OFDM中降低PAPR的方法
OFDM信号光纤传输系统中降PAPR方法研究的开题报告
OFDM信号光纤传输系统中降PAPR方法研究的开
题报告
一、研究背景
随着5G时代的到来，OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术被广泛应用于无线通信领域，具有带宽利用率高、频谱效率高、可靠性好等优点。
然而，在光纤通信系统中，OFDM信号的高峰均值功率比（PAPR）较大，会导致光纤传输时出现非线性失真和码间串扰等问题，影响系统的性能和数据传输质量。
因此，如何有效降低OFDM信号的PAPR成为了当前光纤通信系统研究的重要问题之一。
二、研究内容
本文将针对OFDM信号在光纤通信系统中的传输问题，研究降低OFDM信号PAPR的方法。
具体研究内容包括：
1. OFDM信号的基本原理及其在光纤通信系统中的应用。
2. OFDM信号的PAPR分析与性能指标研究。
3. 目前常用的PAPR降低方法，包括裕量削减、选择映射、Tone Reservation等，进行对比研究。
4. 提出一种新的OFDM信号PAPR降低方法，并对其进行理论分析和仿真验证。
三、研究意义
本文研究降低OFDM信号PAPR的方法，旨在提高光纤通信系统的数据传输速率和可靠性，为5G时代的光纤通信系统提供技术支持和理论指导。
同时，本研究也有望拓展OFDM技术在其他领域的应用，有重要的理论和实际意义。
通过OFDM系统峰均比进行算法优化,降低OFDM信号的PAPR
通过OFDM系统峰均比进行算法优化，降低OFDM信号的PAPR OFDM ——OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。
其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。
正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI 。
每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。
而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。
包括以下类型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。
正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术具有传输效率高和有效对抗多径衰落的特点，不但在数字音视频领域得到了广泛的应用，而且已经成为无线局域网标准的一部分。
OFDM技术在军事无线移动通信领域将会获得越来越广泛的应用。
但OFDM系统最主要的缺点是具有较大的峰值平均功率比（PAPR），它直接影响着整个系统的运行成本和效率。
当系统产生很大的峰值时，要求功率放大器、A/D、D/A转换器具有很大的线性动态范围，否则当信号峰值进入放大器的非线性区域时，就会使信号产生畸变，产生子载波间的互调干扰和带外辐射，破坏子载波间的正交性，降低系统性能[3]。
为了避免这种情况，传统的方法是采用大动态范围的功率放大器，或者对功率放大器的工作点进行补偿，但是这样做将会使功率放大器的效率大大降低，绝大部分能量都转化为热能被浪费掉。
OFDM通信系统中PAPR抑制方法研究毕业论
大连海事大学毕业论文二○一四年六月OFDM通信系统中PAPR抑制方法研究专业班级：电子信息工程1班姓名：白黎宾指导教师：那振宇信息科学技术学院摘要随着时代的发展和科技的进步，在无线通信领域中，社会对数据传输数率的要求日益增加。
信道上的干扰是限制信道上传输的数率的主要原因。
在这些原因里面，最主要的干扰是由信道的多径效应引起的频率选择性衰落。
因为传统的单载波传输对处理多径效应的弱势。
现今OFDM（正交频分复用）成为了解决这一问题应用最广泛的技术，OFDM已经广泛用于ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）、HDTV（High Definition Television）和WLAN（Wireless Local Area Network）等许多领域并且已经确定成为4G无线通信网络的核心技术。
OFDM技术就是把信道划分成多个子信道，各个子信道相互正交，频谱相互交叠。
OFDM有一个固有缺点，信号存在着很大的PAPR（峰均功率比），很容易导致OFDM信号的失真、使其系统性能降低，也对系统硬件设备提出了很高的要求，提高了设备的成本，造成了不必要的浪费。
所以，要广泛采用OFDM技术，必须要降低OFDM信号的PAPR。
本文主要研究了OFDM系统中抑制PAPR的问题。
首先阐述了OFDM系统的基本原理和关键技术，然后分析了抑制PAPR的各种方法，主要有信号畸变类技术、编码类技术和概率类技术。
重点研究了信号畸变类技术中的限幅方法和概率类技术中的SLM（选择性映射方法）。
使用改进的限幅滤波法和选取合适参数的SLM方法处理OFDM中的高PAPR值，并且得到了很好的抑制效果。
限幅滤波法能有效的降低系统中的PAPR，而且计算复杂度很小，实现简单，具有很好的实用价值；SLM 方法相对计算较为复杂，系统实现也比较难，但是有很好的噪声干扰的抑制效果，在适当的情况下依然很适用。
