毕业设计（论文）
题目基于自适应压扩法降低
OFDM系统的峰均比
专业通信工程
班级通信023班
学生支强
指导教师王林
2006 年
西安理工大学本科生毕业设计（论文）
系
系主任
批准日期毕业设计（论文）任务书电子系系通信专业023 班学生支强
一、毕业设计(论文)课题基于自适应压扩法降低OFDM系统的峰均比
二、毕业设计(论文)工作自2006 年 2 月 27 日起至 2006 年 6 月 25 日止
三、毕业设计(论文)进行地点校内
四、毕业设计(论文)的内容要求
1、设计目的：通过本课题的设计，使学生了解OFDM的发展现状和优缺点，针对OFDM的PAPR较大的缺点进行研究，通过研究培养学生独立解决问题的能力；
2、设计要求：
（1）学习OFDM的相关知识；
（2）分析降低PAPR的几种方法；
（3）设计自适应压扩法；
（4）对算法进行仿真分析；
3、具体设计步骤：
（1）查阅有关文献资料，主要是OFDM方面的文献；
（2）熟悉FFT算法等，并初步确定算法方案；
（3）熟悉MATLAB仿真工具的使用；
1
支强：基于自适应压扩法降低OFDM系统的峰均比
（4）对仿真结果进行分析，确定最终的算法方案；
（5）确定算法流程，并用matlab仿真；
（6）调试结果，分析结果，得出结论；
（7）撰写毕业设计论文；
（8）答辩
4、撰写合格或高质量的毕业论文
（1）论文要有题目、指导教师姓名、中英文摘要、章节目录等；
（2）要有序言、正文、结论、参考文献等；
（3）翻译一篇译文，英文单词不少于3000字，内容要与毕业设计内容相关；
（4）论文要字迹工整、清晰、图表规范符合国家标准；
5、初步提供查阅文献及资料
（1）OFDM的相关资料
（2）自适应压扩算法的相关文献
负责指导教师
指导教师
接受设计论文任务开始执行日期
学生签名
毕业设计（论文）进度表
2
西安理工大学本科生毕业设计（论文） 电子系
月日周次任务阶段名称及详细项目检查
日期
检查结果
1 查阅文献
2 查阅文献
3 熟悉OFDM相关知识
4 熟悉降低PAPR方法
5 熟悉FFT算法
6 熟悉MATLAB
7 算法的初步确定
8 算法的初步确定
9 算法的MATLAB仿真
10算法的MATLAB仿真
3
支强：基于自适应压扩法降低OFDM系统的峰均比
月日周次任务阶段名称及详细项目检查
日期
检查结果
11算法的MATLAB仿真
12仿真结果分析比较
13撰写毕业论文
14撰写毕业论文
15毕业设计验收，撰写毕业论文
16完成毕业论文
17答辩
指导教师（签名）学生（签名）年月日年月
4
西安理工大学本科生毕业设计（论文）
基于自适应压扩法降低OFDM系统的峰均
比
专业：通信工程
班级：通信021班
作者：
指导教师： 职称：教授
答辩日期：2006-06-18
摘 要
正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术可以出色的对抗抗多径衰落、消除码间干扰且具有极高的频谱利用率。此外它还采用了快速傅立叶变换，大大降低了收发机的实现复杂度，因此被广泛地应用于HDSL、ADSL、DAB、HDTV、WLAN等领域中。
但是，目前OFDM技术还有很多关键问题没有得到有效解决，如对频偏敏感、高峰均功率比问题等，这些都限制了OFDM技术的近一步广泛应用。本论文主要围绕自适应压扩法降低峰均功率比问题展开论述，并利用matlab软件完成了仿真。主要做了以下工作：
论文首先回顾OFDM发展历程，说明了该技术的优缺点，讲解了OFDM技术原理，介绍了OFDM信号的产生过程，并对OFDM信号的收发机制进行了仿真。接着，给出峰均功率比的定义和分布，分析了产生高峰均值的原因，简要地介绍了其它预畸变方法，如限幅法，峰值加窗，传统的压扩技术。最后，分析自适应压扩法降低PAPR的性能，并用matlab完成相关仿真。
关键词正交频分复用，峰均功率比，自适应动态压扩法
Abstract
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) can strongly combat multi-path fading and dispersive channel interference. It also has high bandwidth efficiency. Besides, using DFT can greatly reduce the complexity of the receivers and transmitters so OFDM has been widely used in several areas such as HDSL,ADSL,DAB,HDTV,WLAN.
However, many key problems of an OFDM system has not been solved yet, such as sensitivity of frequency offsets and high PAPR(Peak to Average Power Ratio),which limit wide application of OFDM technique. This thesis mainly focuses on the technique of adaptive dynamic range companding to reduce the high value of
5
支强：基于自适应压扩法降低OFDM系统的峰均比
PAPR, and uses MATLAB software to achieve simulation. We have achieved the following work:
Firstly, the history of OFDM technique, its key techniques, advantages and disadvantages of OFDM technology are analyzed in this thesis.
