ofdm通信系統(tǒng)中papr抑制方法研究畢業(yè)論文-資料下載頁

【導(dǎo)讀】信道上的干擾是限制信道上傳輸?shù)臄?shù)率的主要原因。里面，最主要的干擾是由信道的多徑效應(yīng)引起的頻率選擇性衰落。載波傳輸對處理多徑效應(yīng)的弱勢。現(xiàn)今OFDM成為了解決這一。等許多領(lǐng)域并且已經(jīng)確定成為4G無線通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。OFDM有一個固有缺點，信號存在著很大的PAPR，很容易。求，提高了設(shè)備的成本，造成了不必要的浪費(fèi)。必須要降低OFDM信號的PAPR。本文主要研究了OFDM系統(tǒng)中抑制PAPR的問題。編碼類技術(shù)和概率類技術(shù)。使用改進(jìn)的限幅濾波法和選取合適參數(shù)的SLM. 效的降低系統(tǒng)中的PAPR，而且計算復(fù)雜度很小，實現(xiàn)簡單，具有很好的實用價值；效果，在適當(dāng)?shù)那闆r下依然很適用。

　　

【正文】 而降低了系統(tǒng)的誤碼率性能和頻譜效率。 編碼類技術(shù)采用編碼的方法將原來的信息碼子映射到一個具有比較理想的PAPR 特性的傳輸碼上，從而避免了那些會出現(xiàn)信號峰值的碼 子。該類技術(shù)是線性操作，他不會使信號產(chǎn)生畸變，因此也沒有限幅類技術(shù)帶來的噪聲和干擾。但是編碼類技術(shù)的技術(shù)復(fù)雜度很高，編碼解碼的過程都比較復(fù)雜，更重要的是，這一類技術(shù)會很快的降低傳輸速率，因此只能用于子載波數(shù)比較少的情況。 概率類不像編碼類技術(shù)那樣完全的避開信號的峰值，他是著眼于高峰值出現(xiàn)的概率，使高峰值出現(xiàn)的概率降低。這類方法也是線性過程，因此，他們不會使信號產(chǎn)生畸變，也不會帶來噪聲和干擾。這類方法可以有效的降低信號的 PAPR值，但是他的缺點和編碼類技術(shù)類似的，計算復(fù)雜度太大。 總之，在實際的運(yùn)用中，要根據(jù) 當(dāng)時的條件和情況來選定最恰當(dāng)?shù)姆椒▉斫档?OFDM 系統(tǒng)的 PAPR 值，使其對 OFDM 系統(tǒng)性能的影響最小，結(jié)果最理想。 OFDM 通信系統(tǒng)中 PAPR 抑制 方法研究 15 第三章 基于限幅方法 PAPR 抑制算法 限幅方法限制 OFDM 系統(tǒng) PAPR 原理 作為最簡單、最直接的降低 OFDM 系統(tǒng) PAPR 的方法， Clipping 算法是直接對信號做非線性處理，對較大 PAPR 的信號進(jìn)行限幅。使其不會超過放大器的動態(tài)范圍，進(jìn)入放大器的非線性區(qū)域。如圖 為限幅原理圖，其中 x 為限幅前的信號幅度， )(xg 為限幅后的信號幅度。這樣限幅之后的信號幅度就會限制在 A內(nèi)。 AAg (x )x 圖 限幅方法原理圖 傳統(tǒng)限幅方法帶來的問題及插值濾波方法的提出 限幅帶來的如此直接簡單的非線性操作肯定可以有效的降低 OFDM 系統(tǒng)的PAPR，但是，他也會帶來帶內(nèi)噪聲和帶外干擾。這時我們在源信號頻域數(shù)據(jù)中間插入了 NK 個 0 來擴(kuò)充原來的數(shù)據(jù)，之后再進(jìn)行 IFFT 運(yùn)算，在限幅之后查看頻域信號，在我們擴(kuò)充 0 的部分產(chǎn)生明顯的帶外干擾，在原頻域信號也產(chǎn)生了帶 內(nèi)噪聲，在我們選取了合適的限幅方式之后，如圖 與圖 對比所示，這些干擾和噪聲是我們不希望看到的，所以需要采取一定的手段降低限幅的非線性操作給我們的系統(tǒng)帶來的影響。 0 50 100 150 200 250 3001 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81頻率 /f幅度限幅前的頻域信號 圖 限幅前頻域信號圖 OFDM 通信系統(tǒng)中 PAPR 抑制 方法研究 16 0 50 100 150 200 250 3001 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81頻率 /f幅度限幅后的頻域信號 圖 限幅后頻域信號圖 明顯出現(xiàn)了帶內(nèi)噪聲和帶外干擾之后，由于帶內(nèi)噪聲我們無法消除，所以只能通過濾波的方式去除帶外干擾。