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行多種擾碼處理，選擇PAPR最小的信號(hào)發(fā)送出去。在傳統(tǒng)的擴(kuò)張方法中，需要把幅度比較小的符號(hào)進(jìn)行放大，而大幅度信號(hào)保持不變，這樣就會(huì)以增加整個(gè)系統(tǒng)的平均功率為代價(jià)，來(lái)降低峰值平均比。所選的窗函數(shù)應(yīng)具有良好的頻譜特性，一方面為了減小帶外干擾，頻譜應(yīng)盡可能的窄；另一方面，為了避免誤碼率的增加，窗函數(shù)在時(shí)域上不能太長(zhǎng)。最常用的信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)包括限幅和壓縮擴(kuò)張方法。 OFDM信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度OFDM系統(tǒng)的PAPR取決于序列的非周期自相關(guān)函數(shù)的旁瓣。當(dāng)采用的是多相相位鍵（MPSK）時(shí)，峰均功率比理論上的上限值為；若采用的是正交幅度調(diào)制（QAM）時(shí)，峰值功率比的上限值會(huì)略大于。本章在對(duì)OFDM系統(tǒng)中高峰值產(chǎn)生原理分析的基礎(chǔ)上，給出峰值功率比的定義，并介紹了當(dāng)前研究降低峰值功率比的現(xiàn)狀。而反過來(lái)，這些器件的非線性也會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)范圍較大的信號(hào)產(chǎn)生非線性失真，所產(chǎn)生的諧波會(huì)造成子信道的相互干擾，從而影響系統(tǒng)的性能，因此有必要對(duì)峰均功率比的問題深入研究。因此，高峰均功率比會(huì)大大降低OFDM的系統(tǒng)性能，為OFDM技術(shù)的實(shí)用化設(shè)置了障礙[7]。因此，導(dǎo)頻信息也必須不斷的傳送。 信道估計(jì)技術(shù)為了恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流，接收端必須先進(jìn)行信道估計(jì)，獲得子載波上的參考相位和幅值。但是，OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)卻為各個(gè)子載波進(jìn)行編碼提供了機(jī)會(huì)。實(shí)際OFDM系統(tǒng)中的同步實(shí)現(xiàn)，分為捕獲和跟蹤兩個(gè)階段。雖然OFDM系統(tǒng)對(duì)符號(hào)定時(shí)同步的要求相對(duì)寬松，但是在多徑環(huán)境下，任何符號(hào)定時(shí)的變化，都會(huì)增加系統(tǒng)對(duì)時(shí)延擴(kuò)展的敏感程度。為了進(jìn)一步提高實(shí)際系統(tǒng)性能，通常還將增加信道編碼、時(shí)頻域交織和插入導(dǎo)頻等功能模塊。同樣，當(dāng)接收機(jī)對(duì)第二個(gè)子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí)，也會(huì)存在來(lái)自第一子載波的干擾。 保護(hù)間隔和循環(huán)前綴應(yīng)用OFDM的一個(gè)最主要的原因是它可以有效的對(duì)抗多徑時(shí)延擴(kuò)展。此外，以T為周期間隔得到的時(shí)域采樣信號(hào)的傅立葉變換是由時(shí)域連續(xù)信號(hào)的傅立葉變換周期重復(fù)構(gòu)成的，其重復(fù)周期為。 傅立葉變換的過采樣在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)一個(gè)OFDM符號(hào)進(jìn)行N次采樣，或者N點(diǎn)IFFT運(yùn)算所得到的N 個(gè)輸出樣值往往不能真正地反映連續(xù)OFDM符號(hào)的變化特性，其原因在于：由于沒有使用過采樣，當(dāng)這些樣值點(diǎn)被送到A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，就有可能導(dǎo)致生成偽信號(hào)，這是系統(tǒng)所不能允許的。在基4 IFFT運(yùn)算中，只存在與的相乘運(yùn)算，僅僅需要通過簡(jiǎn)單地加、減以及交換實(shí)部和虛部（乘以）來(lái)實(shí)現(xiàn)這種乘法，不需要使用乘法器。