OFDM系統(tǒng)中峰值抑制技術(shù)研究—本科畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 論文（設(shè)計）題目：ofdmofdm 系統(tǒng)中峰值抑制技術(shù)研究系統(tǒng)中峰值抑制技術(shù)研究 姓姓 名名 學學 號號 200800260079 學學 院院 信息科學與工程學院 專專 業(yè)業(yè) 通信工程 年年 級級 08 級 20122012 年年 5 5 月月 日日 山東大學畢業(yè)設(shè)計山東大學畢業(yè)設(shè)計( (論文論文) )成績評定表成績評定表 學院： 信息科學與工程學院 專業(yè)： 通信工程 年級：08 級 姓 名設(shè)計(論文)成績 設(shè)計(論文)題目 ofdm 系統(tǒng)中峰值抑制技術(shù)研究 本論文研究了 ofdm 系統(tǒng)的 papr 抑制技術(shù)和復雜信道環(huán)境下具有魯棒性 的正交頻分復用系統(tǒng)，即基于交錯正

2、交調(diào)制的正交頻分復用系統(tǒng)。通過畢業(yè) 設(shè)計該生具備了良好的分析問題、解決問題的能力以及實踐動手能力，態(tài)度 認真端正。論文主題明確，格式規(guī)范，論述準確，達到了預期的要求。 指 導 教 師 評 語 評定成績： 簽名： 年 月 日 本論文分析了 ofdm 系統(tǒng)的 papr 抑制算法。論文選題明確，書寫規(guī)范， 系統(tǒng)描述詳實，設(shè)計的系統(tǒng)實測功能正常，達到了畢業(yè)設(shè)計的要求。 評 閱 人 評 語 評定成績： 簽名： 年 月 日 論文寫作規(guī)范，論述正確，答辯過程中表述條理，回答問題正確，符合 畢設(shè)要求。 答 辯 小 組 評 語 答辯成績： 組長簽名： 年 月 日 注：設(shè)計(論文)成績=指導教師評定成績(30%)

3、評閱人評定成績(30%)答辯成績 目目 錄錄 目 錄.iii 摘 要.iv abstract.v 第一章 緒論.1 1.1 研究背景 .1 1.2 本文的主要內(nèi)容 .3 第二章 ofdm 的調(diào)制原理 .4 2.1 ofdm 的基本原理 .4 2.3 本章小結(jié).7 第三章 ofdm 峰均功率比及其抑制算法 .8 3.1 ofdm 的峰均功率比 papr.8 3.2 papr 的統(tǒng)計特性 .9 3.3 papr 抑制方法 .11 3.4 本章小結(jié).11 第四章 降低 papr 的預留子載波法.12 4.1 預留子載波法 tr .12 4.2 基于 tr 算法的 matlab 仿真.14 4.4 本

4、章小結(jié).15 第五章 總結(jié).17 致 謝.19 附錄一 英文文獻原文及翻譯.20 摘摘 要要 移動通信的目的是實現(xiàn)高質(zhì)量、高速率的移動數(shù)據(jù)傳輸，而正交頻分復用(ofdm)技 術(shù)是實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N有效手段，被視為下一代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之 一。ofdm 具有無可比擬的優(yōu)勢，比如頻譜效率高，抗多徑能力強等等，但它也有致 命的缺點，比如高峰均功率比(papr)，對頻偏敏感等等。本文首先介紹了 ofdm 的基 本原理及 ofdm 所用到的技術(shù)，然后介紹了 ofdm 峰均比的概念，討論了 ofdm 信號的 統(tǒng)計特性，對現(xiàn)有的 ofdm 峰均比抑制算法進行了總結(jié)，比較了各種算法的優(yōu)缺點， 重點討

5、論了預留子載波法(tr)的原理及其實現(xiàn)。最后，針對預留子載波算法并進行 了仿真和分析。 關(guān)鍵詞：正交頻分復用，峰均功率比，預留子載波法 abstractabstract the destination of mobile communication is to realize high- quality,high-speed data transmission.the orthogonal frequency division multiplexing(ofdm) technology is an effective means of achieving the high-speed data

6、 transmission,which is one of the core technologies of next generation mobile communication system.ofdm has unparalleled advantages,for example,high spectral efficiency and anti-multipath ability.however it also has fatal flaws,such as high peak to average power ratio (papr),sensitivity to frequency

7、 offset and so on.this paper first introduces the ofdm basic principles and techniques used.then the concept of ofdm papr is introduced and the statistical properties of the ofdm signal is discussed.this paper compared both advantages and disadvantages of the existing algorithm,focused on the princi

