【正文】 峰值功率就會是平均功率的 N 倍，因而基帶信號的峰均比可以為：，例如 N=256 的情況中，OFDM 系統(tǒng)的 PAPR=24dB，當10()logPARdB?然這是一種非常極端的情況，OFDM 系統(tǒng)內(nèi)的峰均比通常不會達到這一數(shù)值。由于一般的功率放大器都不是線性的，而且其動態(tài)范圍也是有限的，所以當 OFDM 系統(tǒng)內(nèi)這一變化范圍較大的信號通過非線性部件（例如進入放大器的非線性區(qū)）時，信號會產(chǎn)生非線性失真，產(chǎn)生諧波，造成較明顯的頻譜擴展干擾以及帶內(nèi)信號畸變，導致整個系統(tǒng)性能的下降，而且同時還會增加 A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換器的復雜度并且降低他們的準確性。因此 PAPR 較大是 OFDM 系統(tǒng)所面臨的一個重要問題，必須考慮如何減小大峰值功率信號的出現(xiàn)概率，從而避免非線性失真的出現(xiàn)。克服這一問題的最傳統(tǒng)方法是采用大動態(tài)范圍的線性放大器，或者對非線性放大器的工作點進行補償，但是這樣所帶來的缺點就是功率放大器的效率會大大降低，絕大部分能量都將轉(zhuǎn)化為熱能被浪費掉。目前所存在的減小 PAPR 的方法大概可以被分為三類：第一類是信號預畸變技術(shù)即在信號經(jīng)過放大之前，首先要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。這些信號畸變技術(shù)的好處在于直觀、簡單，但信號畸變對系統(tǒng)性能造成的損害是不可避免的；第二類是編碼方法，即避免使用那些會生成大峰值功率信號的編碼圖樣，例如采用循環(huán)編碼方法。這種方法的缺陷在于，可供使用的編碼圖樣數(shù)量非常少，特別是當子載波數(shù)量 N 較大時，編碼效率會非常低，從而導致這一矛盾會更加突出；第三類就是利用不同的加擾序列對 OFDM 符號進行加權(quán)處理，從而選擇PAPR 較小的 OFDM 符號來傳輸。 OFDM 系統(tǒng)的同步問題分析對于多載波系統(tǒng)來說，載波頻率的偏移會導致子信道之間產(chǎn)生干擾，而且對于要求子載波保持嚴格同步的正交頻分復用系統(tǒng)來說，載波的頻譜偏差所帶來的影響會更加嚴重，因此對頻譜偏差敏感是 OFDM 系統(tǒng)的主要缺點之一，而且如果不采取措施對這種信道間干擾（ICI）加以克服，會對系統(tǒng)性能帶來非常嚴重的地板效應，即無論如何增加信號的發(fā)射功率，也不能顯著的改善系統(tǒng)的性能。因此如何減少 ICI 對系統(tǒng)性能的影響，是 OFDM 系統(tǒng)能得到廣泛應用的前提條件之一。同步簡介一般數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步同步在通信系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位。例如，當采用同步解調(diào)或相干檢測時，接收機需要提取一個與發(fā)射載波同頻同相的載波；同時還要確定符號的起始位置等等。一般的通信系統(tǒng)中存在如下的同步問題：（1）發(fā)射機和接收機的載波頻率不同；（2）發(fā)射機和接收機的采樣頻率不同；（3）接收機不知道符號的定時起始位置。常用的信號參數(shù)估計準則有兩種：最大似然（ML）準則和最大后驗概率（MAP ）準則，見圖 35。參數(shù)估計最大似然（ML）最大后驗概率（MAP）圖 35 信號估計準則OFDM 系統(tǒng)的同步要求OFDM 符號由多個子載波信號疊加構(gòu)成，各個子載波之間利用正交性來區(qū)別，因此確保這種正交性對于 OFDM 系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的，因此它對載波同步要求也就相對較嚴格。 IFFT D/A 載波調(diào)制FFT A/D 載波解調(diào)信道符號同步 樣值同步 載波同步圖 36 OFDM 系統(tǒng)內(nèi)的同步示意圖在 OFDM 系統(tǒng)中存在如下幾個方面的同步要求：載波同步：接收端的振蕩頻率要與發(fā)送載波同頻同相（要求在 ppm 數(shù)量級） ；樣值同步：接收端和發(fā)射端的抽樣頻率一致；符號同步：IFFT 和 FFT 起止時刻一致；圖 36 中說明了 OFDM 系統(tǒng)中的同步要求，并且大概給出各種同步在系統(tǒng)中所處的位置。 本章小結(jié)本章主要介紹了 OFDM 的基本原理。首先給出了 OFDM 的定義,說明了和傳統(tǒng)的單載波的本質(zhì)區(qū)別，并說明了 OFDM 保護間隔和循環(huán)前綴的作用,為其信號檢提供了良好的基礎(chǔ)，其次介紹了 FFT 在 OFDM 中的應用,最后介紹了OFDM 系統(tǒng)中的一些重要的關(guān)鍵技術(shù)。