【正文】 ( U = 1 )S L M ( U = 4 )S L M ( U = 8 )S L M ( U = 1 6 )S L M ( U = 3 2 )江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 約為 ，比 U=16時(shí)減小了約 。 SLM 算法雖然能大大減小大峰值信號(hào)出現(xiàn)的概率，但是其代價(jià)也是非常明顯的，既需要計(jì)算額外的 U－ 1組 IFFT 運(yùn)算，而且，子載波數(shù) N 越大，運(yùn)算復(fù)雜度越高，還要求接收機(jī)在知道所選擇的隨機(jī)相位序列矢量，并且要嚴(yán)格確保接收機(jī)可以正確接收到該隨機(jī)矢量信息。 (3) 隨著子載波數(shù) N 的增加， SLM 算法的性能逐漸降低。我們稱這種方法為一類新的多信號(hào)表示 (Multiple Signal Representation, MSR) 算法 。我們可以運(yùn)用這兩個(gè)待選序列構(gòu)造很多個(gè)其他待選序列，其構(gòu)造方法如下： ( ) ( ) ( ) ( )() d e fi l i li l i lX X b X P b P X P X? ? ? ?? ? ? ? ? (41) 上式中， i? 、 l和 b是待定參數(shù)，而且 i?和 l是實(shí)數(shù)。 文中仿真條件下，對(duì)于有 128 個(gè)子載波的 OFDM 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， SLM 算法做了 4 次IFFT，得出的 PAPR 比原始的 PAPR 減少了 ?？梢钥闯?，隨著子載波數(shù) N的增大，選擇映射法的性能逐漸降低。此輔助信息由于對(duì)正確解調(diào)信息至關(guān)重要，所以有必要對(duì)輔助信息進(jìn)行編碼加以保護(hù)。 在 SLM 方法中， 它的做法是用輸入序列 0 1 1[ , , , ]UX X X X ??去乘以 U組隨機(jī)相位序列 0 1 1[ , , , ]u u u uUb b b b ??，其中 1u?， ||為取模運(yùn)算，即隨機(jī)相位序列的模值為 1，這樣做的好處是不會(huì)損失信號(hào)能量。因此對(duì) OFDM 信號(hào)實(shí)施過(guò)采樣，就可以被看作添加一定數(shù)量的相互獨(dú)立的樣本值，因此 PAPR 的概率分布可以表示為 { } (1 )zNP P A P R z e ??? ? ? (39) 此外，可以從另一角度來(lái)衡量 OFDM 系統(tǒng)的 PAPR 分布，即計(jì)算峰均比超過(guò)門限值 z 的概率，得到互補(bǔ)累積分布函數(shù) CCDF { } 1 { } 1 ( 1 )zNP P A P R z P P A P R z e ?? ? ? ? ? ? ? (310) 在后面的討論中，一般都采用 CCDF 來(lái)表征 OFDM 系統(tǒng)內(nèi)的 PAPR 分布。對(duì)于多載波系統(tǒng)而言， OFDM 發(fā)射機(jī)的輸出信號(hào)的瞬時(shí)值會(huì)有較大的波動(dòng)，這勢(shì)必要求系統(tǒng)內(nèi)的一些部件，如功率放大江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 器、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器等具有很大的線性動(dòng)態(tài)范圍 ； 另一方面，這些部件的非線性也會(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)造成子信道間的相互干擾，從而影響 OFDM 系統(tǒng)的性能。 OFDM 具有抗頻率選擇性衰落和頻譜利用率 高等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一 。 OFDM 符號(hào)周期長(zhǎng)度一般為保護(hù)間隔的 5 倍。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 峰值平均功率比的方法主要有三種。 (2) OFDM 信道估計(jì) 無(wú)線信道不像有線信道那么固定，無(wú)線通信系統(tǒng)的性能受到無(wú)線信道的影響，如受到頻率選擇性衰落等等，使得發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播路徑非常復(fù)雜，這就對(duì)接收機(jī)的設(shè)計(jì)提出了很大的挑戰(zhàn)。使用快速傅立葉變換，大大減少了計(jì)算量。而 OFDM 的頻偏利用率接近是傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)頻譜利用率的兩倍。與一大串錯(cuò)誤連續(xù)出現(xiàn)的情況比較相比較，大多數(shù)前向糾錯(cuò)編碼在錯(cuò)誤分布均勻的情況下會(huì)工作得更有效。雖然總的信道是不平坦的，具有頻率選擇性，但是每個(gè)信道在自己的信道上傳輸，解決了平坦性。故在接收端很容易利用此正交特性將各路子載波分離開。第三，并行調(diào)制可使符號(hào)的速率下降，延長(zhǎng)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間，使系統(tǒng)可以很好地對(duì)抗時(shí)延擴(kuò)展。如圖 21， 圖 22， 圖 23。 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)， OFDM 技術(shù)逐漸開始在數(shù)字音頻廣播 (DAB)，數(shù)字視頻廣播 (DVB)，高速數(shù)字用戶環(huán)路 (HDSL)得到應(yīng)用以及各種無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)中得到廣泛應(yīng)用。而在無(wú)線移動(dòng)信道中，盡管存在著多徑傳播及多普勒頻移所引起的頻率選擇性衰落和瑞利衰落，但 OFDM 調(diào)制還是能夠減輕瑞利衰落的影響。 對(duì) OFDM 做主要貢獻(xiàn)的是 Weinstein 和 Ebert 在 1971 年的論文， Weinstein和 Ebert提出使用離散傅里葉變換 (Discrete Fourier Transform, DFT)，實(shí)現(xiàn) OFDM 系統(tǒng)中的全部調(diào)制和解調(diào)功能的建議。 OFDM 的歷史要追溯到 20 世紀(jì) 60 年代中期，當(dāng)時(shí) 發(fā)表了關(guān)于帶限信號(hào)多信道傳輸合成的論文 [26]。 論文 內(nèi)容 和結(jié)構(gòu) 安排 本論文在 OFDM 峰均比相關(guān)原理的基礎(chǔ)上，研究了 SLM 算法和 MSR 算法的原理，并且利用 Matlab 進(jìn)行了系統(tǒng)仿真 ，檢驗(yàn) SLM 算法能否有效地降低系統(tǒng)的 PAPR， MSR 算法能否取得更好的性能。趙旦峰等在文獻(xiàn) [13]中提出了畸變 SLM 法降低 OFDM 的 系統(tǒng)峰均比 ， 該方法不需發(fā)送邊帶信息 ， 可將系統(tǒng)峰均比限制在某一門限以下 ， 且系統(tǒng)誤碼率低。早在 1999 年 KAN G S G 等就在文獻(xiàn) [6]中提出交織分組方法，以降低 PTS 的計(jì)算復(fù)雜度。 為此，很多學(xué)者從多方面進(jìn)行了分析，提出了很多有效的 PAPR 降低方法 [2]， 這些方法大體可以分成三大類：信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)、編碼類技術(shù)和概率類技術(shù)。仿真結(jié)果表明， SLM 算法能夠有效地降低系統(tǒng)的 PAPR， MSR 算法能取得更好的性能。 三、 完成日期及進(jìn)度 20xx 年 3月 19 日至 20xx 年 6月 15 日，共 13 周。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 : (1) 調(diào)研收集分析有關(guān)資料，研究 OFDM系統(tǒng)產(chǎn)生高峰均比的原因； (2) 選擇合適的實(shí)現(xiàn)方案抑 制高峰均比 。 多信號(hào)表示 (Multiple Signal Representation, MSR) 算法是 SLM 的改進(jìn)算法，它不需要增加 IFFT 次數(shù)，僅通過(guò)對(duì) SLM 算法產(chǎn)生的待選序列的線性組合，構(gòu)造出更多的新待選序列，以此提高 SLM 算法的性能。