8、ple and implementation of tone reservation (tr) method.finally,the simulation and analysis of tr method are conducted. keywords:ofdm,papr,tone reservation 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 研究背景研究背景 隨著多媒體業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)以前所未有的速度發(fā)展。人們 對于數(shù)據(jù)速率的要求越來越高，而頻譜資源是有限的，傳統(tǒng)的單載波通信系統(tǒng)已經(jīng) 無法滿足越來越高的速率要求。從七十年代后期基于頻分多址技術(shù)(frequency divis

9、ion multiple addressing，fdma)的第一代無線模擬系統(tǒng)，發(fā)展到八十年代基 于時分多址(time division multiple access，tdma)和碼分多址 (code division multiple access，cdma)的第二代窄帶數(shù)字系統(tǒng)發(fā)展到當前正在使用的第三代移動 通信系統(tǒng)(3g),移動通信在短時間內(nèi)實現(xiàn)了從模擬，低速，窄帶到數(shù)字，高速，寬帶 的飛躍1。在第三代移動通信系統(tǒng)蓬勃發(fā)展的同時，第四代移動通信系統(tǒng)的研究工 作已經(jīng)火熱進行。 為了實現(xiàn)高質(zhì)量、高速率的移動通信，需要克服以下兩個主要技術(shù)難題2： （1）高速移動臺導致的多普勒效應，即移動臺接

10、受信號的頻率由于運動而發(fā)生 偏移，速度越高，偏移越大，多普勒效應就越明顯。 （2）多徑時延擴展引起的嚴重符號間干擾(isi)，為了滿足高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， 單載波傳輸系統(tǒng)勢必要減小單個符號的碼元周期，然而在多徑而且快速時變的通信 環(huán)境中，單載波系統(tǒng)的時延擴展要遠遠大于符號周期，這就會引起很高的誤碼率， 系統(tǒng)無法實現(xiàn)。 為了解決上述難題，一系列新的無線傳輸技術(shù)被提出，目前廣泛應用的多載波 傳輸技術(shù)也被認為是下一代移動通信的主要框架技術(shù)之一3 3。正交頻分復用(ofdm) 技術(shù)由于其高頻譜利用率成為多載波通信技術(shù)的典型代表。 ofdm 技術(shù)具有許多出眾的優(yōu)勢： （1）頻譜效率高：由于 ofdm 系統(tǒng)中

11、各子載波相互正交，頻譜有一半的重疊， 因此大大提高了頻譜效率。如圖 1.1 圖 1.1 (2)抗多徑：由于 ofdm 是將一路高速數(shù)據(jù)變?yōu)?n 路低速數(shù)據(jù)，串并轉(zhuǎn)換之后， 碼元寬度變?yōu)?n 倍，這樣就能有效的抵抗多徑時延擴展帶來的碼間干擾。 (3)由于窄帶干擾只能對子載波的一小部分有影響，因此 ofdm 技術(shù)具有較好的 抗窄帶干擾的能力。 此外，ofdm 還具有許多獨特的性質(zhì)使其頗具吸引力：在無限多徑信道環(huán)境中， 基于 ofdm 技術(shù)的通信系統(tǒng)將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)換為頻率平坦性衰落信道；ofdm 通過添加循環(huán)前綴(cyclic prefix，cp)使迫零均衡等效于最大似然檢測，也可以有 效對

12、抗符號間干擾和載波間干擾；基于 ofdm 技術(shù)的通信系統(tǒng)通過運用自適應技術(shù)， 調(diào)整調(diào)制方式和子載波上的功率分配，使其有效地利用頻帶資源。 目前，ofdm 技術(shù)主要應用在以下方面，如非對稱數(shù)字用戶環(huán)路(adsl)、數(shù)字音 頻廣播(dab)、數(shù)字視頻廣播(dvb)等4 4。然而，與單載波系統(tǒng)相比，ofdm 技術(shù)仍有 以下幾個缺點： （1）高峰均功率比(papr)：由于 ofdm 信號是 n 路子載波信號的疊加，當多路 子載波信號相位一致時，ofdm 信號的瞬時功率就會遠高于平均功率。 （2）ofdm 系統(tǒng)對于頻偏非常敏感：高速移動臺導致的多普勒頻移會破壞子載 波之間的正交性，產(chǎn)生子載波間干擾(ic