Secondly, the principle of OFDM technology and the production of OFDM signal are introduced, then using MATLAB to simulate the production and reception of an OFDM signal.
Thirdly, the definition and distribution of PAPR are introduced. This paper then deduces the reason of high PAPR. Some pre-distortion techniques like clipping and filtering, peak windowing and traditional companding technique are analyzed briefly.
(4) analyze the performance of Adaptive Dynamic Range Companding of reducing PAPR, then use matlab to achieve relative simulation.
KEY WORDS:orthogonal frequency division multiplexing, peak-to-average power ratio, adaptive dynamic range companding
目 录
前言 (1)
第1章 绪论 (3)
1.1 OFDM技术的提出 (3)
1.2 OFDM技术的发展历程及应用 (3)
1.3 OFDM技术的优缺点 (4)
1.4 本论文的主要工作安排 (6)
第2章 OFDM技术的基本原理 (7)
2.1 信道容量分析 (7)
2.2 OFDM基本原理 (7)
2.3 IFFT/FFT原理 (11)
2.4 OFDM参数选择 (12)
2.4.1 有用符号持续时间 (12)
2.4.2 子载波数 (12)
2.4.3 调制模式 (13)
2.5 OFDM系统仿真 (14)
第3章 OFDM系统中的峰值平均功率比 (16)
3.1 问题的引出 (16)
3.2 峰值平均功率比的定义 (17)
6
西安理工大学本科生毕业设计（论文）
3.3 OFDM信号的分布 (18)
3.4 利用自适应压扩法降低OFDM系统的PAPR (19)
3.4.1 限幅法 (20)
3.4.2 传统的压缩扩张法 (20)
3.4.3利用u-律函数对OFDM信号进行自适应动态压扩 (20)
3.5 算法仿真 (22)
第4章 总结 (29)
致谢 (30)
参考文献 (31)
附录 (32)
前 言
OFDM(正交频分复用,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种无线环境下的高速传输技术,它是未来无线宽带接入系统的基本实现技术之一,也可能会成为下一代蜂窝移动网络的无线接入技术,它的重要性是显而易见的。目前,OFDM技术已经应用到不同领域中。由于它有很好的抗多径能力,被采纳作为欧洲的数字音频广播系统(Digital Audio Broadcasting, DAB)和地面数字视频广播系统(Terrestrial Digital Video Broadcasting, DVB-T)的标准。无线局域网(Wireless Local Area Network, WLAN)标准IEEE802.11a,也把它作为物理层的传输手段,用于5GHz频段内支持6Mbit/s到54Mbit/s的高速无线传输。由于它可以比较好的解决在高速率无线通信中面临的由于多径带来的符号间干扰问题,人们已经把它列为第四代移动无线通信系统的一种候选方案,用来实现超过2Mbit/s的移动无线多媒体和数据通信。另外,OFDM在非对称数字用户线(Asymmetrical Digital Subscriber Line, ADSL)等有线通信系统中也被应用。
OFDM在这些应用中已经表现出强大的生命，但也有一些关键问题需要解决，如对频偏敏感、高峰均功率比等。高峰均功率比使它对放大器的线性范围要求大，同时也降低了放大器的效率。OFDM在未来通信系统中的应用，特别是在未来移动多媒体通信中的应用，将取决于上述问题的解决程度。
本论文主要研究自适应动态压扩法降低峰均比的性能。目前所存在的抑
7
支强：基于自适应压扩法降低OFDM系统的峰均比
