【正文】 大量的快速傅里葉逆變換 (Inverse Fast Fourier Transform , IFFT) 次數(shù)，計(jì)算復(fù)雜度高。 其中子載波數(shù) N分別為 128， 256， 512，調(diào)制方式為 QPSK調(diào)制，隨機(jī)產(chǎn)生 510 個(gè)消息序列，隨機(jī)相位序列數(shù) U為 4，經(jīng)過(guò)仿真得到的結(jié)果如下圖： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10105104103102101100P A P R 0 [ d B ]CCDF (Pr[PAPRPAPR0])隨機(jī)相位序列數(shù) 4 S L M ( N = 1 2 8 )S L M ( N = 2 5 6 )S L M ( N = 5 1 2 ) 圖 34 子載波數(shù)不同的 SLM算法仿真圖 由上圖可知， U=4時(shí)， CCDF = 104時(shí)，子載波數(shù) N為 512的時(shí)候相比子載波數(shù) N為256的時(shí)候 PAPR增大了約 ；子載波數(shù) N為 256的時(shí)候相比子載波數(shù) N為 128的時(shí)候PAPR增大了約 。另一方面由于發(fā)送的符號(hào)是從 U組 時(shí)域符號(hào)序列中選擇的一個(gè)，所以發(fā)射端需把對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矢量發(fā)送以便在接收端能正確解調(diào)出傳輸?shù)男畔?，這是 SLM方法的關(guān)鍵。 在接收端進(jìn)行信號(hào)接收時(shí)，我們必須知道發(fā)送端發(fā)送的是哪一組信號(hào)序列， 所以，在發(fā)送信號(hào)時(shí)需要同時(shí)發(fā)送相應(yīng)的邊帶信息來(lái)告知接收端具體發(fā)送的序列 信號(hào)。如果基于符號(hào)之間的相關(guān)性來(lái)考慮峰值功率 （ 或者 PAPR） 的準(zhǔn)確表達(dá)式是比較困難的，因此可以假設(shè)利用對(duì) N? 個(gè)子載波進(jìn)行非過(guò)采樣來(lái)近似描述對(duì) N 個(gè)載波的過(guò)采樣，其中 1?? 。較高的峰值平均功率比是 OFDM 系統(tǒng)的一個(gè)主要缺點(diǎn)，這個(gè)缺點(diǎn)對(duì)于系統(tǒng)性能存在很大的威脅性。其基本原理是把高速的數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換 ，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)子信道中進(jìn)行傳輸。一旦確定了保護(hù)間隔，那么 OFDM 符號(hào)周期長(zhǎng)度也可以確定了。而一個(gè)大的峰值平均功率比會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題，比如增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜度，降低 RF 功率放大器的有效性。在 OFDM 系統(tǒng)中，包括載波同步，符號(hào)同步和樣值同步。 (5) 采用快速傅立葉 變換 發(fā)送端通過(guò)使用快速傅立葉反變換，把頻譜的調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)化為時(shí)域的信號(hào)發(fā)送出去，而在接收端， 則通過(guò)傅立葉變換把接收到的時(shí)域信 號(hào)變?yōu)轭l域信號(hào)。其 優(yōu) 勢(shì)如 下 ：江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 數(shù) 據(jù) 編 碼 串 并 轉(zhuǎn) 換 I F F T D / A 轉(zhuǎn) 換 上 變 頻信道數(shù) 據(jù) 解 碼 并 串 轉(zhuǎn) 換 F F T A / D 轉(zhuǎn) 換 下 變 頻…… 圖 28 OFDM 原理框圖 (1) 頻譜利用率高 在如今的無(wú)線(xiàn)環(huán)境中，頻偏利用率作為參考信道傳輸好壞的一個(gè)重要標(biāo)志，如果頻偏利用率上不去，會(huì)浪費(fèi)很多資源的。 當(dāng)一個(gè) OFDM 符號(hào)在多徑無(wú)線(xiàn)信道中傳輸時(shí)，頻率選擇性衰落會(huì)導(dǎo)致某幾組子載波受到相當(dāng)大的衰減，從而引起比特錯(cuò)誤，這些在信道頻率響應(yīng)上的零 點(diǎn)會(huì)造成在鄰近的子載波上發(fā)射的信息受到破壞，導(dǎo)致在每個(gè)信號(hào)中出現(xiàn)一連串的比特錯(cuò)誤。 