以為采樣頻率對(duì)在[0,T]時(shí)間內(nèi)進(jìn)行采樣，其中，可以得到N個(gè)樣值，表示為： ()可以看出對(duì)采樣所得的N個(gè)樣值{}等效為{}的N點(diǎn)逆離散傅立葉變換（IDFT）。由于其他載波與該積分的信號(hào)正交，因此不會(huì)對(duì)這個(gè)積分結(jié)果產(chǎn)生影響，就可以恢復(fù)出原來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)。經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換以及星座調(diào)制后，得到路子信號(hào)｛,…,…｝，其中是第路經(jīng)過PSK或QAM星座調(diào)制后的信號(hào)。本論文的各章內(nèi)容安排如下：第一章為緒論部分，主要闡述了OFDM峰均功率比研究的目的與意義、降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的研究現(xiàn)狀和本文所做的主要工作。這類方法可以有效的降低OFDM峰均比，但是算法的復(fù)雜度較高，特別是在載波數(shù)較大的時(shí)候，因而該方法只適合載波數(shù)比較少的情況。由于解壓擴(kuò)時(shí)會(huì)放大信道噪聲，因此該方法和限幅方法一樣會(huì)增加系統(tǒng)的誤碼。因此，這種對(duì)頻偏和相位噪聲敏感也是OFDM系統(tǒng)中的主要缺點(diǎn)之一。由于OFDM系統(tǒng)的頻帶內(nèi)存在零點(diǎn)，所以，數(shù)據(jù)被并行分配在互不相關(guān)的子頻帶上發(fā)送時(shí)，可將時(shí)間分集與頻率分集結(jié)合起來(lái)，提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴FDM系統(tǒng)中，把高速串行的數(shù)據(jù)流通過串/并轉(zhuǎn)換器變?yōu)椴⑿械退俚臄?shù)據(jù)流，使得每個(gè)子載波上數(shù)據(jù)符號(hào)的持續(xù)周期相對(duì)增加，從而有效地減小無(wú)線信道時(shí)間彌散所帶來(lái)的ISI。深入研究了限幅法和選擇映射法（SLM）以及部分傳輸序列法（PTS），并通過MATLAB軟件仿真，對(duì)OFDM系統(tǒng)的三種降低峰均比的方法進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證算法的有效性。正交頻分復(fù)用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一種非常有效的抗信道色散的高速并行多載波傳輸方案。SLM算法和PTS算法的性能明顯優(yōu)于限幅法，其中PTS算法比SLM算法的性能更優(yōu)，只是會(huì)犧牲傳輸效率并增加復(fù)雜度。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘 要多載波傳輸系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于有線通信中，并且也是未來(lái)移動(dòng)通信的候選方案。 基于MATLAB平臺(tái)，對(duì)限幅法、SLM算法和PTS算法進(jìn)行了仿真，并對(duì)SLM算法和PTS算法就系統(tǒng)冗余度和PAPR分布兩方面進(jìn)行了分析比較，結(jié)果表明，三種算法中限幅法的效果最差，雖能明顯降低PAPR，但信號(hào)傳輸準(zhǔn)確度最低。于是，容量更大、傳輸速率更高的通信系統(tǒng)自然而然成為了研究的熱點(diǎn)。圍繞這個(gè)問題，本文在研究OFDM信號(hào)的基本原理基礎(chǔ)上，分析了OFDM系統(tǒng)產(chǎn)生高峰值平均功率比的原因，討論了目前國(guó)內(nèi)外降低PAPR的信號(hào)預(yù)畸變方法、信號(hào)擾碼方法及編碼方法三大類方法及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。（2）可以有效克服符號(hào)間干擾。（5）內(nèi)在的頻率分集能力。無(wú)線信號(hào)的頻率偏移，或者發(fā)射機(jī)載波頻率與接收機(jī)本地振蕩器之間的頻率偏移，都會(huì)破壞子載波間的正交性，產(chǎn)生子載波間串?dāng)_，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降。