OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究

OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究2024/3/28OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究

正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)具有較高的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗多徑衰落能力，被看作第四代移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一。但OFDM存在傳輸過(guò)程中峰均比值(PAPR)較高的問(wèn)題，這就減少了功率放大器的線性區(qū)，影響著整個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)行成本和效率。本文對(duì)OFDM系統(tǒng)降低峰均比(PAPR)的技術(shù)作了一定的研究。首先分析了目前降低PAPR的三類主要技術(shù)：1、限幅類技術(shù)，又包括限幅濾波技術(shù)、峰值加窗技術(shù)和峰值抵消技術(shù)。2、編碼類技術(shù)。3、概率類技術(shù)，又包括選擇映射、部分傳輸序列和子載波保留算法。由于限幅類方法是降低PAPR最簡(jiǎn)單，也是最直接的方法，因而本文中將針對(duì)限幅類方法進(jìn)行了深入研究。用matlab軟件來(lái)做仿真。通過(guò)分析仿真前后的PAPR值，來(lái)驗(yàn)證限幅法能夠降低OFDM系統(tǒng)的PAPR，提高系統(tǒng)性能，降低在實(shí)際運(yùn)用中的成本。OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究峰均比在某個(gè)時(shí)刻，若多個(gè)載波以同一個(gè)方向進(jìn)行累加時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的峰值，從而要求功率放大器具有很大的線性區(qū)域。否則，當(dāng)信號(hào)峰值進(jìn)入放大器的非線性區(qū)域時(shí)，就會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生畸變，從而產(chǎn)生子載波間的互調(diào)干擾和帶外輻射，破壞子載波間的正交性，降低系統(tǒng)性能。因此，必須采用一定的技術(shù)來(lái)降低信號(hào)的峰均比值。OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究

設(shè)信號(hào)s(t)，則其功率OFDM信號(hào)的峰均比定義為：

OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究降低OFDM系統(tǒng)峰均比的方法為了降低OFDM信號(hào)的PAPR值，許多人對(duì)此進(jìn)行了研究。到目前為止，已經(jīng)提出了許多降低PAPR值的技術(shù)。把這些技術(shù)劃分成三類：限幅類技術(shù)、編碼類技術(shù)和概率類技術(shù)。OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究

限幅類技術(shù)限幅類技術(shù)采用了非線性過(guò)程，直接在OFDM信號(hào)幅度峰值或附近采用非線性操作來(lái)降低信號(hào)PAPR值。非線性過(guò)程的缺點(diǎn)會(huì)引起信號(hào)的畸變。屬于這類技術(shù)的有:限幅濾波、峰值加窗和峰值抵消。限幅類技術(shù)OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究編碼類技術(shù)編碼類技術(shù)限制可用于傳輸?shù)男盘?hào)碼字集合，只有那些幅度峰值低于的碼字才能被選擇用于傳輸，從而完全避開(kāi)了信號(hào)峰值。這類技術(shù)為線性過(guò)程，因此不會(huì)出現(xiàn)限幅類技術(shù)那種限幅噪聲。由于對(duì)可用碼字進(jìn)行了限制，所以可用碼字?jǐn)?shù)目變少，其傳輸?shù)男畔⑺俾氏陆?。OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究

概率類技術(shù)這類技術(shù)并不著眼于降低信號(hào)幅度的最大值，而是降低峰值出現(xiàn)的概率。其基本思想就是降低較大峰值出現(xiàn)的概率。一般的概率類技術(shù)都將帶來(lái)一定的信息冗余。概率類技術(shù)又包括很多種，主要有：概率類技術(shù)OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究限幅類仿真

yx限幅原理圖在OFDM信號(hào)中，由于較大的峰值出現(xiàn)的概率非常小，因此，限幅是一種非常直接和有效的降低峰均比的技術(shù)。OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究

然而，限幅是一個(gè)非線性過(guò)程，它將導(dǎo)致嚴(yán)重的帶內(nèi)干擾和帶外噪聲，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的誤比特率性能和頻譜效率。限幅后濾波可以降低帶外頻譜干擾，但這又將導(dǎo)致峰值再生。但我們可以通過(guò)多次限幅濾波過(guò)程來(lái)進(jìn)行一步降低信號(hào)的峰值。0246810012概率原始信號(hào)限幅門(mén)限一次限幅濾波二次限幅濾波三次限幅濾波四次限幅濾波信號(hào)限幅濾波后的功率累積分布OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究

限幅技術(shù)的基本思想就是預(yù)先設(shè)定一個(gè)限幅門(mén)限，當(dāng)信號(hào)的幅度超過(guò)這個(gè)門(mén)限時(shí)就會(huì)被消掉超出部分，使得信號(hào)峰值不超過(guò)設(shè)定的門(mén)限值。OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究

信號(hào)賦初值變量賦初值模擬OFDM信號(hào)計(jì)算限幅后信號(hào)的峰均比畫(huà)出限幅后各信道峰均比的圖像開(kāi)始結(jié)束對(duì)各信道的峰值信號(hào)進(jìn)行限幅采用限幅算法的仿真程序流程圖

OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究一次限幅濾波后，信號(hào)PAPR值的對(duì)比，由圖中可以看出限幅后信號(hào)的PAPR值明顯降低。仿真結(jié)果表明，采用限幅法來(lái)降低峰均比是行得通的。在實(shí)際運(yùn)用中，通過(guò)限幅法來(lái)降低OFDM系統(tǒng)的峰均比，使得發(fā)射機(jī)中的功率放大器高效工作，提高系統(tǒng)的整體性能。

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四次限幅濾波后信號(hào)PAPR值的對(duì)比，可以看出重復(fù)限幅濾波可以顯著降低信號(hào)的PAPR值，每次限幅濾波過(guò)程都能進(jìn)一步改善信號(hào)的PAPR特性。這個(gè)結(jié)果告訴我們，在實(shí)際運(yùn)用中，當(dāng)一次限幅后不能達(dá)到我們需要的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以采用多次限幅濾波來(lái)進(jìn)一步降低峰均比值，最終達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究

從仿真結(jié)果中我們能看出，限幅后的信號(hào)它的PAPR值明顯降低，而且多次限幅后可以使效果更加明顯，每次限幅濾波過(guò)程都能進(jìn)一步改善信號(hào)的PAPR特性。仿真結(jié)果證明，限幅法是有效的，同時(shí)，限幅法也是最直接、最簡(jiǎn)單的方法。但是，限幅法也有它的缺點(diǎn)，限幅是一個(gè)非線性過(guò)程，它將導(dǎo)致嚴(yán)重的袋內(nèi)干擾和帶外噪聲，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的誤比特率性能和頻譜效率。OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究OFDM技術(shù)展望由于OFDM可以有效地消除信號(hào)多徑傳播所造成符號(hào)干擾(ISI)，OFDM技術(shù)良好的性能使得它在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著因特網(wǎng)的發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求也不斷增大，人們希望移動(dòng)通信系統(tǒng)能提供更廣泛的業(yè)務(wù)種類，包括話音、視頻、多媒體和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的寬帶無(wú)線系統(tǒng)，國(guó)際電信聯(lián)盟已開(kāi)始著手制定下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，即4G。隨著4G標(biāo)準(zhǔn)的制定，OFDM將作為主流技術(shù)寫(xiě)入4G標(biāo)準(zhǔn)中。而OFDM已存在的許多不兼容的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)影響其廣泛的使用。正如任何新技術(shù)