制PAPR的方法大致可以分为三类：第一类是信号预畸变技术，即在信号经过放大之前，首先要对功率大于门限值的信号进行非线性畸变，包括限幅（clipping）、峰值窗（peak windowing）以及压缩扩展等；第二类是编码，即避免使用那些会生成大峰值功率信号的编码图样，如采用循环编码、M序列、分组编码等，其优点是系统相对稳定、简单、降低PAPR的性能也较为稳定，但是由于可供使用的编码图样数量比较少，特别是当子载波数量较大时，系统吞吐量会严重下降，频带利用率低；第三类方法是利用不同的加扰序列对OFDM信号进行加权处理，从而选择PAPR较小的码字来传输，如选择性映射（SLM）和部分传输序列（PTS），这类方法抑制PAPR的效果最为明显，但是由于其在系统中加入了边带信息的传输和处理，不可避免增加了系统的复杂度。本论文所采用的自适应动态压扩法属于信号预畸变技术，对小信号进行扩大，对大信号进行压缩，而保持平均功率不变。论文对此方法的原理进行了详细阐述，并用matlab对此算法进行仿真，仿真结果证明自适应压扩法可以取得很好的降低PAPR的效果。
8
西安理工大学本科生毕业设计（论文）
第1章 绪论
1.1 OFDM技术的提出
在典型的无线信道中，发送信号的多次反射导致多径传播。不同的传播路径具有不同的传输延迟，从而使得信道表现出时间色散特性。由此引起的符号间干扰（ISI）是无线系统设计中需要考虑的因素。采用怎样的处理方法将由数据传输速率或者等效传输带宽决定。
如果传输速率较低，而且与信道的最大延迟相比，符号持续时间较长，那么就有可能无需任何均衡技术来处理ISI。但随着系统的通信距离或者数据速率的增加，ISI就变得越来越严重，这时就必须借助信道均衡技术。例如GSM系统中，五个符号内的ISI可以被均衡，因为需要采用信道估计并计算滤波器系数。一个好的均衡器也可以处理一个更长符号序列的ISI，但是有时会受到均衡计算复杂度的限制。比如，如果数据以10Mb/s的速率在最大延迟10us的信道上传输，那么ISI将扩展到100个符号，这样计算相应数量的滤波器也就变得非常复杂。
OFDM传输技术正是在这样的背景下提出来的。它是多载波技术的一种，提供了让数据以较高的速率在较大延迟的信道上传输的另一种途径。OFDM 的主要思想就是把一个高速率的数据流分解成很多的子数据流，以并行的方式在多个子信道上传输。由于并行数据支路都是窄带信号，可近似认为每个支路都经历平坦衰落，并且符号持续时间比信道的最大延迟还要大，从而消除了ISI。同时由于子载波间是正交的，这就使得OFDM信号经由多个子载波传输而不相互干扰。
1.2 OFDM技术的发展历程及应用
OFDM 的历史可以追溯到20世纪60年代中，Chang发表了关于带限信号合成进行多信道传输的论文,其中阐述了把消息在线性带限信道中,无通道间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI) 并行传输的基本原理。之后, Saltzberg 对这种处理进行了分析,并得出了这样的结论:“设计一个有效的并行处理
9
支强：基于自适应压扩法降低OFDM系统的峰均比
系统的目的应该在于减少相邻信道间的串话,而不在于完善单个信道, 因
]1[
为减小串话失真更为重要。”这个非常重要的结论, 在几年之后所形成的数字基带处理技术中得到了证明。
]2[
1971年Weistein和Ebert对OFDM 的发展做出了重要贡献,他们将DFT 技术引入OFDM中,进行基带调制和解调。他们的工作不在于“完善单个信道”,而是引入更加有效的处理技术, 避免了使用大量子载波振荡器。并且为了减少ISI和ICI,他们在OFDM符号间加入了保护间隔以及时域升余弦窗函数。但是他们的系统子载波在弥散信道环境下不能保持完善的正交性。
1980年Peled和Ru iz对OFDM技术做出了另一个重要贡献,即把循环前缀(CP)或称循环扩展引入OFDM以解决正交性问题。他们在保护间隔中加入的是O FDM符号的循环扩展,而不是使用空白保护间隔,从而有效地模仿了循环卷积信道,当CP大于信道冲激响应时间(即信道的最大延迟扩展τmax)时,就能够保证弥散信道中子载波间的正交性。虽然加入CP也同时带来了能量损失,但是相比于其所获得的几乎是零的ICI,还是值得的。
近几年来数字信号处理(DSP)技术和超大规模集成(VLSI)电路技术的
发展解决了大量复杂运算和高速存储的问题,促进了OFDM的实用化。目
前,OFDM已为多种数字无线通信的标准所采纳,如欧洲的数字音频广播DAB、数字视频广播DVB-T,以及无线局域网IEEE802.11a等。OFDM在蜂窝移动通信中应用始于20世纪80年代中期,而从1993年开始兴起了OFDM与CDMA相结合
的研究,产生了3种结合方式：MC-CDMA、MC-DS-CDMA以及MT-CDMA,统称为多载波CDMA。OFDM也被应用于有线环境的各种高速PSTN接入用以抗脉冲干扰、防止串话,如ADSL,HDSL,VDSL等,当OFDM应用于有线时,通常被称为DMT ,即离散多音频。
1.3 OFDM技术的优缺点
OFDM是一种多载波传输技术，N个子载波把整个信道分割成N个子信道，N个子信道并行传输信息。OFDM系统有许多非常引人注目的优点。
第一，OFDM具有非常高的频谱利用率。普通的FDM系统为了分离开各子
10
西安理工大学本科生毕业设计（论文）
