【正文】 第 5 章基于 SLM 的減小 OFDM 系統(tǒng) PAPR 的方法 研究減小 OFDM 系統(tǒng)的 PAPR 的方法有好幾種。公式（ ）就是 SLM 方法的理論 CCDF 特性。 北京航空航天大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 32 頁 圖 SLM 原理框圖 Block diagram of the SLM algorithm SLM 仿真結(jié)果分析 以下給出對 SLM 算法的仿真。 圖 D=4 時的 PAPR 抑制效果 PAPR performance of SLM with D=4 北京航空航天大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 33 頁 D 取不同值時的誤碼率曲線比較 ： 從圖 可以看出這 6 條曲線幾乎完全重合在一起，因為 SLM 采用的是線性變換，只要附加信息準確無誤地發(fā)送到接收端，就不會對 OFDM 信號誤碼率產(chǎn)生影響。 DVBT 系統(tǒng)采用了正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multipexing， OFDM)作為其傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。 Turbo 碼的編解碼性能能夠逼近 Shannon。然而 OFDM 有一個致命的缺陷就是對符號偏差和載波頻率偏差很敏感，因此較準確的符號同步和精確的頻率同步是保證 OFDM 系統(tǒng)正常工作的前提。 圖 D 取不同值時的誤碼率曲線比較 【 14】 BER performance of SLM with different D 北京航空航天大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 34 頁 第 6 章 硬件實現(xiàn) OFDM 系統(tǒng)中峰均比抑制方案研究 峰均比抑制模塊是 OFDM 系統(tǒng)中的一個非常重要的部分，該模塊能對OFDM 信號的峰值進行有效的抑制而避免由于功率放大器的非線性產(chǎn)生的嚴重帶外干擾。這里隨機產(chǎn)生 4 個向量 P (4)。定義 D 個不同的向量 將這些向量的元素分別調(diào)制到 N 個子載波上，就得到 D 個包含相同有用信息 的 OFDM 幀，即： （ ） 接著將 D 個 OFDM 幀變換到時域，然后選擇其中 PAPR 最小的發(fā)送。它是概率類的一種方法， SLM 使用適當?shù)乃惴óa(chǎn)生一組表示同樣的數(shù)據(jù)組的信號，然后發(fā)送最低的 PAPR 的信號。 具體在下章中再介紹?？梢姡幋a類技術(shù)是以降低信息傳輸速率為代價來獲得信號的 PAPR 值的改善。所以此類技術(shù)為線性過程?！?9】 圖 限幅方法的實現(xiàn)框圖 我們采用 MATLAB 作為仿真平臺，對限幅法進行仿真。如果信號幅值需要被限幅時，則該矩形窗函數(shù)的幅值應(yīng)該小于 1。 北京航空航天大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 23 頁 第 4 章 降低峰值平均功率比技術(shù) 目前存在的降低 PAPR 的方法大致可以分為三類 :第一類是信號預(yù)畸變技術(shù)，即在信號經(jīng) 過放大之前，首先對功率值大于門限值的信號進行非線性畸變，包括限幅 (clipping)、峰值加窗或者峰值消除等操作。所以我們?yōu)榱吮苊鈹?shù)字信號處理過程中出現(xiàn)這種情況。 因此對 OFDM 符號實施過采樣，就完全可以看作是添加一定數(shù)量的相互獨立的樣本值?！?6】 對于 OFDM 系統(tǒng)，其包含 N 個子載波信道，當這 N 個子載波信號相位一致時相迭加，所得到 OFDM 信號的峰值功率將達到最大值，為平均功率的 N 倍，即： PAPR(db )=10 lgN。本節(jié)就 OFDM 的峰均比問題進行理論分析和數(shù)學推導(dǎo)，闡明了高峰均比的形成原因、定義了峰均比、峰均比的概率分布以及相關(guān)問題，為后續(xù)章節(jié)峰均比抑制技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了理論依據(jù)。如果放大器的線性動態(tài)范圍不能滿足信號的變化，則會產(chǎn)生信號畸變，信號頻譜泄露，各子載波之間的正交性也會遭到破壞，產(chǎn)生干擾，系統(tǒng)性能下降 。 OFDM 系統(tǒng)可以通過使用不同數(shù)量的子信道數(shù)來實現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。因此，在接收端容易通過相關(guān)解調(diào)技術(shù)分離各子載波，避免了使用濾波器組，同時又提高了頻譜利用率。 OFDM 符號的頻譜實際上是可以滿足奈奎斯特準則，即多個子信道頻譜之間不存在相互干擾，但這是在頻域中出現(xiàn)的。