关键词：PAPR抑制；OFDM；限幅；选择性映射ABSTRACTWith the advancement of technology and development in the field of wireless communications,data transmission rates of social demands are increasing. However,in real channels , there are various non- ideal linear interference,that’s the main reason to limit the channel transmission rate.Because of these reasons,the most important interference is the frequency selective fading caused by multipath channel.Because the traditional single-carrier transmission to deal with weak multipath effects,the technology has begun to not meet people's needs.Today OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) has become the most widely used solution to this technical problem,OFDM has been widely used in ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), HDTV (High Definition Television), and WLAN (Wireless Local Area Network) and many other fields,getting more and more people's attention, and has identified a core technology of 4G wireless communications network.OFDM technology is the channel which into a plurality of subchannels, each subchannel mutually orthogonal spectral overlap.OFDM has an inherent shortcomings,its signals exist the of a large PAPR (peak to average power ratio),it can easily lead to distortion of the OFDM signal to degrade system performance,and the system also made high hardware requirements to improve the cost of the equipment, resulting in unnecessary waste.Therefore, in order to widely used OFDM technology, we must reduce the PAPR of OFDM signal.This paper studies how to reduce the PAPR of OFDM system.First describes the basic principles and key technologies of OFDM system,and then analyzes the various methods of inhibiting the PAPR,about signal distortion technology, coding technology and probability technology.Focus on the clipping method of signal distortion technology,and SLM(selected mapping method) of probability ing improved limiting filtering and selecting the appropriate parameters in the SLM approach to high-OFDM PAPR value, and get a good inhibitory effect. Limiting filtering system can effectively reduce the PAPR, and the computational complexity is small, simple, with good practical value; SLM method of calculation is more complicated, the system is also more difficult to achieve, but have a goodnoise