信道的信号，需要在相邻的信道间设置一定的保护间隔（频带），以便接收端能用带通滤波器分离出相应子信道的信号，造成了频谱资源的浪费。OFDM系统各子信道间不但没有保护频带，而且相邻信道间信号的频谱的主瓣还相互重叠，但各子信道信号的频谱在频域上是相互正交的，各子载波在时域上是正交的，OFDM系统的各子信道信号的分离（解调）是靠这种正交性来完成的。另外，OFDM的个子信道上还可以采用多进制调制（如频谱效率很高的QAM），进一步提高了OFDM系统的频谱效率。
第二，实现比较简单。当子信道上采用QAM或MPSK调制方式时，调制过程可以用IFFT完成，解调过程可以用FFT完成，既不用多组振荡源，又不用带通滤波器组分离信号。
第三，抗多径干扰能力强，抗衰落能力强。由于一般的OFDM系统均采用循环前缀（Cyclic Prefix，CP）方式，使得它在一定条件下可以完全消除信号的多径传播造成的码间干扰，完全消除多径传播对载波间正交性的破坏，因此OFDM系统具有很好的抗多径干扰能力。OFDM的子载波把整个信道划分成许多窄信道，尽管整个信道是有可能是极不平坦的衰落信道，但在各子信道上的衰落却是近似平坦的，这使得OFDM系统子信道的均衡特别简单，往往只需一个抽头的均衡器即可。
第四，无线数据业务一般存在非对称性，即下行链路中的数据传输量要大于上行链路中的数据传输量，这就要求物理层支持非对称高速率数据传输。OFDM系统可以通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不对称的传输速率。
第五， OFDM 易于与其他多种接入方法结合使用，构成 OFDMA 系统，其中包括多载波码分多址MC-CDMA[6]、跳频 OFDM 以及OFDM-TDMA等等，使多个用户可以同时利用OFDM技术进行信息的传输。
当然，与单载波系统比，OFDM也有一些困难问题需要解决。这些问题主要是：
第一，同步问题。理论分析和实践都表明，OFDM系统对同步系统的精
11
支强：基于自适应压扩法降低OFDM系统的峰均比
度要求更高，大的同步误差不仅造成输出信噪比的下降，还会破坏子载波间的正交性，造成载波间干扰，从而大大影响系统的性能，甚至使系统无法正常工作。
第二，OFDM信号的峰值平均功率比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）往往很大，使它对放大器的线性范围要求大，同时也降低了放大器的效率。
OFDM在未来通信系统中的应用，特别是在未来移动多媒体通信中的应用，将取决于上述问题的解决程度。
1.4 本论文的主要工作安排
第一章、论述了OFDM技术的发展历史及该技术的优缺点，并对本论文所研究的主要工作进行了说明。
第二章、简单分析OFDM系统信道容量的计算，OFDM系统的基本构成和数学模型，并用matlab搭建了一个简单的OFDM模型。
第三章、给出峰均功率比的定义和分布，分析了产生高峰均值的原因，简要介绍其它预畸变方法，如限幅法，传统的压扩技术；分析自适应压扩法降低PAPR的性能，并用matlab完成相关算法仿真。
第四章、对本论文进行全面的总结。
12
西安理工大学本科生毕业设计（论文）
第2章 OFDM 技术的基本原理
2.1 信道容量分析
假定传输的带宽限定为W C ，信道频率响应为C （f），发射机的平均发
射功率为P av ，
噪声功率谱密度为，通带内的信号功率谱密度为P(f),则有
)(f m ΦP
av = （2-1） ∫W df f P C )(根据Shannon 的信道容量公式 C=W C 1(log 2N W P C C
av
+ （2-2） 对于多载波系统，子信道带宽，N=f ?W C /f ?，则第i 个子信道的容量
为：
C i =f ?)(f |)C(f |)p(f *f 1(m
2
i i 2log i f Φ??+ （2-3） 总的信道容量
))(|)(|)(1(log 12
2∑=Φ+?=N
i i
m i i f f C f p f C （2-4） 当 0时， f ?∫Φ+=
W df f f C f p C C m ))
(|)(|)(1(log 22 （2-5） 2.2 OFDM 基本原理
设OFDM 信号的符号周期为T ，子载波频率间隔为1/T ，则有。各子载波满足正交条件，即有 T n f f C
n /+=∫???≠==T t j t j n
i n i T dt f f e e i n 0*2*2,0,*ππ (2-6) 各个子载波的调制频谱为sinx/x 形状，其主峰值对应于其它子载波频谱的零点。各子载波组合在一起，总的频谱形状非常近似矩形频谱，其频谱宽度接近传输信号的奈奎斯特带宽，所以OFDM 系统的频谱利用率极高。OFDM 信号的频谱如图2.1所示。由于省掉了带通滤波器，从而简化了系统。
13
支强：基于自适应压扩法降低OFDM 系统的峰均比
再有，由于每个子载波上所传输的信息互不相关，相加后在时域内合成的信号非常近似于白噪声，早在20世纪50年代，哈尔凯维奇就从理论上证明，信道传输的最佳信号形式应该具有类似白噪声的统计特性，这从另一方面说明了OFDM 系统抗多径衰落的能力。
