OFDM的降PAPR技术matlab仿真

OFDM系统的关键技术---降低PAPR2

主要内容OFDM技术简介OFDM技术中的PAPR问题降低PAPR方法畸变法编码法概率法总结3OFDM系统OFDM:是将信道分成若干正交子信道，将高速数据流通过串并变换转换成并行的低速子数据流，调制到等频率间隔的相互正交的子载波上进行并行传输。4PAPR定义5PAPR示意图N=4时,OFDM系统中存在极端PAPR的示意图6单载波与多载波系统PAPR单载波系统根据调制方式不同，PAPR也有所差异。QPSK调制理论的PAPR是3dB，实际系统稍高一些。CDMA单载波系统中，运用功率控制技术，PAPR可达13dB。多载波系统中，N较大时，理论上最大PAPR约为10log10N，但在实际情况下出现理论峰值概率非常小，实际PAPR比理论值小不少。例如，载波数256时，理论PAPR约为24dB，实际上只有12dB左右。7降低PAPR的必要性高PAPR要求系统内的功率放大器、模数转换器等具有很大的线性动态范围；由于在大多数时间内，信号的幅度都远远低于峰值，因此功率放大器的利用效率会非常低，大部分能量会转化为热能而被浪费，这在移动设备中是绝不允许的。由于OFDM系统功率峰均比(PAPR)较高从而增加发射机功放的成本和耗电量不利于上行链路的实现。因此,在3GPPLTE系统中,上行传输方案采用带循环前缀的SC-FDMA。SC-FDMA是一种新型的单载波频分多址方式，比多载波的PAPR低1-3dB左右。8降低PAPR方法信号畸变技术：限幅方法、压缩扩展变换法（C变换）编码技术：主要是利用不同编码所产生不同的码组而选择PAPR较小的码组作为OFDM符号进行数据信息的传输。概率类技术：选择性映射（SLM）、部分传输序列（PTS）用概率的方法来降低OFDM信号的PAPR，并不是要降低信号幅度的最大值，而是要降低峰值出现的概率。9信号畸变法---限幅法限幅法：直接在OFDM信号幅度峰值或附近采用非线性操作来降低信号PAPR值。限幅法相对于原始信号加一矩形窗，但是矩形窗会带来频谱扩散，所以可以采用非矩形窗函数，如cosine窗以及Hamming窗等。选择窗函数原则：频谱特性比较好，不能在时域过长。因为如果太长则意味着很多的信号抽样值受到影响，这样会导致误码率的增加。10限幅法效果图

限幅法就是给定一个限幅门限，超过此门限的信号峰值都被限制在此门限以外。11限幅法效果图参数设置：子载波K=128

OFDM符号数10000限幅次数：4限幅门限：2*平均功率调制方式：4-QAM

12限幅法仿真结果限幅后的信号峰均比就严格地不会超过所规定的门限值，峰均比根据门限的不同得到相应的改善，门限越低，改善越大。13限幅法误码率仿真然而，限幅是一个非线性过程，会引起信号的畸变，使得整个系统的BER性能下降，限幅门限越低，信号失真越明显，系统的BER性能就越差。14信号畸变法---C变换法压缩扩展变换:把大功率发射信号压缩，把小功率信号进行放大。使发射信号的平均功率保持相对不变，可以减小系统的PAPR，还可以增强小功率信号抗干扰的能力其中，μ律压缩扩展算法可以运用。为了保持压缩后信号的平均功率不变，常选择平均功率作为压缩的拐点值，其两边的变换相对于拐点对称。这种方法降低了信号的PAPR，且平均功率保持不变，因而也就不会增加系统对功放非线性的敏感性。15C变换法C变换法明显改善了峰均比的性能。16编码技术法编码类方法经常使用分组编码的方法，它的基本思想是发送端通过使用分组编码来只发送低PAPR的码字，丢弃高PAPR的码字。17编码技术法编码技术的关键就是寻找既具备好的编解码性能，又有较好的检错纠错能力的码字集会，同时PAPR又要低。典型的码组有分组码、格雷(Golay)互补码，雷德密勒(Reed-Muller）码和m序列等。采用编码技术可显著降低OFDM的PAPR，并且接收端可以利用冗余信息进行纠错，但是此方法增加了频谱的开销，大大降低了信息速率，因为有用信息速率正比于ln(N)／N，当N很大时，编码效率非常低，因而不能用于子载波数目大的情况。目前提出的许多编码方法都只是针对载波数目较小的OFDM系统，对载波数目很大的OFDM系统，尚未找到有效的编码方法。18概率类技术---选择性映射选择映射法(SLM)的基本思想是产生包含相同信息相互独立的M个OFDM序列，分别乘以不同的系数，然后选择使时域信号x有最小PAPR的一组发送。框图如下所示。19SLM法仿真结果

采用SLM后可以大大改善系统的峰均比分布。M为SLM的支路数，在M=4时，峰均比性能改善约2dB。20SLM法仿真结果

SLM支路数M越大，PAPR性能越好。但随着支路数的进一步增加，复杂度明显增加。SLM减小峰值出现的概率，是以额外计算M-1路IFFT运算为代价的。21SLM法仿真结果从图中可以看出，M取值不同时，BER曲线几乎重合，所以SLM法不会导致误码率的增加。22概率类技术---部分传输序列部分传输序列法(PTS)的基本思想是：将输入的OFDM符号分割成V个互不重叠的子块，每个子块向量大小相等，然后乘以适当的辅助加权系数，再将其求和，得到最佳的PAPR性能的序列。其框图如下图所示。23PTS法仿真结果

采用PTS后也可以大大改善系统的峰均比分布。V为PTS的分组数，W为加权信息的取值范围，在V=4、W=2时，峰均比性能改善约2dB。24PTS法的决定PAPR因素1．不同的分割方法采用相邻分割和随机分割方法的OFDM系统，在不同分割子序列数量M条件下，随机分割方法的PAPR性能都要优于相邻分割和交织分割方法。2．分组数量V和加权系数的不同取值范围W在相同分割数量V条件下，W取值越大，PAPR性能越；

在相同W条件下，分割数量越大，PAPR性能越好。3．不同子载波数量N在相同条件下，OFDM符号的子载波数量越多，PAPR性能越低。25PTS法仿真结果

采用不同的分割方法，OFDM系统的PAPR特性也不同，随机分割的性能最好，接下来是相邻分割，最差的是交织分割。26PTS法仿真结果

PTS分组数V越大，PAPR性能越好。但随着支路数的进一步增加，复杂度明显增加。PTS减小峰值出现的概率，是以额外计算V-1路IFFT运算为代价的。27PTS法仿真结果

PTS法加权系数的不同取值范围W越大，PAPR性能越好，但计算量也会大幅提升。28概率类方法总结选择映射法(SLM)是对所有的子载波进行独立地扰码处理，部分传输序列法(PTS)仅对子载波组进行扰码处理。这两种方法适用于任意数量的子载波数，而且调制的种类也不受限制。但是由于需要传送附加信息位，所以频带利用率低，硬件实现的复杂度也较高。29总结限幅法有其