inhibitory effect, in appropriate circumstances it is still applicable.Keywords: PAPR suppression，OFDM，Clipping，Selected mapping method目录第一章绪论 (1)1.1研究背景及其意义 (1)1.2 OFDM技术发展和研究现状 (2)1.3论文研究的主要内容 (4)第二章OFDM系统原理概述 (5)2.1 OFDM系统基本模型 (5)2.2 OFDM的保护间隔和循环前缀 (6)2.2.1保护间隔 (6)2.2.2循环前缀 (6)2.3 OFDM系统的参数选择 (6)2.4 OFDM系统的中的关键技术 (7)2.4.1 OFDM系统的中的同步技术 (7)2.4.2 OFDM系统的中的信道估计 (7)2.4.3 OFDM系统的中的信道编码 (7)2.4.4 OFDM系统的中的峰均比 (8)2.5 OFDM系统的主要优缺点 (8)2.6 OFDM系统的PAPR（峰均功率比） (9)2.6.1 OFDM系统的PAPR（峰均功率比）的定义 (9)2.6.2 放大器非线性对OFDM中PAPR的影响 (10)2.6.3 OFDM系统中PAPR的分布 (10)2.6.4 评价降低OFDM系统PAPR的技术好坏的因素 (11)2.6.5 降低OFDM系统中PAPR的主要技术 (11)第三章基于限幅方法PAPR抑制算法 (15)3.1 限幅方法限制OFDM系统PAPR原理 (15)3.2 传统限幅方法带来的问题及插值滤波方法的提出 (15)3.3 限幅插值滤波法存在的问题及其改进 (16)3.4 本章小结 (24)第四章基于SLM方法PAPR抑制算法 (25)4.1 SLM方法限制OFDM系统PAPR原理 (25)4.2 SLM方法限制OFDM系统PAPR的分析 (25)4.3 SLM方法限制OFDM系统PAPR的仿真 (25)4.4 限幅算法与SLM算法性能对比与分析 (28)4.5 本章小结 (29)结论与展望 (31)参考文献 (32)致谢 (33)第一章绪论通信已经成为社会发展潮流中不可或缺的角色，越来越多的人开始关注通信领域的发展。
降低OFDM系统PAPR的改进SLM算法_杨晓妮
ci Pk + ck Pk 也就可视为 SLM 算法的相位序列，且 ai ,k 可认为是相应的 OFDM 信号序列。
因此，如果有 OFDM 信号序列 ai 和 ak ，另一个可选择的 OFDM 信号序列 ai ,k 可以不通 过 IFFT 运算而产生。注意，相位序列 ci Pk + ck Pk 并不是统计学中的独立的 Pi 和 Pk 。 现在， 我们将证明如何在相位序列 Pi 和 Pk 是单位大小的情况下使 ci Pk + ck Pk 的每个元 素是单位大小。显然，在以下条件下， ci Pk + ck Pk 的每个元素将会是单位大小： ⅰ） Pi 和 Pk 的每个元素的值为{ ± 1 }； ⅱ） ci = ± 1
u u 设存在M个不同的、长度为N的随机相位序列矢量 P (u ) = ( P0u , P N −1 ) ,其中μ = 1, 1 ,..., P
2,…,M , Pi u = exp( jϕiu ), ϕiu 在[0,2π ) 之内均匀分布。可以利用这M个相位矢量分 别与 IFFT 的输入序列X进行点乘，则可以得到M个不同的输出序列 X µ ，
3 改进的 SLM 方法的基本原理
为了使常规的 SLM 算法能够达到在较大程度上降低 PAPR,我们必须形成一个足 够大的选择性 OFDM 信号，而又该 OFDM 信号由 IFFT 运算产生，这样就会导致大的计 算量。因此，我们希望在不影响降低 PAPR 的情况下，能减小 IFFT 的运算次数。 用 ai 和 ak 表示可选择的 OFDM 信号序列，此序列由常规的 SLM 算法产生。使用 线性 FT，则这两个序列的线性合成表示为：
2
最后译码输出。这样，PAPR 超过门限值的概率就会大大降低，即如果峰均比的门限 值为 PAPR0 ，则原始 OFDM 序列的 PAPR 超过门限值的概率定义为 Pr ( PAPR >
预留载波法降低OFDM峰均比的研究和FPGA实现的开题报告
预留载波法降低OFDM峰均比的研究和FPGA实现的开题报告一、选题意义正交频分复用系统（OFDM）在高速数据传输方面具有很大优势，但OFDM信号的峰均比（PAPR）较大，会使传输系统的动态范围受到限制，进而影响系统的性能。
因此，研究降低OFDM信号PAPR的方法，对于完善OFDM系统的性能和提高数据传输质量具有重要意义。
预留载波法是降低OFDM信号PAPR的一种有效方法。
该方法通过预留一部分载波来减小峰值功率，从而使PAPR得到降低。
同时，该方法对于接收端不需要修改，对系统性能的影响也很小。
二、研究内容本文通过对预留载波法的理论原理进行分析，设计并实现了一个基于FPGA的降低OFDM信号PAPR的系统。
在实现过程中，本文采用了基于VHDL语言的设计方法。
通过设计一个OFDM调制器，控制预留载波的数量并压缩信号的幅度，从而实现降低峰均比的目的。
最后，通过实验对系统技术指标进行测试和分析，验证了预留载波法降低OFDM信号PAPR的有效性和可行性。
三、研究难点及创新点1、预留载波法的理论原理分析。
2、设计一个基于FPGA的OFDM调制器。
3、实现预留载波的压缩和解压。
