【正文】 及其如今的發(fā)展?fàn)顩r。并通過對這幾種方法在 MATLAB 中仿真和比較，得到了 PTS 是一種復(fù)雜度較高的減小 OFDM 系統(tǒng) PAPR 的方法的結(jié)論，為此本文了研究了一種降低 PTS 復(fù)雜度的方法 —— 迭代翻轉(zhuǎn) 法。通過仿真證明了 迭代翻轉(zhuǎn) 法不僅能夠降低 PTS 的復(fù)雜度 ， 還能減小系統(tǒng)的 PAPR。 PTS 方法性能分析 ............................................................................................ 26 PTS 與 SLM 的性能比較 .......................................................................................... 28 本章小結(jié) .................................................................................................................... 30 5 一種降低復(fù)雜度的 PTS 方法 ........................................................................................... 31 系統(tǒng)算法的 基本 原理 ................................................................................................ 31 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 IV 頁 具體算法 .................................................................................................................... 31 本章小結(jié) .................................................................................................................... 33 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 34 致 謝 .................................................................................................................................. 35 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 36 附 錄 .................................................................................................................................. 37 附錄 A 英 譯漢 .................................................................................................................. 37 附錄 B 部分仿真程序源代碼 .......................................................................................... 43 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 1 1 緒論 課題背景 隨著高速移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人類社會正在進(jìn)入一個新的信息化代，高速率的寬帶移動通信已經(jīng)成為全球移動通信發(fā)展的趨勢。但為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要克服許多技術(shù)挑戰(zhàn)，例如：無線通信系統(tǒng)在十分惡劣的環(huán)境中，由于多路徑傳播，或當(dāng)移動終端或其周圍的物體處于運(yùn)動中時，終 端所接收到的信號幅度都會經(jīng)歷很大的起伏變化。即使在信道的時延擴(kuò)展只有幾十到幾百納秒的室內(nèi)環(huán)境中，如果系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率很高，信道的沖擊響應(yīng) (Channel Impulse Response，CIR)仍可擴(kuò)展到許多碼元，造成嚴(yán)重的符號間干擾。 正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM)是一種特殊的多載波 (MultiCarriers Modulation， MCM)傳輸方案，它具有許多其它無線通信技術(shù)所無法比擬的優(yōu)越性。而且，它還是一種并行技術(shù)，它能將一個高速的數(shù)據(jù)流分割成許多低速數(shù)據(jù)流的子載波來實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)速率的高速傳輸。 OFDM 相對于一般的多載波傳輸?shù)牟煌幨撬试S子載波頻譜部分重疊，只要滿足子載波間互相正交就可以從混迭的子載 波上分離出數(shù)據(jù)信息，因而頻譜利用率大大提高，因而它對本來無線資源就十分匱乏的無線通 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 2 信來說是一種高效的傳輸技術(shù) [1][2]。但是 OFDM 存在著一些固有的缺點(diǎn)需要克服，這些缺點(diǎn)的存在將使 OFDM 的優(yōu)點(diǎn)無法充分體現(xiàn)出來，同步技術(shù)、抑制 OFDM 的峰均功率比技術(shù)均是 OFDM 的關(guān)鍵技術(shù)之一，對 OFDM 來說具有舉足輕重的影響。 2． OFDM 系統(tǒng)由于各個子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，因此與常規(guī)的頻分復(fù)用系統(tǒng)相比， OFDM 系統(tǒng)可以最大限度的利用頻 譜資源。 3．基于 DFT、 IDFT 的 OFDM 有快速算法。 4．無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般都存在非對稱性，即下行鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量。因 此無論從用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用需求，還是從移動通信系統(tǒng)自身的要求考慮，都希望物理層支持非對稱高速數(shù)據(jù)傳輸。 5．由于無線信道存在頻率選擇性，不可能所有的子載波都同時處于比較深的衰落情況中，因此可以通過動態(tài)比特分配以及動態(tài)子信道分配的方法，充分利用信噪比較高的子信道，從而提高系統(tǒng)性能。 7．