設(shè)倍數(shù)為 c，則 ( ) /mf c m T?? ，各載波相互正交；在解調(diào)端對 d (t)用頻率為 f(m)的正弦或余弦信號在 [0,T]內(nèi)進行相關(guān)運算即可得到 A( m)， B (m)，然后經(jīng)過并 /串變換和數(shù)據(jù)解碼后復(fù)原與發(fā)送端相同的數(shù)據(jù)序列。 北京航空航天大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 13 頁 典型正交信號，如： {1,cosΩ t ,cos2Ω t ,cos mΩ t …sin Ω t ,sin2Ω t ,sinnΩ t}，它們在 [0,T]， T=2π /Ω內(nèi)組成正交函數(shù)集。因此， OFDM 在克服碼間干擾的有效性因而得到很多的關(guān)注。 北京航空航天大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 12 頁 第 2 章 OFDM 基本原理 移動通信的關(guān)鍵是解決信號在復(fù)雜的無線信道下的傳輸題。 ，我對硬件實現(xiàn)進行了可行性研究。壓縮擴展技術(shù)需要把幅度比較小的符號進行放大，而使大幅度的符號保持不變，這樣就會以增加整個系統(tǒng)的平均功率為代價，來達到降低峰均比的目的，但是符號的功率因此會更加接近高功率放大器的非線性變化區(qū)域，從而造成了信號的失真。第四代移動通信系統(tǒng)是一種高速的寬帶無線通信系統(tǒng)，它的傳輸速率預(yù)計可達100MbPs，這就更需要頻譜利用率高、抗多徑衰落能力強的 OFDM 技術(shù)的支持。DVB 標準的出現(xiàn)，為在同一個信道中傳輸視頻、音頻、數(shù)據(jù)提供了一種靈活、高效的方式。 60 年代，人們對多載波調(diào)制 (MCM， MultiCarrier Modulation)技術(shù)進行了許多理論上的研究，形成了頻分復(fù)用的并行數(shù)據(jù)傳輸思想，并提出了頻譜交疊的 OFDM 系統(tǒng)。未來的移動通信將會為大家提供更多更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。再者， 3G的頻譜利用率還比較低，不能充分地利用寶貴的頻譜資源 。歐洲電信標準協(xié)會在 1996年提出了 GSM Phase 2+，目的在于擴展和改進 GSM Phase 1 及 Phase 2 中原定的業(yè)務(wù)和性能。 涉密論文按學校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。下面，文章主要介紹一下 OFDM 的基本原理及其的優(yōu)點與缺點，本文的重點是介紹 OFDM 的關(guān)鍵技術(shù)之一， PAPR（峰均功率比） 的產(chǎn)生原因、影響及解決該得幾種算法。未來的移動通信將會為大家提供更多更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。 第二代移動通信系統(tǒng) (2G)起源于 90 年代初期。 但是，第三代移動通信系統(tǒng)的通信標準共有 WCDMA， CDM A20xx 和TDSCDMA 三大分支，共同組成一個 IMT20xx 家庭，成員間存在相互兼容的問題，因此已有的移動通信系統(tǒng)不是真正意義上的個人通信和全球通信 。第四代無線移動 的主要技術(shù)是利用OFDM 原理和 MIMO 信道進行傳輸。 OFDM 的發(fā)展 正交頻分復(fù)用技術(shù)已有近 50 年的發(fā)展歷史，早在 20 世紀 50 年代就提出了正交頻分復(fù)用的概念。數(shù)字音頻廣播 (DAB)是第一個采用 OFDM 技術(shù)的標準，使用單頻網(wǎng)絡(luò)，與模擬 AM 和 FM音頻廣播相比，具有語音質(zhì)量高、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)新以及頻譜效率高等突出的優(yōu)點。預(yù)計下一代移動通信系統(tǒng) (Beyond3G 或 4G)的主流技術(shù)也將是 OFDM 技術(shù)。 限幅法就是信號在經(jīng)過非線性部件之前進行限幅，硬件實現(xiàn)比較簡單，但是接收端信號會有失真，誤碼率也比較高。 件實現(xiàn)方面，我將發(fā)射端系統(tǒng)分成調(diào)制映射、子載波映射、 IFFT、峰均比抑制四個模塊，通過 Quarters∥進行模塊仿真，并下載到 FPGA 平臺實現(xiàn)，但是在代碼編寫過程中，我發(fā)現(xiàn)每一個模塊都很復(fù)雜，不是我短期內(nèi)可以掌握的。 論文的研究內(nèi)容 ① 研究 OFDM 系統(tǒng)中峰均功率比（ PAPR）的產(chǎn)生原因與影響； ② 了解典型的降低 PAPR 的技術(shù)：信號預(yù)畸變類、編碼類和概率類技術(shù)，掌握概率類技術(shù)中的 SLM 算法； ③ 建立 SLM 算法降低 PAPR 的模型，并用 Matlab 進行軟件仿真； ④ 研究 DVBT2 系統(tǒng)中抑制 PAPR 硬件實現(xiàn)的可行性 。