4、实现系统的硬件部分和软件部分。
四、研究成果与应用前景本研究通过对预留载波法的分析和设计，实现了一个具有较好性能的基于FPGA的OFDM信号PAPR降低系统。
该系统在保证信号完整性和解码性能的前提下，成功实现了OFDM信号PAPR的有效降低，对于提高OFDM系统的性能和传输质量具有重要意义。
该技术可以广泛应用于无线通信、数字电视、宽带接入等领域，可以有效降低系统的PAPR，提高信号的质量和传输速率，为金融、医疗等相关行业的高速数据传输提供技术支持。
利用星座扩展降低OFDM﹢PAPR的新方法
利用星座扩展降低OFDM﹢PAPR的新方法OFDM是一种多载波调制技术，在通信领域中得到了广泛应用。
然而，OFDM会遭受PAPR（峰均功率比）的问题，这会导致信号失真，降低通信质量。
为了解决这个问题，许多方法已经被提出，如：部分传输序列（PTS）、选择映射（SLM）、交替投影线性填充（APLP）等。
本文将介绍一种利用星座扩展的新方法来降低PAPR，以提高OFDM的性能和信道容量。
首先，我们简单介绍一下星座扩展技术。
星座扩展是一种常规的调制技术，它通过增加载波的星座点数量，从而实现了更大的数据传输速率。
基于此，我们可以将星座扩展应用于OFDM系统，以达到降低PAPR的效果。
具体操作是在星座点中插入一些额外的点，这些点可以被视为干扰波，从而均衡信号的峰均功率比。
接着，我们讨论如何通过星座扩展来降低OFDM﹢PAPR。
首先，在OFDM传输中，在星座点周围发生的小幅度波动可能会导致PAPR 的增加。
而因为星座点周围加了很多额外点，这让 OFDM 信号容易达到最大值。
因此，我们可以使用星座扩展来降低 PAPR，而不必引入任何块编码或其他变换技术。
其次，在星座点周围增加的干扰波被用来扩展星座。
这使得每个样本的有用信息量增加，从而提高了OFDM的信号传输质量和容量。
最后，我们总结一下利用星座扩展技术来降低OFDM﹢PAPR的优缺点。
优点是，该方法可以提高系统的信号传输质量和容量，同时不需要引入任何块编码或其他变换技术。
缺点是，星座扩展技术需要占用更多的频宽，降低了系统的效率。
因此，在实际应用中，需要做好平衡。
总之，利用星座扩展技术来降低OFDM﹢PAPR，是一种新的方法，它可以提高系统的性能和信号传输质量。
通过在星座点周围增加干扰波，不仅增加了每个样本的有用信息量，还能有效降低PAPR 的发生率。
同时，需要注意平衡星座扩展技术所占用的频宽，以确保系统的效率。
OFDM系统中降低峰均比的研究
四次限幅滤波
0
2
4
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12
信号限幅滤波后的功率累积分布
OFDM系统中降低峰均比的研究
限幅技术的基本思想就是预先设定一个限幅门限，当信 号的幅度超过这个门限时就会被消掉超出部分，使得信号 峰值不超过设定的门限值。
OFDM系统中降低峰均比的研究
采用限幅算法的仿真程序流程图
开始
信号赋初值 变量赋初值 模拟OFDM信号
OFDM系统中降低峰均比的研究
概率类技术
这类技术并不着眼于降低信号幅度的最大值，而 是降低峰值出现的概率。其基本思想就是降低较大峰值 出现的概率。一般的概率类技术都将带来一定的信息冗 余。概率类技术又包括很多种，主要有：
概率类技术
OFDM系统中降低峰均比的研究
限幅类仿真
在OFDM信号中，由于较大的峰值出现的概率非常小， 因此，限幅是一种非常直接和有效的降低峰均比的技术。
对各信道的峰值信号进 行限幅
计算限幅后信号的峰均 比
画出限幅后各信道峰均 比的图像
结束
OFDM系统中降低峰均比的研究
一次限幅滤波后，信号PAPR值的对比，由图中可以看出限幅后信号 的PAPR值明显降低。仿真结果表明，采用限幅法来降低峰均比是行得通 的。在实际运用中，通过限幅法来降低OFDM系统的峰均比，使得发射 机中的功率放大器高效工作，提高系统的整体性能。
y
x
限幅原理图
OFDM系统中降低峰均比的研究
然而，限幅是一个非线性过程，它将导致严重的带内 干扰和带外噪声，从而降低整个系统的误比特率性能和频 谱效率。限幅后滤波可以降低带外频谱干扰，但这又将导 致峰值再生。但我们可以通过多次限幅滤波过程来进行一 步降低信号的峰值。
基于ofdm的移动通信系统中抑制峰均功率比的算法设计
基于ofdm的移动通信系统中抑制峰均功率比
的算法设计
峰均功率比(PAPR)是OFDM系统中一种重要的性能指标，它会影响到系统的传输效率和功率放大器的性能。
为了降低PAPR，现提出以下算法设计。
首先，采用PTS技术，在原始OFDM信号中插入多个空信道，在每个信道插入不同的相位，并使用IFFT将插入的信道与原信号合并。
这样可以分散原信号的能量，降低PAPR。
其次，采用CLIP技术，在每个OFDM符号中选择一个阈值，并限制符号中所有样本的幅值不能超过该阈值。
这个阈值应该能够平衡系统的误码率和PAPR，通过实验确定。
这样可以有效地减小PAPR值。
最后，将上述两种技术结合使用，可以进一步降低PAPR值，并且保证系统的传输质量。
实际测试结果显示，这种算法设计能够有效地抑制OFDM系统中的PAPR，提高系统的传输效率和性能。
此外，还可以采用其他方法，如选择性映射技术、块旋转技术等，来降低系统的PAPR值。
但是在具体实现时需要结合具体系统情况做出选择，并加以优化设计。
使用联合方法降低OFDM系统PAPR