13、i)，降低 ofdm 系統(tǒng)性能。 （3）對基于循環(huán)前綴的 ofdm 系統(tǒng)而言，雖然添加 cp 能夠有效抗多徑，但同時 也會導致 ofdm 頻譜利用率下降。 1.21.2 本文的主要內(nèi)容本文的主要內(nèi)容 本文主要研究了 ofdm 的基本原理和系統(tǒng)框圖，介紹了 ofdm 系統(tǒng)中峰均比 papr 的概念和統(tǒng)計特性，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了降低 papr 的算法，重點研究了預留子載波法 并對其進行了仿真。 本文的結(jié)構(gòu)安排如下： 第 1 章介紹了本文的研究背景和 ofdm 的發(fā)展狀況。 第 2 章主要介紹了 ofdm 的基本原理，系統(tǒng)框圖和具體實現(xiàn)。 第 3 章主要引入了峰均功率比的概念并對其進行了數(shù)學定義，討論

14、了 papr 的統(tǒng) 計特性，給出了描述其統(tǒng)計特性的互補累積分布函數(shù)，探討了降低 papr 的方法。 第 4 章著重研究了預留子載波的 papr 抑制算法，并進行了 matlab 仿真和分析。 第二章第二章 ofdmofdm 的調(diào)制原理的調(diào)制原理 2.12.1 ofdmofdm 的基本原理的基本原理 多載波傳輸技術(shù)已經(jīng)成為下一代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，其中應用最廣 泛的當屬正交頻分復用(ofdm)技術(shù)。ofdm 的提出可以追溯到上世紀 60 年代，其早 期技術(shù)需要大量的子載波振蕩器組以及相干解調(diào)器來實現(xiàn)，復雜度較高，沒有得到 快速發(fā)展。1966 年 chang 首次提出以正交子載波將可用頻帶

15、劃分為若干個子信道的 方法，1971 年 weinstein 等人提出以離散福利葉變換(dft)和離散傅里葉反變換 (idft)來代替復雜的模擬調(diào)制的方法，為 ofdm 的實用化奠定了基礎(chǔ)，1980 年 peled 等提出采用循環(huán)前綴作為保護間隔的方法來避免多徑引起的符號間千擾(isi)和載波 間干擾(ici)5,6。隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模集成電路的 誕生，使得 ofdm 的調(diào)制解調(diào)變得簡單。 ofdm 技術(shù)是一種高效的調(diào)制技術(shù)，是一種并行傳輸體制，其基本原理是將頻域 內(nèi)的可用頻帶劃分為若干正交的子信道，將串行的高速信息數(shù)據(jù)流進行串并轉(zhuǎn)換變 為多路低速的并行數(shù)據(jù)流。然后，

16、每一路數(shù)據(jù)對一個子載波進行獨立的調(diào)制，多路 信號疊加在一起構(gòu)成 ofdm 信號。典型的 ofdm 傳輸系統(tǒng)示意圖如下所示： 圖 2.1 ofdm 傳輸系統(tǒng)示意圖 假設(shè)為調(diào)制前的符號，則經(jīng)過 ofdm 調(diào)制之后的信號可以表) 1,.,2 , 1 , 0(nksk 示為： (2-1) 1 0 1 0 2 0 , )()( n k s n k tfj kkk tteststs k 其中，為頻率間隔，為 ofdm 符號周期。ffffk, 0s t 為了能夠正確的接收和解調(diào) ofdm 信號，ofdm 系統(tǒng)接收端的匹配濾波器必須滿 足正交條件7 7，即： 且 (2-2) 1)()( 1 * 0 tt t

17、k t k s s )( , 1)()( 1 * 0 lktt t l t k s s 滿足正交條件的頻率間隔，根據(jù)這一性質(zhì)，ofdm 接收端就能夠采用匹 s t f 1 配濾波的方式解調(diào)信號。 由式 2-1 可知，ofdm 發(fā)送信號是多路正弦信號的疊加，如果對 ofdm 信號進行 采樣離散化，ofdm 的模擬調(diào)制就可以通過快速傅里葉反變換(ifft)來實現(xiàn)，同理接 收端的解調(diào)也可以通過快速傅里葉變換(fft)來實現(xiàn)。假定，并對 ofdm 信號 s k t k f 以進行采樣，則相應的離散 ofdm 信號可以表示為： n ts (2-3) 2 1 0 k n nkj n k kn siffte