OFDM 的思想是把傳輸中的數(shù)據(jù)流分成多個(gè)部分，把無(wú)線(xiàn)信道分成 N 個(gè)信道，而傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流則是分成 N 條數(shù)據(jù)，在 N 個(gè)信道上分別傳輸。 設(shè)在一個(gè)子信道中，子載波的頻率為 kf ， 碼元持續(xù)時(shí)間為 sT ，則此碼元的波形和其頻譜密度畫(huà)出如 圖 24： 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 24 單個(gè)子載波碼元波形和頻譜密度 在 OFDM 中，各相鄰子載波的頻率間隔等于最小容許間隔 ， 故各子載波合成后的頻譜密度曲線(xiàn)如下圖 ： 圖 25 各子載波合成后的頻譜密度 雖然由圖 25，各路子載波有 頻譜重疊，但是實(shí)際上在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)它們是正交的。第二，由于把整個(gè)可利用的帶寬劃分成許多個(gè)窄帶子信道，因此單個(gè)子信道上的頻率響應(yīng)變得相對(duì)平坦了許多，所需的均衡要比串行系統(tǒng)簡(jiǎn)單，若采用差分編碼甚至可以不用均衡。 QAM 前面的數(shù)字表示在調(diào)制過(guò)程中映射都星座圖上的模數(shù)。同時(shí)由于省去了升余弦濾波器，使實(shí)現(xiàn)的方案非常簡(jiǎn)單，因此后來(lái)的大多數(shù) OFDM 方案都是以此為原形實(shí)現(xiàn)的。 1981年 Hirosaki用 DFT完成的 OFDM調(diào)制技術(shù)，試驗(yàn)成功了 16QAM多路并行傳送 kb/s 的電話(huà)線(xiàn) Modem。但是在早期的 OFDM系統(tǒng)中，發(fā)信機(jī)和相關(guān)接收機(jī)所需的副載波陣列是由正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的，且在相關(guān) 接收時(shí)各副載波需要準(zhǔn)確地同步，因此當(dāng)子信道數(shù)很大時(shí)，系統(tǒng)就顯得非常復(fù)雜和昂貴。 OFDM 具有抗頻率選擇性衰落和頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)， 目前已成功應(yīng)用于接入網(wǎng)中的高速數(shù)字環(huán)路 (HDSL)、非對(duì)稱(chēng)數(shù)字環(huán)路(ADSL)、高清晰度電視 (HDTV)的地面廣播系統(tǒng)等， 是未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一 。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 因此， SLM 和 PTS 的改進(jìn)算法，特別是 SLM 的改進(jìn)算法仍有較大的研究空間。李萬(wàn)臣等在文獻(xiàn) [12]中將 SLM 算法與限幅技術(shù)結(jié)合起來(lái)，所生成的新算法有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng) SLM 算法 限制峰均比不足的問(wèn)題，并且不用傳輸邊帶信息。 研究 發(fā)展與現(xiàn)狀 目前，針對(duì) PTS 的改進(jìn)算法的研究較多。克服這一問(wèn)題最傳統(tǒng)方法是采用大動(dòng)態(tài)范圍的線(xiàn)性放大器，或者對(duì)非線(xiàn)性放大器的工作點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，但是這樣所帶來(lái)的缺點(diǎn)就是功率放大器的效率會(huì)大大降低，絕大部分能量都將轉(zhuǎn)化為熱能被浪費(fèi)掉，大大增加系統(tǒng)的造價(jià)和實(shí)現(xiàn)難度。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 算法和 MSR算法都做 4 次 IFFT，得出的 PAPR 比原 始的 PAPR 分別減少了 和 。 (4) 對(duì)不同的參數(shù)下降低峰均比的分析與仿真； (5) 對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)以及仿真分析； 二、 完成后應(yīng)交的作業(yè)（包括各種說(shuō)明書(shū)、圖紙等） 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份 （ 不少于 ） ； 2. 外文譯文一篇（不少于 5000 英文單詞）； 3. 源程序代碼 。