关键词：正交频分复用；峰均功率比；部分传输序列；选择性映射
中图分类号：TP33
文献标识码：A
文章编号：2095-1302（2015）09-0048-03
0引言 OFDM 技术是一种具有远大应用前景的通信技术，它能
对抗频率选择性衰落，故可广泛应用于无线通信、数字语音 广播以及无线局域网标准中。在信号衰减严重、噪声大、干 扰多的电力线通信环境中，采用 OFDM 技术进行数据传输是 一种最优的选择。在具体实现中，OFDM 时域信号由 N 个信 号叠加，产生的峰值功率将会是信号平均功率的 N 倍，也称 此为峰均功率比（PAPR）。高峰均功率比一直是 OFDM 通信 的固有缺陷，这会对放大器的线性范围和 A/D，D/A 变换器 提出很高的要求 ，因此，降低高峰值平均功率比一直是实现 OFDM 系统的关键技术之一。
摘 要：针对正交频分复用（OFDM）系统的高峰均功率比（PAPR）问题，介绍了选择性映射方法（SLM）和部分传输
序列（PTS）方法，提出了一种将SLM和PTS相结合的改进方法用来降低OFDM系统的PAPR，并将改进的方法与传统SLM方
法进行仿真比较。仿真结果表明，改进方法比传统SLM方法更能有效降低系统的PAPR，也更适合应用于OFDM数据通信。
x^ t h = 1 N/-1Xk e , 0 j2rkDf # t # NT N k=0
（1）
其中，Xk 表示第 k 个子载波上的数据符号，Δf 是子载波的间隔， NT 表示有用数据块的周期。PAPR 定义为在一个 OFDM 符号
周期内最大峰值功率与平均功率的比值。
PAPR
=
max
0#t1T
x^ t h 2 E6 x^ t h 2@
目前存在的抑制峰均比的方法主要有限幅方法、编码方 法、概率方法和信号空间扩展方法。这些方法主要通过增加 系统的发射功率、增加比特误码率、增加数据损耗以及增加 系统的计算复杂度来实现 PAPR 的减少。限幅方法会带来带 内失真，增加误码率以及带外辐射，频谱利用率也相应降低。 编码方法只适合于子载波数目较小的情况，概率方法包括选 择映射（SLM）和部分传输序列（PTS）两种方法，这些方法 能够在不改变信号的情况下有效降低信号的 PAPR 值，但在 传输过程中需要传输辅助信息，增加了系统复杂度，系统的 速率也会降低。空间扩展方法通过选择较低 PAPR 组合与发 射信号建立线性影射关系来降低整个系统的 PAPR，需选择合 适的 PAPR 组合，仿真运算量很大。
OFDM中降低PAPR的方法
优点：降低PAPR效果好
7
缺点：信号平均功率增大
OFDM中降低PAPR的方法
•多音内插法(tone injection)：
8
OFDM中降低PAPR的方法
9
OFDM中降低PAPR的方法
•多音预留（TR）：
在实际的OFDM系统中，存在一些预留的子载波。TR 方法通过在预留子载波上加峰值消除信号来降低OFDM信号 的峰均功率比。 1 N 1 j 2 kt / T ( ) x(t ) x(t ) c(t ) X C e k k N k 0 其中，c(t ) 为峰值消除信号。 缺点：复杂度高；频谱 利用率低
10 10 10 10 BER 10 10 10 10 10
1 0
OFDM DFA-OFDM
-1
-2
-3
-4
-5
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-7
0
5
10 SNR(dB)
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BER characteristics
(multi-path channel: rms delay spread = 50 ns)
24
小结
thimm?pi0001100001000010ipi??????????????????????????uipiu?iui?bbdfaofdmbyunitarytransformation17?typicalumatrixfordfatransform?vandermondematrixisusedinausingcarrierinterferometrywithdfaofdmbyunitarytransformation012100000121111101212222012111111kkkkmmmmjjjjjjjjjjjjjjjjeeeeeeeeueeeemeeee????????????????????????????????????????????????????2ikkim???ad
用部分相关-PTS方法降低OFDM系统的PAPR
用部分相关-PTS方法降低OFDM系统的PAPR贾莹莹;杨霖;王田;胡武君【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2014(000)002【摘要】文章介绍了降低 OFDM (正交频分复用)系统PAPR (峰均功率比)的各种技术，对PTS (部分传输序列)技术进行了改进，提出了部分相关-PTS方法。
该方法的基本思想是经过基带调制数据分割之后，使得除第一个数据块之外的其他每一个数据块分别与第一个数据块做互相关运算，然后按照传统PTS方法继续处理部分相关的数据子块。
在接收端，根据每一个子块(第一个子块除外)与第一个子块互相关值的正负来判断该子块所乘的旋转相位，无需传输边带信息就可以恢复出原始信号。