因為窄帶干擾只能影響一小部分的子載波，因此 OFDM 系統(tǒng)可以從某種程度上抵抗這種窄帶干擾。與單載波系統(tǒng)相比，由于多載波調(diào)制系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加，因此如果多個信號的相位一致時，所得到的疊加信號的瞬時功率就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號的平均功率，導(dǎo)致出現(xiàn)較大的 PeaktoAverage Power Ratio（ PAPR）。 ，這就對它們之間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。 降低 OFDM系統(tǒng)峰均比的研究現(xiàn)狀 自從 20 世紀(jì) 80 年代以來， OFDM 已經(jīng)在數(shù)字音頻廣播、數(shù)字視頻廣播、基于 無線本地局域網(wǎng)以及有線電話往上基于現(xiàn)有銅雙絞線的非對稱高比特率數(shù)字用戶線技術(shù)（如 ADSL）中得到應(yīng)用。此外， OFDM 還易于結(jié)合空時分編碼、分集、干擾（包括 ISI 和 ICI）抑制以及智能天線等技術(shù)，最大程度地提高物理層信息傳輸?shù)目煽啃浴? OFDM 技術(shù)的一大缺陷是：峰值與均值功率比相對較大，比值的增大會降低射頻放大器的功率效率。然而這些方法都有著各自的不足，或者不能很有效地降低信號的 PAPR 值，或者計算復(fù)雜度太大，或者頻譜利用率太低等。初步理解了 OFDM 系統(tǒng)，為本論文的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。如圖 21 所示，在這個例子里，峰均功率比是平均值的 16 倍，其中所有子載波都受到相同數(shù)據(jù)符號的調(diào)制。否則，當(dāng)信號峰值進(jìn)入放大器的非線性區(qū)域時，就會使信號產(chǎn)生畸變，產(chǎn)生子載波之間的互調(diào)干擾和帶 外輻射，破壞子載波之間的正交性，影響系統(tǒng)性能。 OFDM系統(tǒng)的基本原理 OFDM 是一種多載波調(diào)制技術(shù)，其原理是用 N 個子載波把整個信道分割成 N 個子信道，即將頻率上等間隔的 N 個子載波信號調(diào)制并相加后同時發(fā)送，實現(xiàn) N 個子信道并行傳輸信息。 從頻域角度來解釋這種正交性，圖 給出了互相覆蓋的各個子信道內(nèi)經(jīng)過矩形波成形得到的符號 sinc 函數(shù)頻譜。因為在對 OFDM 符號進(jìn)行解調(diào)的過程中，需要計算這些點(diǎn)上所對應(yīng)的每個子載波頻率的最大值，所以可以從多個相互重疊的子信道符號中提取每一個子信道符號，而不會受到其他子信道的干擾。因此這種一個子信道頻譜出現(xiàn)最大值而其他子信道頻譜為零 的特點(diǎn)可以避免載波間干擾（ ICI）的出現(xiàn)。 N 個子信道碼元分別調(diào)制在 N 個子載波頻率 0f ， 1f ，…， nf ，…， 1Nf? 上， 設(shè) cf 為最低頻率，相鄰頻率相差 1/N ，則 / , 0 , 1 , 2 , , 1ncf f n T n N? ? ? ??? ?， 角頻率為 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 6 2 , 0 , 1 , 2 , , 1nnf n N??? ? ??? ?。 m n nNTTj f t j t j tnX m D t e d t X n e e d tTT ? ? ?????? ? ? ? ???? ? ? ? ?1 00 1 , 0 ,nnN T j t j tn X n e e d t t TT ??? ??? ? ? ?? ? () 由于 OFDM 符號周期 T 內(nèi)各子載波是正交的，所以，當(dāng) n=m 時，調(diào)制載波 n? 與解調(diào)載波 m? 為同頻載波，滿足相干解調(diào)的條件， ? ? ? ?39。這樣就在接收端完成了信號的提取，實現(xiàn)了信號的傳輸。設(shè) , / /t k t nt T nk N? ? ?，則 ? ? ? ?1 2/0 , 0 , 1 , 2 , , 1N j n k Nny t X n e k N???? ? ? ??? ?? () 式 ()正是 序列 ? ?? ?, 0 ,1 , 2 , , 1X n n N? ??? ?的 N 點(diǎn)離散傅里葉反變換（ IDFT）的結(jié)果，這表明 IDFT 運(yùn)算可完成 OFDM 基帶調(diào)制過程。因此， OFDM 系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程等效與 IDFT 和 DFT。 OFDM 盡管還是一種頻分復(fù)用 (FDM)，但已完全不同于過去的 FDM, OFDM 的接收機(jī)實際上 是通過 FFT 來實現(xiàn)的一組解調(diào)器。OFDM 的數(shù)據(jù)速率也與子載波的數(shù)量有關(guān)。各個載波能夠根據(jù)信道狀況的不同選擇不同的調(diào)制方式，比如 BPSK,QPSK,8PSK,16QAM ,64QAM 等，以取得頻譜利用率和誤碼率之間的最佳平衡為原則，通過選擇滿足一定誤碼率的最佳調(diào)制方式就可以獲得最大頻譜效率。為了提高頻譜利用率，應(yīng)該使用與信噪比相匹配的調(diào)制方式。 OFDM 技術(shù)使用了自適應(yīng)調(diào)制，可以根據(jù)信道條件來選擇使用不同的調(diào)制方式。自適應(yīng)調(diào)制能夠擴(kuò)大系統(tǒng)容量，但它要求信號必需包含一定的開銷比特，以告知接收端發(fā)射信號所應(yīng)采用的調(diào)制方式。 OFDM 還采用了功率控制與自適應(yīng)調(diào)制相協(xié)調(diào)的工作方式。如果在差的信道上使用較高的調(diào)制方式，就會產(chǎn)生很高的誤碼率，影響系統(tǒng)的可用性。實現(xiàn) OFDM 的關(guān)鍵技術(shù)包括：同步技術(shù)、降低 PAPR（功率峰均值比）技術(shù)、信道估計與均衡、信道編碼與交織等。峰均比指信號峰值功率與平均功率的比值，可以定義為： 210 2m a xPA PR( ) 1 0 l o g RRXdBEX? ???? () 其中， nx 表示經(jīng)過 IFFT 運(yùn)算之后所得到的輸出信號，即 110N nkn k NN kx X W??? ?， E[.]代表數(shù)學(xué)期望。將星座映射后的數(shù)據(jù)序列分別調(diào)制在 N 個子載波上，得到一個基帶 OFDM 符 號，可表示為 : 1 20( ) , [0 , ] , 0 , . . . 1nnN jX TNs t e t T n N????? ? ? ?? () 經(jīng)過射頻端后， OFDM 符號可以表示為 : ? ? ? ?? ?2Re cj f ts t s t e ?π ,其中 cf 為射頻的載波頻率。因此，這里只對復(fù)基帶信號 s (t)的峰值功率進(jìn)行討論。 由式 ()可以得到： ? ? ? ? ? ?11 22 NNnuP k N R u N u N????? ? ? ?? ? ? ? ? ??? () 對所有的子載波幅度進(jìn)行歸一化，可得： ? ?? ?averageP E P k N?? () 根據(jù)峰值平均功率比得定義式 ()，可得： 2p e a ka v e r a g eP NP A P R NPN? ? ?