正交頻分復(fù)用 (OFDM)把高速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成多個低速子載波上的并行數(shù)據(jù)傳輸，并使用循環(huán)前綴，經(jīng)過多徑信道時延傳輸后接收端經(jīng)過簡單的的一階頻域均衡即可實現(xiàn)無 ISI 接收。為了提高信道利用率，可將各子信道的頻譜部分重疊，接收端用相關(guān)濾波器在碼元期間接收相應(yīng)的子信道信號，只要其它子信道信號與這個本地相關(guān)信號在碼元期間正交即可排除其它子信道的影響。 1 / ,mf f m f f T? ? ? ? ?，Δ f 為各頻率子載波間的頻率間隔； 0f 為1/T 的整數(shù)倍。由于在對 OFDM 符號進行解調(diào)過程中需要計算這些點上所對應(yīng)的每一子載波頻率的最大值，因此可以從多個相互重疊的子信道符號頻譜中提取出每個子信道符號，而不受到其他子信道的干擾。 信號是由若干個等間隔并行傳輸?shù)淖虞d波構(gòu)成的，其各個子載波的頻譜相互重疊但又相互正交。 ⑤無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般存在非對稱性，即下行鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要大于上行鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，這就要求物理層支持非對稱高速數(shù)據(jù)傳輸。 OFDM 系統(tǒng)的發(fā)送信號是多個經(jīng)過調(diào)制的子載波信號的迭加信號，當多個信號同相相加時，迭加信號的瞬時功率很大，遠遠超出信號的平均功率，導(dǎo)致高峰值平均功率比 (PAPR)，這種 PAPR 與系統(tǒng)的發(fā)送子載波數(shù)成正比，高的 PAPR 對發(fā)射機內(nèi)線性放大器提出了很高的要求，增加了設(shè)備的成本代價。所以， OFDM 信號的峰值平均功率比的大小，對 OFDM 系統(tǒng)性能產(chǎn)生直接的影響。峰均比可以定義為：信號的瞬時峰值功率與平均功率的比值 (以 dB 為單位 )，即： 22m a x { }( ) 1 0 lg{}nnxP A P R d bEx? （ ） 其中， Xn 為經(jīng)過 IFFT 后的輸出信號，即： nkxs? 。但是如果基于符號間的相關(guān)性來考慮峰值功率的準確表達式是比較困難的，所以我們假設(shè)利用對α N 個子載波進行非過采樣的方式，來近似描述對N 個子載波的過采樣（其中α 1）。這個問題的原因在于：根據(jù)乃奎斯特采樣定理可知，如果以低于信號最高頻率兩倍的頻率進行采樣時，采樣信號中將不再含有原始信號中的高頻成分，呈現(xiàn)出虛假的低頻信號。在本論文的仿真中，均進行 4 倍過采樣。其次， OFDM 信號的非線性畸變會導(dǎo)致帶外輻射功率值的增加，其原因在于限幅操作可以被認為是 OFDM 采樣符號與矩形窗函數(shù)相乘，如果 OFDM信號的幅值小于門限值時，則該矩形窗函數(shù)的幅值為 1?？梢?，經(jīng)過限幅處理后的時域信號 Xu 與原信號有如下關(guān)系 : () 下圖給出了限幅方法的實現(xiàn)框圖 :先對輸入數(shù)據(jù)進行調(diào)制映射，然后對調(diào)制映射后的數(shù)據(jù)進行 IFFT，從而變成時域信號，最后對該時域信號進行限幅處理。 【 10】 編碼類方法 編碼方法通過限制可以傳輸?shù)男盘柎a字組合，只有那些幅度峰值低于的碼字才被選擇用于傳輸，從而避開了信號的峰值，且不引入任何帶內(nèi)帶外干擾。這樣系統(tǒng)的峰均比值得倒很大的降低，但是系統(tǒng)的信息速率也降低為原先的 3/4。 SLM 方法 傳統(tǒng)的 SLM 使用輸入的 OFDM 信號 X 與 V 個模值為 1 的隨機相位序列相乘，得到 V 個表示相同信息的輸出信號，經(jīng)過 IFFT 變換后，然后從 V 組信號中選擇最小的一組 PAPR 的信號進行發(fā)送。而 SLM(Selected mapping，選擇性映射法 )方法是其中比較好的一種。 （ ） 【 13】 因此在 SLM 法中必須考慮如何產(chǎn)生包含有相同信息的多個 OFDM 幀。仿真中使用的參數(shù)為：子載波個數(shù) N=128，子載波為 QPSK 調(diào)制，取 D＝ 4 的情況。這個附加信息對于接收端解調(diào)至關(guān)重要，必須對之加以信道編碼進行保護。 近年來， OFDM 技 術(shù)受到越來越廣泛的關(guān)注，其并行傳輸機制、內(nèi)在抗符號間干擾特性，在衰落信道中顯示了很強的數(shù)據(jù)傳輸性能，同時由于其子載波間的正交性， OFDM 系統(tǒng)具有很高的頻帶