第四章 Matlab 軟件與仿真 Matlab 軟件概述 Matlab 軟件簡介 Matlab 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如 C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。 Matlab 軟件的發(fā)展背景及應用20 世紀 70 年代，美國新墨西哥大學計算機科學系主任 Cleve Moler 為了減輕學生編程的負擔，用 FORTRAN 編寫了最早的 MATLAB。1984 年由Little、Moler、Steve Bangert 合作成立了的 MathWorks 公司正式把 Matlab 推向市場。到 20 世紀 90 年代，MATLAB 已成為國際控制界的標準計算軟件。Matlab 和 Mathematica、Maple、MathCAD 并稱為四大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。Matlab 可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。Matlab 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用 Matlab 來解算問題要比用 C，F(xiàn)ORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多，并且 Matlab 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點，使 Matlab 成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對 C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲?Matlab 函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 Matlab 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。Matlab 軟件的主要功能：；　?。弧　。弧　。弧　?；　　；　??；　?。?M 文件由 Matlab 語句構(gòu)成的程序文件稱為 M 文件，它將 m 作為文件的擴展名。因為它是 ASCII 碼文本文件，所以可以直接閱讀并用任何編輯器來建立。M 文件可分為兩種：一種是主程序，也稱為主程序文件（script file）,是由用戶解決特定的問題而編制的；另一種是子程序，也稱為函數(shù)文件(function file),它必須由其他 M 文件來調(diào)用。函數(shù)文件往往具有一定的通用性，并且可以進行遞歸調(diào)用（即自己可以調(diào)用自己） ，Matlab 在基礎(chǔ)部分中已有了 700 多個函數(shù)文件，它的工具箱中還有千余個函數(shù)文件，并在不斷擴充積累。Matlab 軟件的大部分功能都來自其建立的函數(shù)集，利用這些函數(shù)可以使用戶方便地解決他們的特定問題。主程序文件,其特征：（1）用 clear、close all 等語句開始，清除掉工作空間中原有的變量和圖形，以避免其它已執(zhí)行的程序殘留數(shù)據(jù)對本程序的影響。前幾行通常是對此程序用途進行說明，特別是在運行時對用戶輸入數(shù)據(jù)的要求，更要敘述清楚。不然別人就看不懂就不能用了，連自己日后也會遺忘。這些注釋行必須以“%”號開始，以便計算機執(zhí)行時不予理會。MATLAB 規(guī)定，在鍵入“help 文件名”時，屏幕上會將該文件中以%起頭的最前面幾行的內(nèi)容顯示出來，使用戶知道如何使用。這些注釋是可以用漢字的。%號也可以放在程序行的后面做注釋，MATLAB 將不執(zhí)行字符后的任何內(nèi)容。（2）程序的主體。如果文件中有全局變量，即在子程序中與主程序共有的變量，應在程序的起始部分注明。其語句是：global 變量名 1 變量名 2 …………為了改善可讀性，要注意流程控制語句的縮進及與 end 的對應關(guān)系。另外，程序中必須都有半角英文字母和符號（只有引號括住的和%號后的內(nèi)容可用漢字） 。特別要注意英文和漢字的有些標點符號，看起來很相似，其實代碼不同。用錯了，不但程序執(zhí)行不通，而且?guī)缀醣囟ㄋ罊C。因此鍵入程序時，最好從頭到尾用英文，不要插入漢字。漢字可在程序調(diào)試完畢后加入。（3）整個程序應按 Matlab 標示符的要求起文件名，并加上后綴 m。用 時，文件名長度不要超過 8 個字符。文件名中不允許用漢字，因為這個文件名，也就是 Matlab 的調(diào)用命令，它是不識漢字。將文件存入自己確定的子目錄中。該子目錄應置于 Matlab 的搜索路徑在。所以應避免出現(xiàn)漢字路徑名。這樣就完成了程序的編制。在 Matlab 的命令窗中鍵入程序的文件名后，系統(tǒng)就開始執(zhí)行文件中的程序，主程序文件中的語句將對工作空間中的所有數(shù)據(jù)進行運算操作。