【正文】 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 35 頁(yè) BroadcastingTerrestrial， DVBT 是最早獲得國(guó)際認(rèn)可的數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)，也是各國(guó)地面數(shù)字電視接收測(cè)試中評(píng)價(jià)最高的標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)也是在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 SLM 的原理框圖如圖 所示。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 29 頁(yè) 圖 PTS 算法的互補(bǔ)累積分布函數(shù) CCDF of PTS algorithm 由圖 可知采用 PTS 算法與未采用任何算法的 OFDM 系統(tǒng)相比，提高了 性能，信號(hào)峰值出現(xiàn)的概率明顯降低，但是算法的引入使整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度極大得提高，特別是想進(jìn)一步增強(qiáng) PAPR 抑制能力時(shí)，一般可行的辦法就是增大原始數(shù)據(jù)分段數(shù) N，那么計(jì)算量會(huì)成指數(shù)倍增長(zhǎng)，同時(shí)收端也需要邊帶信息。對(duì)于所有可能的 16 種 4 比特碼字 (即從 0000 到 1111)來(lái)說(shuō)，有 8 組碼字的峰均比值是很低的，只有 。對(duì)于時(shí)域OFDM 信號(hào)中包絡(luò)未超過(guò)門(mén)限值的部分則直接輸出，不 做任何處理。 圖 不同采樣點(diǎn)下的 PAPR 曲線(xiàn) Different sampling points curves of the PAPR 采樣點(diǎn)分別為 128（ K=1）、 256（ K=2）、 512（ K=4）、 1024（ K=8）、 2048（ K=16）由圖可以看出，過(guò)采樣倍數(shù)越大，越能精確地反映 OFDM 信號(hào)變化的細(xì)節(jié)。因此可以得知， OFDM 符號(hào)其幅值服從瑞利分布，其概率密度函數(shù)為而其功率分布則服從兩個(gè)自由度的中心χ 2 分布，其中均值為零，方差為 1，而且容易知道自由度為二的中心χ 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) (Cumulative Distribution Function, CDF)為： (3. 3) 所以可以計(jì)算每個(gè) OFDM 符號(hào)峰值功率的累積分布函數(shù)：首先我們假設(shè)OFDM 符號(hào)周期內(nèi)，每個(gè)采樣值之間都不相關(guān)的 (在沒(méi)有過(guò)采樣時(shí)，是較容易實(shí) 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 20 頁(yè) 現(xiàn)的 )，那么 OFDM 符號(hào)周期內(nèi)， N 個(gè)采樣值當(dāng)中的每個(gè)樣值的 PAPR 都小于門(mén)限 z 的概率分布應(yīng)該為： () 實(shí)際運(yùn)用中，過(guò)采樣能有助于收集到較大的峰值功率，因而可以更加準(zhǔn)確地衡量 OFDM 系統(tǒng)內(nèi)的 PAPR 特性。例如：要求功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等具有極大的動(dòng)態(tài)線(xiàn)性范圍。對(duì)于子載波數(shù)目較大的系統(tǒng)，還可以采用快速傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。矩形脈沖的頻譜幅值為sinc (fT)函數(shù)，這種函數(shù)的零點(diǎn)出現(xiàn)在頻率為 1/T 整數(shù)倍的位置上。 系統(tǒng)的基本模型 我們知道，最簡(jiǎn)單的頻分復(fù)用方式是將并行傳輸數(shù)據(jù)分別調(diào)制到有一定頻率間隔的載波上，這些載波的間隔應(yīng)該能夠保證沒(méi)有頻譜混疊 出現(xiàn)。 第 5 章圍繞基于 SLM 方法展開(kāi)分析，分析 SLM 方法的理論和優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)相關(guān)理論給出了仿真驗(yàn)證。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 OFDM 技術(shù)雖然具有高的頻譜利用率，抗干擾性能比較好等優(yōu)點(diǎn)，但是由于 OFDM 信號(hào)是通過(guò)多載波調(diào)制后的合成信號(hào)，所以 OFDM 信號(hào)的峰均比有可能出現(xiàn)很高的情況，其峰均比的極限值等于載波數(shù)，在 OFDM 系統(tǒng)中，信號(hào)的峰均比起伏較大，為了避免信號(hào)產(chǎn)生非線(xiàn)性失真，提高了對(duì)射頻線(xiàn)性功放的要求，因此應(yīng)該盡可能降低 OFDM 系統(tǒng)中高的峰均比。 OFDM 技術(shù)受到廣泛的關(guān)注的原因之一是其具有良好的抗多徑能力。 當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)信息工 具 高 速發(fā)展的社會(huì)。 IG 主要基于蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，直接使用模擬語(yǔ)音調(diào)制技術(shù)，傳輸速率約 。 establish a model SLM PAPR reduction algorithm, and simulation using Matlab software。 關(guān)鍵詞 ： OFDM，峰均功率比， SLM 算法， Matlab 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 2 頁(yè) The research and implementation methods of PAPR suppression based on SLM algorithm Author:Zhao Haiwang Tutor： Zhang Xiaolin Abstract In today39。