Normalized Frequency (×π rad/sample)P o w e r /f r e q u e n c y (d B /r a d /s a m p l e )原发送信号频谱
图2.1 OFDM 信号频谱图 OFDM 系统的基本框图如图2.2
所示。
图2.2 OFDM系统框图
在图2.2中，一对快速离散傅立叶变换（IFFT/FFT）是OFDM 系统基本结构的重要组成部分，OFDM 用它们来实现调制和解调。发送端通过串并转换的信号在经过一次调制（MPSK 或 QAM）之后采用IFFT 进行二次调制，使各个子载波上的信号是正交的，然后再进行并串变换就形成了 OFDM 信号。设OFDM 信号发射周期为［０，Ｔ］，在这个周期内并行传输的Ｎ个符号为)......,(110C C C N ?其中C i 为复数，并对应调制星座图中的某一矢量。比如
C i
=a(i)+b(i)*j，a(i)和 b(i)分别是要传输的并行信号，将其合成一个 14
西安理工大学本科生毕业设计（论文）
15
复数个10T N n ?= (2-7)
将上式离散化，可得到X(t)信号的抽样。
10N n (2-8)
这种信号经过数模转换器滤波以后便可经上变频在信道中传输了。在解调1
0~N k (2-9)
式（２－8）是离散傅立叶反变换（IDFT）的一般形式，而式（２－9）是离信号。对很多个这样的复数信号采用快速傅立叶变换，同时也实现对正交载波的调制，这就大大加快了信号的处理调制速度（在接收端解调也同样）。由于实际发送的是复数的实部，因此在IFFT 的算法中会将处理后的信号都映射为实数，然后再经过射频调制。设第n 符号n C 调制第n 个
载波（表示第 n 个载频的幅度和相位）为e
t j f n *2π，则在[0，内的任一时刻t，OFDM 信号可以表示为
[,)(/2t t X T nt j n e C ∈=∑πT]],0 ∑=/2)(T nk j n e C k X π ?=时，利用式(2-9)可以得到输出信号。
∑?=/2)()(T kn j e k X n x π ?=散傅立叶变换的一般形式，这就是利用数字信号处理技术实现多载波并行传输的基本原理。这样可以大大简化了多载波并行系统结构且可利用快速傅立叶变换（IFFT/FFT）高速算法使系统实用。具体的 IFFT／FFT变换
图2.3 OFDM 调制中的IFFT/FFT 变换
支强：基于自适应压扩法降低OFDM 系统的峰均比
OFDM调制的一般处理过程是：发送端将{C }做 IFF n T 得到信号
{X(k)}，然后经D/A 转换和滤波，则得到了OFDM信号；接收端将接收到的信号抽样后得到{X(k)}，然后对其进行FFT得到{Cn}的估计值。OFDM 系统
中各载波为f n f f c n ?+=*，其中f ?s
T N T *1/1==(T S 为串行数据的符号周期，是系统所用频率范围起始值）。在发送端，速率为bit/s的串行比特流, 经过数据编码器, 每个比特被映射为一个符号(M 为
f C R b M 2lo
g 符号空间的符号个数),从而产生速率为R S M
R b =符号/s的串行符号2log 流,符号周期R T S
S 1=N (单位s)。将这些串行符号串并变换为N 路并行符号,每一个符号调制个正交子载波中的一个,N 个调制后的子载波相加,再进行传输,然后再读入N 个符号,重复以上过程。每N 个子载波和被称为一个OFDM 符号(宽带信道被划分成N 个窄带子信道)。OFDM符号的周期T T S OFDM N ?=,但是因为共有N 个串行速率为N R S 以上所推导的结果是在不考虑符号间干扰、的子信道并行传输, 故总数据速率不变。
多径衰落等情况下得出的。信道中的多径传输，以及瑞利衰落会破坏子载波间的正交性，其结果会使T，现在要增加为 T' = T +信号无法正确解调。因此，系统采用了一种方法，就是增加保护间隔。最初的保护间隔是用空数据填充的,这虽然消除了ISI,但却破坏了信道间的正交性。后来提出了用循环前缀填充保护间隔的方法,即把Y个样值的最后M 个复制到个OFDM符号的前端作为保护间隔,利用循环卷积的概念,只要循环前缀的长度大于信道的冲激响应,信道间仍是正交的。符号周期由T增加至 T’= T +ΔT,ΔT是保护时隙,增加保护时隙会降低频谱利用率, 所以ΔT一般小于等于T/4。
OFDM 信号的符号周期为?，
（就是保护间隔）这样，式（２－7）改变为：
0T t t X n n
e C ??∈=∑?],[,)(1
/2N T nt j ?= (2-10) π 16
西安理工大学本科生毕业设计（论文）
在任意时刻t，OFDM 信号可以???=
N T mT t n j mT t g t x e C 1'/)(2)()('π (2-11)
g(t) 定义为：
≤≤??=T
T t t g ,1)( (2-12) 在保护间隔内的OFDM 保护间隔长度大于信道脉冲响应或者多径延时，不会影响本时隙内信号的正常解调，从而可以消除ISI。
表示为：
∑∑∝+∝?==m n m n 0,???