函數(shù)文件：函數(shù)文件是用來定義程序的。它與程序文件的主要區(qū)別有：（1）由 function 起頭，后跟的函數(shù)名必須與文件名相同；（2）有輸入輸出變元（變量） ，可進行變量傳遞；（3）除非用 global 申明，程序中的變量均為局部變量，不保存在工作空間中。文件編輯器及程序調(diào)試Matlab 提供的編輯器較為理想，它把編輯與調(diào)試結(jié)合在一起了。實際上，Matlab 的主程序是比較好調(diào)試的，因為 Matlab 的差錯能力很強，配上工作空間變量的保存和顯示功能，不需要用專門的調(diào)試命令，調(diào)試也可以很方便地進行。需要用調(diào)試命令的主要是函數(shù)程序。因為在函數(shù)程序出錯而停機時，其變量不被保存。雖然它也不會指出出錯的語句，但因為子程序中的變量的程序執(zhí)行完畢后會自動消失，其他現(xiàn)場數(shù)據(jù)都無記錄，會給調(diào)試帶來很大困難。解決這個問題可采用下列措施：把某些分號改為逗號，使中間結(jié)果能顯示在屏幕上，作為差錯的依據(jù)。把子程序中適應部位加 keyboard 命令。此處，系統(tǒng)會暫停而等待用戶鍵入命令。這時子程序中的變量還存在于工作空間中，可以對它們金子那個檢查。將函數(shù)文件的第一行前加%號，使它成為程序文件，進行初步調(diào)試。第一行中的輸入變元，可改為 input 或賦值語句來輸入，調(diào)好后再改回函數(shù)文件。使用 Matlab 提供的調(diào)試命令。其命令共有 11 條。根據(jù)經(jīng)驗，當程序不太長時，用調(diào)試命令反而麻煩。 Simulink 仿真軟件概述 Simulink 軟件簡介Simulink 是 Matlab 最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復雜的系統(tǒng)。Simulink 具有適應面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于 Simulink。 Simulink 的功能及特點Simulink 的功能Simulink 作為面向框圖的仿真軟件，具有以下功能：（1）用方框圖的繪制代替程序的編寫。構(gòu)成任何一個系統(tǒng)框圖有三個步驟，即選定典型環(huán)節(jié)、相互聯(lián)接和給定環(huán)節(jié)參數(shù)。這三步可以在一個圖形界面上用鼠標和鍵盤來完成；（2）輸入輸出信號來源形式的多樣化。其輸入信號可以是各種信號發(fā)生器；也可以來自一個設(shè)定的記錄文件；還可以來自 Matlab 的工作空間(workspace)。輸出信號也類似，這就擴大了仿真系統(tǒng)與各種外部軟件和硬件的接口能力； （3）仿真的建立和運行是智能化的。首先，畫好了框圖并存起來，它就自動建立起了仿真的方程；其次，在運行時用戶可以不給步長，只給出要求的仿真精度，軟件會自動選擇能保證給定精度的最大步長，使得在給定的精度要求下系統(tǒng)仿真具有最快的速度。Simulink 的特點Simulink 仿真具有以下的特點。（1）交互建模Simulink 提供了大量的功能塊，方便用戶快速地建立動態(tài)系統(tǒng)模型，建模時只需要使用鼠標拖放庫中的功能塊，并將它們連接起來。用戶可以通過將塊組成子系統(tǒng)建立多級模型。對塊和連接的數(shù)目沒有限制。（2）交互仿真Simulink 框圖提供了交互性很強的非線性仿真環(huán)境。用戶可以通過下拉菜單執(zhí)行仿真，或者用命令行進行批處理。仿真結(jié)果可以在運行的同時通過示波器或者圖形窗口顯示。（3）能夠擴充和定制Simulink 的開放式結(jié)構(gòu)允許用戶擴充仿真環(huán)境的功能。（4）與 Matlab 和工具箱集成由于 Simulink 可以直接利用 Matlab 的數(shù)學、圖形和編程功能，用戶可以直接在 Simulink 下完成諸如數(shù)據(jù)分析、過程自動化、優(yōu)化參數(shù)等工作。工具箱提供的高級設(shè)計和分析能力可以通過 Simulink 的屏蔽手段在仿真過程中執(zhí)行。（5）專用模型庫Simulink 的模型庫可以通過專用元件集進一步擴展。 本章小結(jié)本章分別介紹了 Matlab 和 Simulink 的基本概念和特點，為以后的仿真做了一定的基礎(chǔ)。第五章 基于小波的 OFDM 系統(tǒng)設(shè)計 IDWTDWT 的 OFDM 系統(tǒng)的提出信號分析的主要目的是尋找一種簡單有效的信號變換方法，以便突出信號中的重要特性，簡化運算的復雜度。大家熟知的 Fourier 變換就是一種刻畫函數(shù)空間，求解微分方程，進行數(shù)值計算的主要方法和有效的數(shù)學工具。它可把許多常見的微分、積分和卷積運算簡化為代數(shù)運算。從物理意義上理解，一個周期振動信號可看成是具有簡單頻率的簡諧振動的疊加。Fourier 展開正是這一物理過程的