進(jìn)入 21 世紀(jì)，移動(dòng)通信將逐漸演變成社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的必不可少的工具。這些 不足點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展的需要，因此尋求一種既能解決現(xiàn)有問(wèn)題，又能適應(yīng)未來(lái)移動(dòng) 通 信 的 需 求 的 新 技 術(shù) ( 即 新 一 代 移 動(dòng) 通 信 :Next Generation Mobile Communication)是必要的 [1]。但是由于當(dāng)時(shí)受到實(shí)時(shí)傅立葉變換設(shè)備的復(fù)雜度、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)振蕩器的穩(wěn)定性以及射頻功率放大器線(xiàn)性范圍等相關(guān)技術(shù)條件的限制， OFDM 技術(shù)沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。總的來(lái)說(shuō)，基于 OFDM 技術(shù)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)具有許多其它技術(shù)所無(wú)法超越的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：抗衰落能力強(qiáng)；頻譜利用率高；用傅立葉變換對(duì)來(lái)完成系統(tǒng)基帶的調(diào)制與解調(diào)，使系統(tǒng)的復(fù)雜度和設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單、靈活和方便；高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，可以有效地減小無(wú)線(xiàn)信道的時(shí)間彌散帶來(lái)的 ISI；可以在某種程度上抵抗窄帶干擾等。 第 2 章詳細(xì)介紹了 OFDM 的基本原理，包括 OFDM 的數(shù)學(xué)表示、 OFDM 多載波調(diào)制 OFDM 的循環(huán)前綴以及 OFDM 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖等。 OFDM 的基本思想就是把高速的數(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。從圖 看出每個(gè)子載波之間相差一個(gè)周期，這一特性可以用來(lái)解釋子載波之間的正交性 。 ②可以有效地對(duì)付多徑效應(yīng)產(chǎn)生的那些不利影響，對(duì)于給定的時(shí)延擴(kuò)展，其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度遠(yuǎn)小于具有均衡器的單載波系統(tǒng)。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 18 頁(yè) 第 3 章 峰值功率比的定義與分布 OFDM 系統(tǒng)采用多載波傳輸方式，在時(shí)域上 OFDM 信號(hào)為 N 個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加。由此可見(jiàn)隨著子載波數(shù) N 的增大， PAPR 也會(huì)快速增長(zhǎng)。過(guò)采樣的具體方法是：在原有的輸入數(shù)據(jù)中間添加（ k1） N個(gè)零點(diǎn)，構(gòu)成 kN 個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)，然后對(duì) kN 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行 kN 點(diǎn) IDFT 運(yùn)算，得到kN 個(gè)輸出樣值，然后進(jìn)行 D/A 變換，得到一個(gè)模擬的連續(xù)的 OFDM 信號(hào)。 限幅在對(duì)抑制 OFDM 系統(tǒng)中 PAPR 這方面是一種很有效的方法。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 26 頁(yè) 下面用一個(gè)例子予以說(shuō)明。進(jìn)行 IFFT 變換，將其從頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域 ， 然后采用窮盡的方法選擇出最優(yōu)的 Ri，使得疊加后的信號(hào) yi幅度因數(shù)最小。解決這個(gè)問(wèn)題最直接的方法就是將這個(gè)序列對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào) d 作為附加信息發(fā)送到接收端。在實(shí)際的應(yīng)用中，峰均比抑制模塊并不能僅僅只考慮它的峰均比抑制效果和對(duì)系統(tǒng)誤碼性能的影響，我們同時(shí)也應(yīng)考慮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等問(wèn)題。發(fā)射端總體框圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)發(fā)射端總體結(jié)構(gòu)圖 Block diagram of DVBT2 system 根據(jù)圖 簡(jiǎn)要介紹發(fā)射端各個(gè)模塊功能如下： （ 1）信源接口模塊：將機(jī)載數(shù)據(jù)采集單元采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)接，轉(zhuǎn)換成機(jī)載 OFDM 發(fā)射機(jī)能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果見(jiàn)下圖。 在接收端為了能夠正確的對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，就必須清楚 U 組序列中哪一組是發(fā)送序列，因此，信號(hào)發(fā)送端必須發(fā)送邊帶信息來(lái)表示具體發(fā)送的序列。令 K 表示每個(gè) OFDM 符號(hào)內(nèi)所需的冗余比特的數(shù)量，則一共可能有 ZK 個(gè) OFDM 符號(hào)可供選擇，也即 OFDM 符號(hào)的抽樣點(diǎn)的 PAPR 大于門(mén)限值的概率為 12k?? 