在接收端FFT變換之前，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解壓擴(kuò)變換恢復(fù)壓擴(kuò)前的信號(hào)。（3）編碼類方法：基本原理是將原始數(shù)據(jù)序列用峰均比比較小的碼字進(jìn)行傳輸。 論文的章節(jié)安排本論文重點(diǎn)研究了OFDM中關(guān)鍵的技術(shù)問題——峰均功率比的問題，對(duì)這個(gè)在OFDM應(yīng)用過程中的關(guān)鍵問題的解決提出了改進(jìn)方法?！∪舸休斎氲母咚俣M(jìn)制比特流為｛｝，且，即0和1等概率出現(xiàn)。OFDM的接收機(jī)實(shí)際上是一組解調(diào)器，它將不同載波搬移至零頻，然后在一個(gè)碼元周期內(nèi)積分。為了降低OFDM系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，Weinstern和Ebert在1971年提出了利用離散傅立葉變換（DFT）及其反變換（IDFT）來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)功能[4]。為了進(jìn)一步降低復(fù)雜性，可以采取基4 IFFT算法。OFDM系統(tǒng)的核心技術(shù)是一對(duì)離散傅立葉變換（DFT/IDFT）其實(shí)現(xiàn)可采用快速傅立葉算法。由此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻域信號(hào)的過采樣，更加精確地反映 OFDM 連續(xù)符號(hào)的變換情況，唯一不同的是4N點(diǎn)的IFFT計(jì)算結(jié)果的模值為N點(diǎn)IFFT 計(jì)算結(jié)果模值的四分之一。從圖中可以看到，過采樣點(diǎn)數(shù)越多，越能反映符號(hào)變化的細(xì)節(jié)。從圖中可以看到，由于在FFT運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)，第一子載波與帶有時(shí)延的第二子載波之間的周期個(gè)數(shù)之差不再是整數(shù)，所以當(dāng)接收機(jī)試圖對(duì)第一子載波進(jìn)行解調(diào)的時(shí)候，第二子載波會(huì)對(duì)此造成干擾。接收端移走CP，并對(duì)各個(gè)子信道信息流進(jìn)行解調(diào)（FFT），轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流，再進(jìn)行譯碼恢復(fù)出原始信號(hào)。（2）符號(hào)同步是指接收端每個(gè)OFDM符號(hào)塊的起始時(shí)刻要與發(fā)送端的起始時(shí)刻一致。上述三種同步并不是孤立的，一般都是將這幾種同步技術(shù)綜合起來(lái)考慮。OFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了信道的頻率分集特性，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就無(wú)法再利用信道的分集特性來(lái)抵抗多徑衰落。在OFDM系統(tǒng)中，發(fā)送端編碼后的數(shù)據(jù)先經(jīng)交織器按行讀出重新排序后再進(jìn)行調(diào)制，接收端在解調(diào)后，由去交織器恢復(fù)出原始順序進(jìn)行譯碼。由于無(wú)線信道是衰落信道，需要不斷地對(duì)信道進(jìn)行跟蹤。盡管出現(xiàn)最大PAPR的概率很低，但為了不失真地傳輸這些高峰均功率比的OFDM信號(hào)，發(fā)送端對(duì)高功率放大器（HPA）的線性度要求就很高且發(fā)送效率極低，同時(shí)接收端對(duì)前端放大器以及A/D變換器的線性度要求也會(huì)很高。這就要求系統(tǒng)內(nèi)的一些器件，例如功率放大器、A/D，D/A轉(zhuǎn)換器等具有很大線性動(dòng)態(tài)范圍。國(guó)內(nèi)外對(duì)于降低OFDM信號(hào)的峰均功率比已有了一些研究。 OFDM系統(tǒng)內(nèi)PAPR的分布 OFDM系統(tǒng)的PAPR的概率分布峰均功率比與子載波數(shù)呈正比，順著的增大，PAPR的最大值也會(huì)增大?；蛘撸梢詮牧硪粋€(gè)角度來(lái)衡量OFDM系統(tǒng)的PAPR的分布，即計(jì)算峰均功率比超過某個(gè)門限值的概率，得到互補(bǔ)累積分布函