OFDM 符号可以表示为
∑+=?=]2sin )(2cos )([)(n n t n b t n a t X f f ππ
1N T S N t ≤≤00n (2-13)
以T S t =?进行采样, 得
∑?+=1=)]2sin()()2cos()([)(N S n S n T f T f T m n b m n a m X ππ
m =0,1,…N-1 (2-14) 将这些分量以0n S t ?时间间隔进行低通滤波,即进行D/A变换,则又可以恢复为原来的模拟信号X (t )。
将f n f f c n ?+=代入(其中)/(0T *f S ???+=∑?N k =,且取k 为N 的整数倍),
则式(2-14)可写作:
?
???=?1/2)]()([Re )(N n m j e n b j n a m X π m=0,1,2…N-1 (2-15) 而大括号内正是序列x[n]=a(n)+jb[n 换DFT。可见此部分可用DFT 实现,取DFT输出的实部,再经D/A变换和重建(平滑)滤波又可恢复成原来的模拟信号0n ](n=0,1…N-1)的离散傅立叶变X (t ),经上变频即可送入信道进行传输。由于只传DFT输出的实部,在接收端(下变频之后)则须以时间间隔进行采样,并进行2N 点DFT才能恢复出原来的数据]2[。与发送端同,接收端的框内部分也可以用DFT模块代替。
OFDM系统的FFT实现,可以省略大量的振荡器和积分器,而使用比较成2/? 17
支强：基于自适应压扩法降低OFDM 系统的峰均比
熟的DSP技术,可有效地降低系统的成本和复杂度,促进了OFDM系统的实用化。种OFDM 参数的选择就是需要在多项要求冲突中进行折中考虑。通常ndwidth）、比特率（Bit Rate）及保护比的损失，希望OFDM 符号周期长度要到。或者可持续时间T 对子载波之间的间隔和译码的等待周期都有影响，数目和FFT 的长度要有相对较大的数量，这样
2.4 OFDM 基本参数的选则]3[
各来讲，首先要确定三个参数：带宽（Ba 间隔(Guard Interval)。保护间隔的时间长度通常应该为应用移动环境信道的时延扩展均方根值的2-4倍。
一旦确定了保护间隔，则OFDM 符号周期长度就可以确定。为了最大限度的减少由于插入保护比特所带来的信噪远远大于保护间隔长度。但是符号周期长度又不可能任意大，否则OFDM 系统中要包含更多的子载波数，从而导致子载波间隔相应减少，系统的实现复杂度增加，而且还加大了系统的峰均功率比，同时使系统对频率偏差更加敏感。因此在实际应用中，一般选择符号周期长度是保护间隔长度的5倍，这样由于插入保护比特所造成的信噪比损耗只有1dB 左右。
在确定了符号周期和保护间隔之后，子载波的数量可以直接利用-3dB 带宽除以子载波间隔（即去掉保护间隔之后的符号周期的倒数）得以利用所要求的比特速率除以每个子信道的比特速率来确定子载波的数量。每个信道中所传输的比特速率可以由调制类型、编码速率和符号速率来确定。
2.4.1 有用符号持续时间
有用符号为了保持数据的吞吐量，子载波就导致了有用符号持续时间的增大。在实际应用中，载波的偏移和相位的稳定性会影响两个载波之间间隔的大小，如果为移动着的接收机，载波间隔则必须足够大才能使得多普勒频移可以被忽略。总之，选择有用符号的持续时间，必须以信道的稳定为前提。
2.4.2 子载波数
18
一种降低OFDM信号峰均功率比的方法 ——压缩扩展变换 翁金成，车晓璇，李蔚 北京邮电大学电信工程学院，北京（100876） E-mail：jincheng.weng@https://www.doczj.com/doc/ab10159101.html, 摘要：正交多载波频分复用OFDM技术是因能有效克服多径衰落的，并且频谱效率高, 特别适用于高速移动通信系统，但高的峰均比是其主要缺陷。本文着重论述了使用压缩扩展变换技术来降低其PAPR，但是，牺牲了误码率性能。本文还分析了压缩变换对误码率的影响，以及如何选取参数等一系列问题。 关键词：OFDM，峰均比、压缩扩展变换 1. 引言 正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术可以有效抑制由于无线信道多径时延所引起的符号间干扰（ISI），因此它特别适于无线环境下高速数据传输，是被普遍看好的下一代移动通信系统中的关键技术。但OFDM的峰均功率（PAPR）比较高，从而对功率放大器的线性范围提出了很高的要求，这成为OFDM技术实用化的一大障碍。因而如何降低OFDM信号的峰均功率比成了目前研究的一项关键技术。 目前所存在的减少PAPR的方法大概可以分为两类：第一类是在IFFT之前，尽量避免将产生高PAPR的码子，通常的采用循环编码，或利用不同的加扰序列对OFDM符号进行加权处理，从而选择PAPR较小的OFDM符号来传输。这种方法的缺陷是通常可供使用的编码图样数量非常少[4]。第二类是在IFFT之后对高PAPR的信号加以处理，通常有限幅、峰值加窗或峰值消除等技术[2]。这种方法的好处是直观、简单，但缺点是对系统性能将造成损害。 本论文提出了一种压缩扩展变换的方法来降低OFDM信号的PAPR。它的主要思想是源于语音压缩编码技术。据分析OFDM信号幅值的概率分布与话音的概率分布相似，所以我们模仿话音信号的μ律压缩技术来对OFDM信号加以压缩，使OFDM信号的小幅度值扩大，大幅度值缩小，从而降低了OFDM系统的PAPR。本论文主要论述了该压缩扩展技术的效果，它对系统误码率的影响以及如何选取压缩系统的参数等一系列问题。 2. 压缩OFDM系统模型以及PAPR的数学表示 经过压缩变换的OFDM系统的等效简单基带框图如图1所示：