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于 SLM 算法的 OFDM 峰均比 抑制算法研究 A Research on Selected Mapping scheme for PAPR Reduction in OFDM 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 (3) 使用計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行方案的驗(yàn)證以及動(dòng)態(tài)的模擬 。 本論文主要研究了 SLM 算法和 MSR 算法的原理，并且利用 Matlab 進(jìn)行了系統(tǒng)仿真。 高的 PAPR 是 OFDM 系統(tǒng)所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，必須考慮如何減小大峰值功率信號(hào)的出現(xiàn)概率，從而避免非線(xiàn)性失真的出現(xiàn)。 雖然 SLM、 PTS 抑制 PAPR 的效果較為明顯，但是 SLM、 PTS 都是在頻域進(jìn)行江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 的，需要進(jìn)行多次額外的 IFFT 運(yùn)算和多次的 PAPR 比較運(yùn)算，計(jì)算量很大，因此，人們有必要研究各種方法以降低 SLM 或 PTS 算法的運(yùn)算量。 20xx 年 李延偉 等 在文獻(xiàn) [11]中提出了一種改進(jìn)的 SLM 算法 ， 它的發(fā)送端和接收端不需要輔助信息。 另外， Yang Chan Cho 等， D. W. Lim 等 ， A. D. S. Jayalath 等 ， 洪善燕 等 ，王毓韌等 ，蒙文武 等 ， 黨煜蒲 等 分別 在文獻(xiàn) [1925]中對(duì)各種改進(jìn)的 SLM 算法進(jìn)行了 研究 比較。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 OFDM 原理 OFDM 概述 正交頻分復(fù)用 (OFDM)是一種特殊的多載波傳輸方案，它可以被看作是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)作是一種復(fù)用技術(shù)。該 Modem 利用 34 路子信道并行傳送 34 路低速數(shù)據(jù)，每個(gè)子信道采用相移鍵控 (PSK)調(diào)制，且各子信道載波相互正交，間隔為 84Hz。 隨著 VLSI 的迅速發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了高速大階數(shù)的 FFT 專(zhuān)用芯片及可用軟件快速實(shí)現(xiàn) FFT 的數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)的通用芯片，且價(jià)格低廉，使利用 FFT 來(lái)實(shí)現(xiàn) OFDM的技術(shù)成為可能。雖然各子信道的頻譜為 sinx/x 形，但由于碼元周期很長(zhǎng)，單路子信道所占的頻帶很窄，因而位于信道頻率邊緣的子信道的拖尾，對(duì)整個(gè)信道帶寬影響不大，可以避免多徑傳播引起的碼間串?dāng)_。單載波調(diào)制也有很多種方法，如 正交幅度調(diào)制 (QAM)，脈沖編碼調(diào)制 (PCM)，自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制，增量調(diào)制等。 多載波系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：第一，能夠把一個(gè)頻率選擇性衰落的影響分散到許多個(gè)符號(hào)上，有效地使衰落或脈沖引起的衰落隨機(jī)化，這樣就不是幾個(gè)相鄰的符號(hào)遭到破壞，而是許多個(gè)符號(hào)都有輕微的失真，從而可以用前向糾錯(cuò)使其恢復(fù)。 OFDM 是多載波調(diào)制的一種，并且 各個(gè)子載波需要保持正交性 [21]，在 MCM 中這一條件不總是成立。在傳輸過(guò)程中，無(wú)線(xiàn)信道多是不平坦的，而 OFDM是一個(gè)具有很多信息的高速數(shù)據(jù)流，那么就必須采取信道中的不平坦處理，才能有效的把數(shù)據(jù)傳輸出去。在接收端執(zhí)行相反的過(guò)程，從各個(gè)子載波處傳來(lái)的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換回原始的串行數(shù)據(jù)。 OFDM優(yōu)勢(shì) OFDM 具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用深入到各個(gè)通信技術(shù)中，無(wú)論是無(wú)線(xiàn)接入， 數(shù) 字 廣 播電 視 ，數(shù) 字 音頻 還 是低 壓 電力 線(xiàn) 都有 其應(yīng) 用 。