仿真结果验证了该方法的有效性。
%This paper introduces various technologies for the reduction of the Peak-to-Average Power Ratio (PAPR)of Orthog-onal Frequency Division Multiplexing(OFDM)systems,modifies the conventional Partial Transmit Sequence (PTS)technolo-gy and proposes a partial-correlation-PTS method.The fundamental idea of this method is that after the original modulated fre-quency domain signals are divided into several data blocks,every other data block than the first one does cross-correlation cal-culation with the first data block and then continue to handle partial-correlation data subblocks in accordance with the conven-tional PTS method.At the receiver end,the multiplied rotation phase of each data subblock except the first one is decided ac-cording to the positive or negative property ofthe cross-correlation value of that subblock with the first data subblock.Thus the original signals can be recovered without transmitting sideband information.The effectiveness of the partial-correlation-PTS method is verified by the simulation results.【总页数】4页(P63-66)【作者】贾莹莹;杨霖;王田;胡武君【作者单位】电子科技大学通信抗干扰技术国家重点实验室，四川成都 611731;电子科技大学通信抗干扰技术国家重点实验室，四川成都 611731;电子科技大学通信抗干扰技术国家重点实验室，四川成都 611731;电子科技大学通信抗干扰技术国家重点实验室，四川成都 611731【正文语种】中文【中图分类】TN929.5【相关文献】1.PTS-TR方法降低CO-OFDM系统的PAPR [J], 司亚楠;陈鹏2.用时域自相关匹配方法降低OFDM系统的PAPR [J], 贾莹莹;杨霖;王田;胡武君3.一种降低CO-OFDM系统PAPR的PTS方法 [J], 校红信;梁猛;巩稼民;张帅4.一种基于IDFT和PTS结合降低OOFDM系统PAPR的新方法 [J], 王一名;殷洪玺5.OFDM系统中基于迭代和门限理论降低PAPR的改进PTS方法 [J], 巩朋成;黎锁平;侯尚林;王克融因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
PAPR减小方法
1 选择性映射（SLM）PAPR减小方法失真程序功能：采用SLM方法减小OFDM符号PAPR程序代码：Clear all;clc;close all;N=128;%FFT长度，即OFDM信号子载波个数M=5;%M-1为SLM选择支路数Base_MOD_Set=[1 -1 j -j];%星座映射为4PSKBase_MOD_Set=[1+j -1+j 1-j -1-j 3+j -3-j 3-j -3-j 1+3j…-1+3j 1-3j -1-3j 3+3j -3+3j 3-3j -3-3j];%星座映射为16QAMPhase_Set=[1 -1 j -j];%4种随机相位选择Phase_Set=[1 -1];% 2种随机相位选择MAX_SYMBOLS=le5;%循环数，参数MAX_SYMBOLS个OFDM符号，求PAPR供统计用PAPR_Orignal=zeros(1, MAX_SYMBOLS);%存放每个循环中的原OFDM符号PAPR PAPR_SLM=zeros(1, MAX_SYMBOLS);%存放每个循环中SLM后的OFDM符号PAPRX=zeros(M,N);%存放星座映射后的发送数据，可以理解为频域信号Index=zeros(M,N);%存放在Base_MOD_Set和Phase_Set中进行随机星座映射和产生随机相位的索引for nSymbol=1: MAX_SYMBOLSIndex(1,:)=randint(1,N,length(Base_MOD_Set))+1;%产生星座映射索引Index(2,M,:)=randint(M-1,N,length(Phase_Set))+1;%产生随机相位索引X(1,:)= Base_MOD_Set(Index(1,:));%进行星座映射Phase_Rot=Phase_Set(Index(2,M,:));%产生随机相位序列X(2,M,:)=repmat(X(1,:),M-1,1).* Phase_Rot;%进行星座映射后的数据与随机相位序列矢量点乘。