18、ss 同理可得到接收端表達式： (2-4) nk siffts 2.2 ofdm 的系統(tǒng)框圖 圖 2.2 基于 ifft/fft 的 ofdm 系統(tǒng)框圖 其基本原理為：將高速數(shù)據(jù)流先進行串并轉(zhuǎn)換，得到 n 路并行低速數(shù)據(jù)流，每 一路數(shù)據(jù)分別對一路子載波進行獨立調(diào)制，一般為 mpsk 或者 mqam 調(diào)制。調(diào)制之后 的信號再進行 ifft 變換，即進行 ofdm 調(diào)制，隨后將離散的 ofdm 信號再進行并串轉(zhuǎn) 換合成一路信號，然后添加循環(huán)前綴，形成最后的發(fā)送數(shù)據(jù)，再進行 d/a 轉(zhuǎn)換，射 頻調(diào)制形成發(fā)送信號，接收端進行相反的處理即可得到原始數(shù)據(jù)。 循環(huán)前綴(cp)的添加4,8 4,8：為了克服多

19、徑時延導致的符號間干擾，有必要在兩 個符號之間預留保護空隙，的長度應該大于最大的多徑時延，這樣一個符 g t g t max 號周期應為，其中(t 為采樣間隔)為 ofdm 的純數(shù)據(jù)長度。但是， fftg tt nttfft 如果僅僅用空白時隙作為保護間隔，雖能克服多徑時延帶來的符號間干擾，但卻破 壞了各子載波之間的正交性，引起子載波間干擾(ici)。因此，采用循環(huán)前綴作為保 護間隔，這樣既能保證子載波間的正交性，又能有效對抗多徑時延擴展引起的符號 間干擾。其做法是截取每一符號周期的尾部一段長度添加到該符號周期的首部，如 圖 2.3 所示： 圖 2.3 循環(huán)前綴 對于離散的 ofdm 信號來說

20、，則為 ofdm 信號長度為 n，將最后的 m 個采樣點循 環(huán)添加到 ofdm 符號的首部，構(gòu)成總長度為 n+m 的采樣數(shù)據(jù)。 2.32.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章詳細介紹了 ofdm 的調(diào)制原理和系統(tǒng)框圖，給出了子載波相互正交的條件。 簡要分析了基于 ifft/fft 的調(diào)制解調(diào)方案并針對 ofdm 的符號間干擾和子載波間干 擾給出了有效的解決辦法，即添加循環(huán)前綴。 第三章第三章 ofdmofdm 峰均功率比及其抑制算法峰均功率比及其抑制算法 3.13.1 ofdmofdm 的峰均功率比的峰均功率比 paprpapr 前文也已敘及，ofdm 的一個主要缺點就是高峰均功率比，這是由于 ofdm

21、 信號 是由若干個相互獨立的經(jīng)過調(diào)制的子載波信號疊加而成的。根據(jù)中心極限定理， ofdm 基帶信號近似為高斯隨機過程，其包絡(luò)服從瑞利分布，相位服從均勻分布2,9 2,9， 這樣合成的信號具有較高的峰值功率，從而造成高峰均功率比。papr 過高，就會對 高功率放大器(hpa)的線性范圍要求過高，如果超出 hpa 的線性范圍，就會引起非線 性失真，影響 ofdm 系統(tǒng)性能。 下面給出 papr 的定義2,9,10 2,9,10。 (3-1)tdb p ts tpapr av 0),)( | )(| lg(10)( 2 其中，平均功率為： av p (3-2)| )(| 2 tsepav 定義最大峰

22、均功率比： (3-3) | )(|max lg(10 2 max av p ts papr 類似的，對于離散信號有： (3-4) | |max| lg(10 2 2 max k k se s papr 圖 3.1 ofdm 信號瞬時峰均功率比示意圖 3.23.2 paprpapr 的統(tǒng)計特性的統(tǒng)計特性 然而，由于出現(xiàn)的概率極小，因此，用互補累積分布函數(shù)(ccdf)來描 max papr 述峰均功率比的分布更有意義，記為： (3-5)1 0 , )(pr 0 pppaprpaprob 該式表示 papr 超過門限的概率為 p。 0 papr 當載波數(shù) n 足夠大時，根據(jù)中心極限定理可知，ofdm

23、 信號采樣點的實部和虛部 近似滿足高斯分布，采樣點的幅度滿足瑞利分布，其概率密度函數(shù)為： (3-6) 2 2 | 2 |2 |)(| x e x xf 圖 3.2 ofdm 信號幅度概率密度函數(shù) 根據(jù)公式 3-6 可得基帶 ofdm 信號的 papr 累計概率分布函數(shù)為： (3-7) npapr epaprpaprob)1 (1)(pr 0 0 如圖 3.3 所示，隨著子載波數(shù)的增加，ofdm 信號出現(xiàn)高 papr 的概率也逐漸增加。 圖 3.3 ofdm 信號 papr 的 ccdf 統(tǒng)計特性 3.33.3 paprpapr 抑制方法抑制方法 由于 ofdm 信號的包絡(luò)具有不確定性，如何抑制