即插值濾波法，如圖 ，為濾波后去除了帶外噪聲的效果。 0 50 100 150 200 250 3001 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81頻率 /f幅度第一次限幅后的頻域信號 圖 限幅濾波后頻域信號圖 限幅插值濾波法存在的問題及其改進(jìn) 在確定采用限幅方法之后，我們發(fā)現(xiàn)我們采取限幅 方法限制 PAPR 在實際運(yùn)用中還需要做一些改善，那就是限幅值 A 的選擇問題。當(dāng)限幅值 A 的選取不當(dāng)，會造成很嚴(yán)重的噪聲和干擾。以下是我們選取限幅值 2A 為 、 、 時限幅濾波之后的頻域信號圖和 PAPR 與 CCDF 關(guān)系圖。 OFDM 通信系統(tǒng)中 PAPR 抑制 方法研究 17 0 50 100 150 200 250 3001 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81頻率 /f幅度限幅后的頻域信號 圖 2A 為 時限幅濾波之后的頻域信號圖 4 5 6 7 8 9 10 11 12102101100P A P R 0 [ d B ]CCDF (Pr[PAPRPAPR0])O r i g n a lO n e c l i p 圖 2A 為 時限幅濾波之后的 PAPR 與 CCDF關(guān)系圖 0 50 100 150 200 250 3001 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 2024681頻率 /f幅度限幅后的頻域信號 圖 2A 為 時限幅濾波之后的頻域信號圖 OFDM 通信系統(tǒng)中 PAPR 抑制 方法研究 18 4 5 6 7 8 9 10 11 12102101100P A P R 0 [ d B ]CCDF (Pr[PAPRPAPR0])O r i g n a lO n e c l i p 圖 2A 為 時限幅濾波之后的 PAPR 與 CCDF關(guān)系圖 0 50 100 150 200 250 3001 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81頻率 /f幅度限幅后的頻域信號 圖 2A 為 時限幅濾波之后的頻 域信號圖 4 5 6 7 8 9 10 11 1210210P A P R 0 [ d B ]CCDF (Pr[PAPRPAPR0])O r i g n a lO n e c l i p 圖 2A 為 時限幅濾波之后的 PAPR 與 CCDF 關(guān)系圖 可見，當(dāng) A 的值越大時，帶來的噪聲和干擾越小，因為信號高于 A 的概率很小，以至于當(dāng) 2A 為 時，對信號幾乎都沒有限幅的操作，因為幾乎沒有信號的峰值的平方達(dá)到了 。當(dāng) A的值越小，帶來的干擾和噪聲就越大，同時，對信號的限幅效果也越明顯。對比可知，當(dāng) 2A 為 和 時頻域信號圖， 2A 為 OFDM 通信系統(tǒng)中 PAPR 抑制 方法研究 19 時，頻域信號畸變程度非常之大，而 2A 為 信號畸變程度相當(dāng)?shù)停踔習(xí)]有，當(dāng)然， 2A 為 時的限幅效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于 2A 為 時，從 PAPR與 CCDF 的關(guān)系圖可知，當(dāng) 2A 為 時，高 PAPR 基本沒有被抑制，但是當(dāng) 2A為 時，系統(tǒng)的 PAPR 就明顯被抑制了。 可見，我們在實際的運(yùn)用中不能簡單的把 A 取固定值，這樣要么出現(xiàn)噪聲和干擾特別嚴(yán)重的情況，要么出現(xiàn)高 PAPR 沒有被限制的情況，所以我們在選 擇 A的取值上需要做一些調(diào)整。下面我們仿真了當(dāng) A取 4 倍平均功率的情況。 0 50 100 150 200 250 3001 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81頻率 /f幅度限幅后的頻域信號 圖 2A 為 4 倍均值時限幅濾波之后的頻域信號圖 4 5 6 7 8 9 10 11 12102101100P A P R 0 [ d B ]CCDF (Pr[PAPRPAPR0])O r i g n a lO n e c l i p 圖 2A 為 4 倍均值時限幅濾波之后的 PAPR 與 CCDF 關(guān)系圖 在選擇了 4 倍均值作為 2A 后，明顯發(fā)現(xiàn)，帶來的帶內(nèi)噪聲和干擾不是很強(qiáng)烈，系 統(tǒng)的 PAPR 也得到了很好的限制。