降低多载波系统中PAPR的讨论
─
─
OFDM信号发射机基本结构 信号发射机基本结构
数 据 编 码 并 串 IFFT 串 / / 并 / /
Ri
D/A
LPF
x(t)
coswct
y(t) Ii
s(t) sinwct
D/A
LPF
PAPR的定义 的定义 如果用S(t)表示调制后的时域信号，PAPR的定义 ~(t ) 2 是如下： max s PAPR(dB ) = 10 log 10 ~(t ) 2 E s
−r 2 ~ (t ) s 的幅值服从瑞利分布，其概率函数为 p a (t ) = 2re 1 σ= 标准方差
2
OFDM符号 ~(t ) 的统计分析 续2 符号 s 的统计分析—续
~ (t ) s 的功率分布则要服从两个自由度的中心 χ 2分布， 其均值为0，方差为1，概率密度函数为 pa (t ) = e − y
采用不同算法的SLM 的系统PAPR的互补累积分布
方法举例—PTS 方法举例
PTS原理框图
PTS对系统性能的改善 对系统性能的改善
采用不同算法的PTS的系统的PAPR的互补累积分布
针对时域同步的TDS-OFDM系统的特点， 系统的特点， 针对时域同步的 系统的特点 降低PAPR的方法 降低 的方法 作为TDS-OFDM系统的一个实例，DMB-T帧结 构的特点如下图
(
)
P{PAPR ≤ z} = 1 − e
(
− z αN
)
降低PRPR的方法、原理和比较 的方法、 降低 的方法
方法
原理
信号畸变
块编码
概率论方法
不同加权序列对每个 OFDM符号加扰，选 择具有最小PAPR的 OFDM符号 自适应子载波选择 （ASUS） 选择性映射（SLM） 部分发送序列（PTS） 擦除型选择（EPS） 预加扰（pre-scrambling）{{}
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OFDM DFA-OFDM
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BER characteristics
(multi-path channel: rms delay spread = 50 ns)
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6 8 Peak/Average(dB)
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(a) BPSK modulation
(b) QPSK modulation
PAPR properties
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Simulation results
•剪波法：
0.25 Peak 0.2 Original Signal Clipped Signal Cplipping Threshold
x[n], | x[n] | A C[ n ] A, | x[n] | A
优点：简单
Amplitude
0.15
0.1
0.05
0
0
10
20
30
40 Time
20
Simulation results
0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 10 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 10 20 30 40 50 60 70 80 20 30 40 50 60 70 80 2 1 0 -1 -2 10 20 30 40 50 60 70 80
e j0 0 e j1 1 j 0 U e 2 M 0 e jM 1
0
e e e e
1 j0 1 j1 1 j 2
e e e e
2 j 0
j12
2 j 2
1 j M 1
2 j M 1
j1K 1 e K 1 j 2 e K 1 e jM 1 e
Simulation Environment
Initial U matrix [A] and P(i) matrix
0 1 P (i ) 0 0 0 0 1 i 0 0 0 1 0 0 0 1 0
1 1 2 j 1 e M 2 1 j2 U 1 e M M 2 1 e j ( M 1) M
Prob x[i ]
2
2
1 e
2
因此，峰均功率比的分布即为：
Prob PAPR x[i ] 2 Prob x[0] 2 , x[1] 2 ,...x[i 1] 2 Prob x[i ]
2
2
N
4
OFDM中降低PAPR的方法
X M
IFFT
b2
S M
+
x(t )
bM
Phase factor Optimization
13
PTS Algorithm，Partition Methods
Three partition methods: (a) Adjacent (b) Interleaved (a) (c) Random
Unitary matrix U
u0,0 u0, M 1 U u M 1,0 uM 1, M 1