我們都知道，快速傅立葉變換中有個(gè)很重要的蝶形變換，能夠節(jié)省很多算法的時(shí)間。在多載波系統(tǒng)中，會(huì)產(chǎn)生頻率偏移，而載波間的頻率偏移會(huì)使導(dǎo)致干擾。 在 OFDM 中，峰值平均功率比與子載波數(shù) N 有關(guān)，其中， N 越大，峰值平均 功率比就越大。保護(hù)間隔的時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)該為應(yīng)用移動(dòng)環(huán)境通信時(shí)延擴(kuò)展方根均值的 24倍。 OFDM 是一種特殊的多載波傳輸方案，它可以被看作是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)作是一種復(fù)用技術(shù)。 高峰均比對(duì) OFDM 系統(tǒng)的影響 隨著子信道數(shù)目 N 的增加， PAPR 的最大值也會(huì) 增大，這就對(duì)發(fā)送端前端放大器的線(xiàn)性范圍提出了很高的要求。由此得知，OFDM 信號(hào)的幅值 r 服從瑞利分布，其概率密度函數(shù)為 2( ) 2 rap r re?? ；而其功率分布則要服從兩個(gè)自由度的中心 2? 分布，其均值為零，方差為 1，而且容易得知，自由度為 2 的中心 2? 分布的概率密度函數(shù)為 () ypowerp y e?? ，因此可以計(jì)算得到其累積分布函數(shù) (CDF)為： 0{ } ( ) e x p ( ) 1 e x p ( )zP o w e rP P o w e r z F z y d y z? ? ? ? ? ? ?? (37) (1) 沒(méi)有采用過(guò)采樣的情況 假設(shè) OFDM 信號(hào)周期內(nèi)每個(gè)采樣值之間都是不相關(guān)的 (沒(méi)有采用過(guò)采樣的時(shí)候，這一點(diǎn)實(shí)比較容易實(shí)現(xiàn)的 )，則 OFDM 符號(hào)周期內(nèi)的 N 個(gè)采樣值當(dāng)中每個(gè)樣值的PAPR 都小于門(mén)限值 z 的概率分布應(yīng)該為 { } ( ) (1 )N z NP o w e rP P A P R z F z e ?? ? ? ? (38) (2) 過(guò)采樣情況 過(guò)采樣有助于更加準(zhǔn)確地反應(yīng)信號(hào)的變化情況，因此對(duì) OFDM 符號(hào)實(shí)施過(guò)采樣是非常必要的，但是這樣做就會(huì)使得采樣信號(hào)之間的非相關(guān)性遭到破壞，即采樣信號(hào)之間存在一定的相關(guān)性。 SLM 在降低 OFDM 信號(hào)的 PAPR 時(shí)，由于是一種非線(xiàn)性變換所以信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生失真，其原理為：用輸入的信號(hào)與 U 組隨機(jī)相位序列進(jìn)行相乘，之后產(chǎn)生了 U 組輸出信號(hào)，它們都含有相同的信息，再將其分別進(jìn)行 IFFT 變換，計(jì)算其 PAPR，選擇PAPR 最小的一組進(jìn)行輸出。一方面對(duì)系統(tǒng)引入了冗余，首先需從旋轉(zhuǎn)因子中選擇 U組 N維旋轉(zhuǎn)矢量，分別與輸入的調(diào)制信息點(diǎn)乘而實(shí)施相位旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生 U組 復(fù)制向量，后需要進(jìn)行 U個(gè) IFFT 的 正交調(diào)制，故共對(duì)系統(tǒng)引入了 U*N個(gè)復(fù)數(shù)乘法江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 和 (U ?1)個(gè) IFFT計(jì)算的復(fù)雜度。 下圖是隨機(jī)相位序列數(shù)相同，子載波數(shù)不同的 SLM算法仿真圖。 選擇映射 (Selected Mapping , SLM) 算法可以無(wú)失真地有效降低 OFDM 信號(hào)的峰均比，它先將原始 OFDM 信號(hào)與 U 組隨機(jī)相位序列相乘，產(chǎn)生包含原始信息的 U組 OFDM 信號(hào)，再選擇其中 PAPR 最小的 OFDM 信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，以增加計(jì)算復(fù)雜度為代價(jià)換取對(duì) PAPR 的明顯改善。所以我們可以找一種辦法，用來(lái)用已生成的時(shí)域待選序列來(lái)構(gòu)造更多的待選序列。由式