OFDM技术及降低其峰均功率比的二种 有效的方法 The Techniques and an Efficient PAPR Reduced Method of OFDM Systems 徐会彬万国金南昌大学通信系统与应用 摘要:OFDM是一种多载波调制技术,其特的这调制特性决定了它有较高的峰均功率比高峰均功率比信号会对实际放大器提出很高的线性要求,因此,它是限制OFDM技术 实用化的主要障碍.目前虽有很多降低OFDM信号的峰均功率比PAPR的方案,但大 多是以增加系统的复杂程度为代价的.本文提出了两种降低OFDM信号PAPR的方 法,可以在不过分增加系统复杂性的基础上使其PAPR在很大程度上得到降低. 关键词:OFDM(正交频分复用):多径效应;峰均功率比(PAPR);随机相位校正;功率差异Abstract:OFDM,a kind of Multi-carrier modulating techniques,holds a high PAPR(Peak-to-Average-Power Ratio)due to its special modulating characteristics.High PAPR signal limits this technique to be applied in practice because the strict linearity to the power amplifier is required by it .Tough, many schemes presented to reduce the PAPR,most of them are at the cost of incr easing the systems’complexity .By the method of PAPR reduced for OFDM is presented in this thesis,the PAPR,can be lowered to some degree without excessively increasing the complexity of the systems. Key words:OFDM(Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing), multi-path effect, PAPR (Peak-to Average), random phase up dating, power variance(PV) 1引言无线信道的一个重要特点是多径传播，它使接收信号相互重叠，产生符号间干扰 (ISI)。当传输速率较高时，信号持续时间越短，相应带宽越宽，若信号带宽超过信道相干带宽时，信道时间弥散特性将对接收信号产生频率选择性衰落。为解决这个问题，人们提出了多载波调制(MCM)技术。它把高速率数据流分成多个低传输比特速率的数据流，用并行数据流去调制多个载波。正交频分复用(OFDM)是一种特殊的多载波方式。 OFDM在频域把信道分成许多正交子信道，各子信道的载波间保持正交，频谱相互重番，这样减小了子信道间干扰，提高了频谱利用率。同时在每个子信道上信号带宽小于信道带宽，故虽整个信道是非平坦的频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，大大减小了符号间干扰. OFDM适用于多径环境和频率选择性衰落信道中的高速数据传输。由于OFDM具有抗多径能力强、频谱利用率高的优点，因此受到广泛关注.人们不但认为在宽带无线接人领域采用OFDM是发展的趋势，而且它将成为未来移动通信系统的关键技术。 正交频分复用调制是一种频谱利用率很高的调制方式，具有良好的抗衰落能力，并可以实现数据的高速传送，但由于各载波的包络值统计独立，叠加后信号的峰值功率与平均功率的比值，即峰平比(PAPR)将随着载波数的增加而增加，这就要求系统中的功放具有较大的线性放大范围，以避免传输信号的频谱扩散和非线性失真，同时也要求后继的D/A转换器具有较大的转换宽度，这样就增加了实现难度和系统成本.为了降低PAPR已经提出了多种
摘 要: 正交频分复用(OFD M )作为一种高速信息传输的技术,具有很好的抗多径干扰能力,高效的频谱利用率，但它的一个主要缺点就是具有很高的峰均功率比(PAPR)。目前有许多方案用来降低OFDM 信号的峰均功率比，选择映射 (SLM) 方法就是其中一种。文章在传统的SLM 方法基础上进行改进,提出了一种新的方法，该方法在大幅度降低系统复杂度的同时，也提高了系统的性能。 关键词: 正交频分复用 峰均功率比 选择映射 互补累积分布函数 中图分类号: TN914.5 文献标识码: A 文章编号： 1673-1131(2010)01-047-03 一、引言 正交频分复用（O r t hogon a l Fr e que ncy D iv ision Multiplexing, OFD M ）是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。OFDM 技术可以有效的对抗频率选择性衰落，充分的利用频谱资源，适用于高数率和多媒体数据传输，被认为是第四代无线移动通信中的关键技术之一。 