Transformed output b is given by
b [b(0), b(1), , b( M 1)]T Ua
OFDM中PAPR问题产生的原因 PAPR的特性 降低PAPR的方法及优缺点
信号失真方法： 剪波法 压缩扩张法 有效星座拓展 多音内插 多音预留 信号无失真方法： 选择性映射 部分传输序列 子载波相位旋转法
25
2
10
1
10
1
OFDM signal Single-carrier baseband signal DFA-OFDM signal(i=0,j=0) DFA-OFDM signal(i=26,j=0) DFA-OFDM signal(i=26,j=60)
10 1-CDF(%)
0
10 1-CDF(%)
OFDM中降低PAPR的方法
彭薇 2015年5月
1
峰均功率比(Peak to Average Power Ratio)
•峰均功率比（PAPR）的产生： b0 1
bห้องสมุดไป่ตู้ 1
b2 1
b3 1 •峰均功率比（PAPR）的定义：
x(t )
2
2 max x n PAPR (dB) 10log10 0n N 1 2 E x n
16
DFA-OFDM by Unitary Transformation
i th M M permutation matrix P (i )
0 1 P(i ) 0 0
0 0 1 i 0 0 0 1 0 0 0 1 0
0.6
Output signal
0.4
0.2
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
|x(t)|
3
3
峰均功率比
•峰均功率比的分布： 1 n 1 j 2 ki / n x[i ] X k e [ ] , 0 i n 1 n k 0 当N很大时，OFDM时域信号x[i]的实部和虚步分别近似服 从高斯分布。因此x[i]的功率服从卡方分布。
19
Simulation Environment & Results
M=64 BPSK/QPSK/16QAM/64QAM
2,000 OFDM symbols for each modulation Time domain waveforms PAPR BER performance at multi-path fading channel (RMS delay spread = 50ns, 802.11g model)
峰均功率比
•高峰均功率比的影响：
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 10 20 30 Time 40 50 60
0.8 1
1.6 1.4
HPA
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 10 20 30 Time 40 50 60
F(|x(t)|)
Input signal
(b)
(c)
14
DFA-OFDM by Unitary Transformation
System Block Diagram
DFA Trans a
IFFT
S/P d(j)
P/S c
GI
U(i,j)
b
GR r(t)
S/P c
FFT b
Inv. DFA Trans U(i,j) H H
P/S a d(j)
2
DFA-OFDM(Before LPF) DFA-OFDM(After LPF) 10
1
10
1
10 1-CDF(%)
0
10 1-CDF(%) 2 4 6 8 Peak/Average(dB) 10 12
0
10
-1
10
-1
10
-2
10
-2
10
-3
0
10
-3
0
2
4
6 8 Peak/Average(dB)
10
12
(a) PAPR of QPSK DFA-OFDM (i=0,j=0)
(b) PAPR of 16QAM DFA-OFDM (i=0,j=0)
PAPR changes before/after LPF
22
Simulation results
10
2
10
OFDM signal Single-carrier baseband signal DFA-OFDM signal(i=0,j=0) DFA-OFDM signal(i=18,j=0) DFA-OFDM signal(i=18,j=37)
U
DFA OFDM block diagram
15
DFA-OFDM by Unitary Transformation
Assumptions
M-point IFFT/FFT TX signal : d(j) (j=0,1,2,…) input vector : a [ a (0), a (1), , a ( K 1)]T
优点：降低PAPR效果好
7
缺点：信号平均功率增大
OFDM中降低PAPR的方法
•多音内插法(tone injection)：
8
OFDM中降低PAPR的方法
9
OFDM中降低PAPR的方法
•多音预留（TR）：
在实际的OFDM系统中，存在一些预留的子载波。TR 方法通过在预留子载波上加峰值消除信号来降低OFDM信号 的峰均功率比。 1 N 1 j 2 kt / T ( ) x(t ) x(t ) c(t ) X C e k k N k 0 其中，c(t ) 为峰值消除信号。 缺点：复杂度高；频谱 利用率低