正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)是未來(lái)無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有抗頻率選擇性衰落和頻譜效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是，由于 OFDM 信號(hào)是由多個(gè)不同頻率、不同振幅的信號(hào)疊加而得到的 [1]，高的峰值平均功率比 (PeaktoAverage Power Ratio, PAPR)一直是將 OFDM 技術(shù)實(shí)用化的一大障礙。 PTS 可以被當(dāng)作 SLM 的特例情況，它將輸入的數(shù)據(jù)符號(hào)分為若干分組，然后再合并這些分組，以減小 PAPR [7]。張理華在文獻(xiàn) [10]中提出了一種改進(jìn)的 SLM 算法，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣之后，通過(guò)用變換矩陣取代部分 IFFT 運(yùn)算的方法來(lái)降低 SLM 算法計(jì)算的復(fù)雜度。 20xx 年蔣陽(yáng)等在文獻(xiàn) [18]中提出了一種低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的改善 OFDM 系統(tǒng) PAPR性能的 SLM 改進(jìn)算法 。 最后是結(jié)論部分，總結(jié)了本文的研究成果，指出了尚存在的問(wèn)題。OFDM 早期的應(yīng)用有 ANIGSC1O(KATHRYN)高頻可變速率數(shù)傳調(diào)制解調(diào)器(Modem)。他們不用空保護(hù)間隔，而是用 OFDM 符號(hào)的循環(huán)擴(kuò)展來(lái)填充，這可有效地模擬一個(gè)信道完成循環(huán)卷積，這意味著當(dāng) CP 大于信道的脈沖響應(yīng)時(shí)就能保證子載波間的正交性 。其特點(diǎn)是調(diào)制器發(fā)送的子信道副載波調(diào)制的碼型是方波，并在碼元間插入了保護(hù)間隙。 所謂的單載波調(diào)制，是在傳輸過(guò)程中，采用一個(gè)信號(hào)載波來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。 其實(shí)，多載波調(diào)制技術(shù)也不是一個(gè)很新的技術(shù)，早在 20 世紀(jì) 50 年代，就由美國(guó)軍方研制出了第一個(gè)多載波技術(shù)，只是由于在快速傅立葉變換的到來(lái)之前不易實(shí)現(xiàn)，所以，才有最近幾十年的快速發(fā)展。另外，對(duì)于多徑衰落信道，單載波調(diào)制可以插入一個(gè)訓(xùn)練序列用于自適應(yīng)均衡器收斂和系統(tǒng)同步，多載波調(diào)制通常則是發(fā)送一個(gè)導(dǎo)頻以獲取頻域均衡和信道譯碼所需要的信道狀態(tài)信息。 表 21 單載波與多載波傳輸方式比 系統(tǒng)參數(shù) 單載波 多載波 符號(hào)時(shí)間 sT /N sT 速率 N/ sT 1/ sT 總頻帶帶寬 2N/ sT 2N/ sT +N(2 sT ) ISI 敏感度 較敏感 較不敏感 s1/fT??江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 OFDM 基本原理 OFDM 是多載波調(diào)制的一種。 因?yàn)檎{(diào)制模式可以自行轉(zhuǎn)換，是可以自適應(yīng)性調(diào)節(jié)的，所以每個(gè)子載波的調(diào)制模式可以變化，故串并變換需要分配給每個(gè)子載波數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度也是不一樣的。如圖28 所示 。 (4) 易于實(shí)現(xiàn) 在 OFDM 系統(tǒng)中，由于使用了快速傅立葉變換，能夠很容易就實(shí)現(xiàn)其目的。 (1) OFDM 同步 同步技術(shù)是 OFDM 的一個(gè)最為關(guān)鍵的技術(shù)，因?yàn)樗鼘?duì) OFDM 系統(tǒng)的影響最大，直接影響系統(tǒng)的性能。峰值信號(hào)的功率與信號(hào)的平均功率之比，稱為峰值平均功率比。 (5) OFDM 基本參數(shù)的選擇 一般來(lái)講， OFDM 在傳輸過(guò)程中，要確定至少三個(gè)參數(shù)：帶寬，比特速率以及保護(hù)間隔。 本章小結(jié) 本章圍繞 OFDM 原理展開，首先介紹了 OFDM 的發(fā)展史，然后探討了單載波和多載波體制，接著論述了 OFDM 的基本原理和系統(tǒng)模型，最后介紹了 OFDM 的優(yōu)勢(shì)江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 和關(guān)鍵問(wèn)題，引出下一章對(duì) OFDM 峰均比問(wèn)題的討論。由于 OFDM 信號(hào)是由多個(gè)獨(dú)立的經(jīng)過(guò)調(diào)制的子載波信號(hào)相加而成的，這樣的合成信號(hào)很可能產(chǎn)生比較大的峰值功率，因此產(chǎn)生較大的峰均比 PAPR，峰均比的定義為 210 2m a x | |( ) 1 0 l o g( | | )nn nxP A P R d BEx? (32) 其中， nx 表示經(jīng)過(guò) IFFT 運(yùn)算后得到的輸出信號(hào)，即 101 N nkn k Nkx X WN??? ? (33) 除峰均比外，另外一種用于描述信號(hào)包絡(luò)變化的參數(shù)是峰值系數(shù) CF(Crest Factor)，該參數(shù)被定義為最大信號(hào)值與均方根之比，即 10 2m a x1 0 lo g()nnnxCFEx? (34) 本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用 PAPR 來(lái)衡量 OFDM 系統(tǒng)的峰值參數(shù)。由此，只要子載波個(gè)數(shù) N 足夠大，就可以判斷 ()xt 的實(shí)部和虛部都將遵循高斯分布，其均值為零，江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 方差為 （ 由于功率歸一化，實(shí)部和虛部各占整個(gè)信號(hào)功率的一半 ） 。 選擇映射 （ SLM）算 法減小系統(tǒng)峰均比 選擇映射 (Selected Mapping, SLM) 算法的基本思想是用 U個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的向量表示同樣的信息，選擇其時(shí)域信號(hào)具有最小 PAPR 值的一路進(jìn)行傳輸。 由 SLM原理知， SLM 算 法是對(duì)輸入序列實(shí)施了 U 組不同的相位旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度從一組旋轉(zhuǎn)因子中隨機(jī)選取而產(chǎn)生，它改變了基帶調(diào)制后的輸入信息的星座圖樣，后經(jīng) IFFT調(diào)制而 選 擇其 中一組 符號(hào) 進(jìn)行 傳送。 可以看出 ，隨著隨機(jī)相位序列數(shù) U的增大， PAPR降低的越大；但隨著隨機(jī)相位序列數(shù) U的增大， PAPR降低的程度越來(lái)越不明顯。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 本章小結(jié) 本章研究了 OFDM 系統(tǒng)中的峰均比問(wèn)題，介紹了抑制峰均比的常用方法，研究了傳統(tǒng) SLM 算法的基本原理，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第四章 改進(jìn)的 SLM 算法研究 多信號(hào)表示（ MSR）算法 由上一章 分析我們知道，選擇映射法是在進(jìn) 行了許多次的快速傅立葉逆變換之后才得到最佳的輔助信息的，又由于每 進(jìn)行一次快速傅立葉逆變換只會(huì)生成一個(gè)時(shí)域的待選序列，所以要進(jìn)行很多次 IFFT 計(jì)算。 這種方法的關(guān)鍵問(wèn)題就是怎樣選取不同的參數(shù)來(lái)構(gòu)造新 的待選序列。 我們先假設(shè) ()iP 和 () ,lP i U l U i l? ? ?（ ）是產(chǎn)生的兩個(gè)隨機(jī)相位序列，再用這兩個(gè)隨機(jī)相位序列與原始信號(hào)數(shù)據(jù)相乘，進(jìn)而得到兩個(gè)頻域的待選序列 ()iX 和 ()lX 。 SLM 算法的一大主要缺點(diǎn)是提高性能需要增加