或者如下所示 : { } 1 2 kP PAPR z ?? ? ? （ ） 上式表示了冗余比特?cái)?shù)量和理論上可以得到的最小 PAPR門(mén)限值 z之間的 關(guān)系， 通過(guò)上式，我們還可以得到 ： /ln(1 2 )KNz ?? ? ? （ ） 這個(gè)式子表示 K 個(gè)冗余比特被分配到 N 個(gè)子載波，所能得到的 PAPR 最低 門(mén)限值。 (2) 抑制峰均比的效果明顯。 信號(hào)預(yù)畸變技術(shù) 在信號(hào)經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性部件之前對(duì)其進(jìn)行限幅，就可以使得信號(hào)峰值低于所期望的最大電平值。從圖 中可以看出，在給定 PAPR 門(mén)限值的條件下，隨著子載波個(gè)數(shù) N 的增加，CCDF 也會(huì)相應(yīng)的增加，即超過(guò) PAPR 門(mén)限值的符號(hào)出現(xiàn)的概率也會(huì)加大，即驗(yàn)證了上面理論描述的隨著子載波數(shù) N 的增加，系統(tǒng) PAPR 會(huì)隨之加大。這種時(shí)候會(huì)導(dǎo)致 OFDM 信號(hào)經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性放大器時(shí)，容易超過(guò)器件線(xiàn)性范圍，導(dǎo)致非線(xiàn)性失真，產(chǎn)生帶內(nèi)干擾與帶外頻譜擴(kuò)散，破壞子載波間的正交性，從而使誤碼率增加，惡化傳輸性能。然而由于無(wú)線(xiàn)信道存在時(shí)變性，在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的頻率偏移，例如多普勒頻移，或者由于發(fā)射機(jī)載波頻率與接收機(jī)本地振蕩器之間存在的頻率偏差，都會(huì)使得 OFDM 系統(tǒng)子載波之間的正交性遭到破 壞，從而導(dǎo)致 ICI。傳統(tǒng)的頻分復(fù)用(FrequencyDivision Multiplexing， FDM)是將帶寬分成幾個(gè)子信道，子信道之間需要保持足夠的頻率間隔來(lái)作為保護(hù)頻帶，其各個(gè)載波的頻譜是互不重疊的，因 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16 頁(yè) 此，傳統(tǒng)頻分復(fù)用的頻譜利用率較低，且在發(fā)送端和接收端都需要大量的發(fā)送濾波器和接受濾波器組，系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本也相對(duì)較高。此復(fù)數(shù)序列經(jīng)串 /并變換器變換后得到碼元周期為 T 的 M 路并行碼（一幀），碼型選用不歸零方波。在小于相干時(shí)間的時(shí)間范圍內(nèi)，可以將信道看成是線(xiàn)時(shí)不變系統(tǒng) 。 綜上所述，我決定將《于 SLM 算法的 PAPR 抑制方法的研究與實(shí)現(xiàn)》作為我的畢設(shè)題目。歐洲己將 OFDM 技術(shù)作為發(fā)展地面數(shù)字電視的基礎(chǔ)，我國(guó)也研制出了整套 HDTV 設(shè)備。這 時(shí)，對(duì)每個(gè)子信道而言，只需傳輸大約 390Kbps 速率的數(shù)據(jù)流。 盡管 2G 技術(shù)在發(fā)展中不斷得到完善，但隨著用戶(hù)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，頻率資源己接近枯竭，語(yǔ)音質(zhì)量不能達(dá)到用戶(hù)滿(mǎn)意的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)通信速率太低，無(wú)法在真正意義上滿(mǎn)足移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的需求。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。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 1 頁(yè) 基于 SLM 算法的 PAPR 抑制方法的研究與實(shí)現(xiàn) 摘要 當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)信息工 具 高 速發(fā)展的社會(huì)。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。GPRS/EDGE 技術(shù)的引入，使 GSM 與計(jì)算機(jī)通信 /Inter有機(jī)相結(jié)合，數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá) 115/384kbit/s，從而使 GSM 功能得到不斷增強(qiáng)，初步具備了支持多媒體業(yè)務(wù)的能力。以 l00Mbps 的傳輸速率為例，如果我們采用含有 256 個(gè)子載波的 OFDM 系統(tǒng)，就能使用 256 路信道對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行傳輸。在全數(shù)字高清晰度電視 (HDTV， Highdefinition Television)傳輸系統(tǒng)中，采用編碼 OFDM(COFDM， Coded OFDM)技術(shù)，具有很 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 9 頁(yè) 高的頻譜利用率，且能夠進(jìn)一步提高抗干擾能力。 【 2】 概率類(lèi)方法雖然不能完全杜絕高 PAPR 的信號(hào)的產(chǎn)生，但是它可以從概率上減小對(duì) OFDM 的高 PAPR產(chǎn)生的可能性，所以其對(duì)大多數(shù) OFDM 系統(tǒng)的 PAPR的抑 制能力還是很好的。我們一般用相干時(shí)間或者多普勒帶寬來(lái)描述信道的時(shí)變特性，采用多徑時(shí)延擴(kuò)展或相干帶寬來(lái)描述信道的多徑特性。 【 3】【 7】 如圖 所示：在調(diào)制端，要發(fā)送的串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)編碼器（如16QAM）形成了 M 個(gè)復(fù)數(shù)序列： D (m )=A( m )jB (m)。其基本原理與傳統(tǒng)的頻分復(fù)用技術(shù)類(lèi)似。由于子信道的頻譜相互交迭，這就對(duì)它們之間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。比如在某一時(shí)刻，所有子載波相位均一致，峰值點(diǎn)疊加時(shí)將產(chǎn)生最大