降低OFDM系统峰均功率比的 SLM改进方法 代艳丽 武林俊/河南工业大学 信息工程学院（河南 郑州·450052） Improved SLM Ways to Reduced the PAPR of OFDM System DAI Yanli WU Linjun (Institute of Information Engineering, Henan University of Technology,Zhengzhou,450052,China) Abstract: OFDM as a high-speed information transmisson technology,has good resistance to multipath interference,ef ? cient spectrum utilization,but its main disadvantage is that high peak to average power ratio(PAPR).There are many programs to reduce the PAPR of OFDM system,SLM method is one of them.The article proposed a new method based on the traditional SLM method.The new method can signi ? cantly reduce the complexity of system while also improved the system performance. Keyword: OFDM PAPR SLM CCDF 由于OFDM 系统内存在多个正交的子载波，而且其输出信号是多个子信道的叠加，因此，OFDM 也有其自身的缺点。除了对频率偏差敏感之外，OFDM 的另一个缺点就是具有较高的峰均功率比( Peak- to- Average Power Ratio, PAPR) 。相对单载波系统而言，OFDM 发射机的输出信号的瞬时值会有较大的波动，这将要求系统内的一些部件具有很大的线性动态范围，同时也要求后继D/A 转换器具有较大的转换宽度，这样就增加了系统实现难度和成本。如果采用大动态范围的线性放大器或者对非线性的放大器进行补偿，将会使功率放大器的效率大大降低，绝大部分能量都会转化为热能被浪费掉，这对于移动通信中使用电池的终端设备来讲是绝对不能允许的。 本文介绍了降低OFDM 系统峰均功率比的三类方法，针对SLM 方法进行了研究。 二、OFDM 系统的峰均比的定义及分布 信号的峰均比是指信号的最大峰值功率与平均功率的比值。假设 表示在 系统中经过 运算之后所得到的输出信号, 即有 47
移动通信的关键技术 21世纪是移动信息社会，21世纪的社会和经济信息主要以数字和数据格式描述，信息的交流主要依赖于计算机通信，通信发展的趋势是消除人类活动受通信设备的空间和时间的束缚，新的一代移动通信系统即人们称之第三代的核心特征是宽带寻址接入到固定网和众多不同通信系统间的无隙缝漫游，获取多媒体通信业务。 回顾历史，差不多每隔十年移动通信系统就发生一次变革性换代，移动通信系统的发展趋势如图1所示。20世纪80年代的1G的AMPS和90 年代的2G 的GSM，IS-95主要应用于话音业务和电路交换业务，20世纪90年代开始研制的3G即全球移动通信系统IMT-2000。 图1移动通信技术的演进 ITU-R的WP8F工作组研究3G和B3G未来发展，WP8F第六次会议通过“IMT2000未来发展和超IMT2000的远景框架及总目标”（IMT-VIS），见图2。B3G系统在高速移动环境中，可支持100 Mbit/s数据传输，在低速移动环境中，可支持1 Gbit/s数据传输。
图2IMT-2000和超IMT-2000 3G系统的主要参数有：在宏蜂窝环境下，数据传输率为144～384 kbit/s。在微蜂窝环境下，移动速率3 km/h时数据传输率为100 Mbit/s，移动速率60 km/h 时数据传输率为20 Mbit/s，移动速率250 km/h时数据传输率为2 Mbit/s。以IP 为基础的无线接续，支持QoS，支持系统间无缝业务和全球漫游。支持多重模式，支持系统对称和非对称业务。 B3G系统的发展趋势是在固定或游牧移动覆盖区下，数据传输率为 1 Gbit/s，高速移动覆盖区下，数据传输率为100 Mbit/s。信号频谱带宽为100 MHz，频谱利用率为5～20 bit/s/Hz。采取协同分布式无线网络结构，传输制式为宽带多载波的GMC/OFDM/MIMO，接收制式采取迭代并行处理。 3GPP组织确定Evolved UTRA and UTRAN研究计划，研究UMTS的无线接入和网络长期演进（LTE，Long Term Evolution）和发展。3GPP2组织研究空中接口演进（AIE，Air Interface Evolution）。美国启动GENI计划，在全球网络环境中，研究提供“无所不在服务”的下一代互联网。欧洲设置IST （Information Society Technology）计划，研究Winner（Wireless World Initiative New Radio）的泛在无线通信系统。日本有e-Japan计划，采取可变扩频因子—频码正交复用（VSF-OFCDM）技术，下行链路传输速率达到300 Mbit/s。而我