所以說明了 A 值的選取對系統(tǒng)來說是非常重要的。 雖然 A 的取值可以折中帶來的干擾、噪聲和改善 PAPR 這兩者的關(guān)系。但是其實這樣的噪聲還是我們不可以接受的，從圖 311 可知，在 PAPR 改善上效果已經(jīng)非常可觀，但是就算 A的取值是以均值為基礎(chǔ)，還是會帶來很大的噪聲和干擾。 OFDM 通信系統(tǒng)中 PAPR 抑制 方法研究 20 為了使 OFDM 系統(tǒng)能夠很好的運(yùn)用，我們必須想辦法在限幅的方法上做出改進(jìn)，以適應(yīng)實際需求。 在考慮到 A 的取值之后，我們繼而考慮到了當(dāng)信號峰值超過 A 時，我們把信號限幅之后的幅值，我們可以用信號峰值作為我們限幅后幅度的基礎(chǔ)， 在峰值的基礎(chǔ)上做一系列的線性變化，可以合理的限制高 PAPR 信號的幅度。下面是我們選取 2A 為 4 倍均值，限幅之后幅值為峰值一半時的情況，如式： 2/))_4(_())_4(_( P ow e rMP ow e rSxP ow e rMP ow e rSx ????? （ ） 0 50 100 150 200 250 3001 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81頻率 /f幅度限幅后的頻域信號 圖 2A 為 4 倍均值，峰值一半為限幅值時限幅濾波之后的頻域信號圖 4 5 6 7 8 9 10 11 12102101100P A P R 0 [ d B ]CCDF (Pr[PAPRPAPR0])O r i g n a lO n e c l i p 圖 2A 為 4 倍均值，峰值一半為限幅值時限幅濾波之后的 PAPR 與 CCDF關(guān)系圖 可見限幅值的取值也很大程度的影響了限幅帶來的噪聲和干擾，在選取了限幅值為峰值一半之后，噪聲和干擾都被很大程度的減小了，而且系統(tǒng)也有很好的PAPR 性能。在限制了噪聲和干擾的同時很好的限制了高 PAPR 的出現(xiàn)。但是可以看出，就是取值為峰值一半之后，限幅帶來的噪聲和干擾還是很明顯，所以我們繼續(xù)在限幅值上做出了一些改進(jìn)，以峰值為基礎(chǔ)，令 )_4_( P ow e rMP ow e rSx ??為 tempx_ ，如式： |_|/__4_ te m pxte m pxP o w e rMte m px ??? （ ） OFDM 通信系統(tǒng)中 PAPR 抑制 方法研究 21 以下是我們在選取 2A 為 4 倍均值，峰值為式（ ）時的仿真情況。 0 50 100 150 200 250 3001 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81頻率 /f幅度限幅后的頻域信號 圖 2A 為 4 倍均值，限幅值為式（ ）時限幅濾波之后的頻域信號圖 4 5 6 7 8 9 10 11 12102101100P A P R 0 [ d B ]CCDF (Pr[PAPRPAPR0])O r i g n a lO n e c l i p 圖 2A 為 4 倍均值，限幅值為式（ ）時限幅濾波之后的 PAPR 與 CCDF關(guān)系圖 可見，在選取了合適的 A 值和限幅值之后不管是信號的頻域噪聲和干擾還是抑制 PAPR 的效果都非常可喜。可以說限幅的方法可以折中的選擇已經(jīng)到此為止了。可以看出，雖然限幅的方法最為簡單直接，但是在一系列的改進(jìn)之后，還是可以適用于很多情況下的 OFDM 系統(tǒng)，也可以收獲比 較可觀的效果，而且實現(xiàn)簡單容易，設(shè)備成本也會相對低了很多，簡單的計算也會使處理時間大大降低，可以說雖然簡單直接，但卻不失是比較好的一種方法。 在我們對限幅方法做了相應(yīng)的改進(jìn)，確定了相關(guān)參數(shù)之后，我們確定了 2A 為4 倍均值，限幅值為式（ ）之后。我們得到了理想的限幅效果和較小的噪聲與干擾，但是限幅的效果還沒有達(dá)到我們預(yù)期期待的那樣理想，于是我們采取多次