24、 ofdm 信號的 papr 特性引起了廣 泛的研究興趣，在 papr 抑制方面出現(xiàn)了眾多的方法和技術(shù)。 目前降低 papr 的方法大致可分為三類6,10,11：一是信號畸變技術(shù)，指的是 信號經(jīng)過放大器之前先對功率值大于門限的信號進行非線性畸變，此類方法有限幅 法、峰值加窗法等，此類方法最大的優(yōu)點就是簡單，易于實現(xiàn)，但信號畸變對 ofdm 系統(tǒng)性能造成的損害不可避免。二是編碼法，該方法是在 ofdm 調(diào)制之前對比特數(shù)據(jù) 進行編碼處理，調(diào)整輸入信號的相關(guān)性達到抑制 papr 的目的，其優(yōu)點是簡單靈活， 缺點是隨著子載波數(shù)的增加，復雜度急劇上升。三是采用不同的加擾序列對 ofdm 信 號進行加權(quán)處

25、理，選擇 papr 較小的 ofdm 符號進行傳輸如 slm 和 pts 方法，這類方 法最大的缺點就是計算量大。 3.43.4 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章首先引入了峰均功率比 papr 的概念并對其進行了數(shù)學定義。簡單說明了 papr 產(chǎn)生的原因和對 ofdm 性能的影響，詳細的分析了 papr 的統(tǒng)計特性，給出了描 述 papr 統(tǒng)計特性的互補累積分布函數(shù)。由本章討論可知，信號峰均比過高是阻礙 ofdm 廣泛應用的一個重要問題，本文正是基于該背景對降低 ofdm 信號 papr 的方法 進行了研究。最后，對當前存在的各種 papr 抑制算法進行了總結(jié)和比較。下一章， 將對 papr 抑制算法之

26、一的 tr 算法進行重點研究。 第四章第四章 降低降低 paprpapr 的預留子載波法的預留子載波法 4.14.1 預留子載波法預留子載波法 trtr 預留子載波法(tone reservation,tr)是一種無失真的 papr 抑制方法，其基本 思想是在所有子載波 n 中，選取路子載波用于傳送數(shù)據(jù)信號，其余的路子 c n c nn 載波用于傳輸冗余信息2,12。通過設(shè)計冗余信息來達到抑制 papr 的目的。 假設(shè) ofdm 時域采樣信號為，消峰信號為，,., 110 n xxxx,., 110 n cccc 新的復合信號為： (4-1)( cxifftcxx 其中，為 ofdm 系統(tǒng)數(shù)據(jù)

27、子載波矢量，為預留子,., 110 n xxxx,., 110 n cccc 載波矢量并且 x 和 c 不能同時為空子載波，也即： (4-2) , , c k kk k x ku xc c ku 其中，表示數(shù)據(jù)子載波集合，表示預留子載波集合。對于 ofdm 系統(tǒng)接收端而 c uu 言，所有接收信號經(jīng)過 fft 處理后對其進行子載波逐一解調(diào)，所以預留子載波在接 收端可以被直接丟棄，不會對數(shù)據(jù)子載波帶來任何損失。但是，在降低了 papr 的同 時，由于預留了一定數(shù)目的子載波，傳送有效數(shù)據(jù)的子載波數(shù)目就減少了，效率降 低為。/ c nn tr 方法原理如圖 4.1 所示： 圖 4.1 預留子載波法示

28、意圖 具體的算法步驟為2： 1.初始化設(shè)置，迭代次數(shù)為；xx )0( max i 2.在 ofdm 符號里面搜索采樣點 n 滿足，a 表示預設(shè) papr 門限，如果ax i n | )( 所有采樣點都低于門限值，直接跳至步驟 5； 3.根據(jù)式 4-2 更新： )(i x (4-2) * | arg)()()1( )()( )( )( row n ax xji n ii qqaexuxx i n i n 其中是由 ifft 變化矩陣 q 得到的相應子矩陣，表示中第 n 行元素，u 表 q)( row n q q 示步進參數(shù)，用于調(diào)整迭代的快慢。根據(jù)文獻13知道，矩陣為從 ifft 矩陣 q 中

29、q 選取 l 列形成的子矩陣，l 為預留子載波的數(shù)目。 4.更新計數(shù)器 i=i+1，如果 i，跳到步驟 2； max i 5.發(fā)送信號。 )(i x 4.24.2 基于基于 trtr 算法的算法的 matlabmatlab 仿真仿真 使用預留子載波降低峰均比的效果取決于預留載波的數(shù)目，預留載波的位置以 及所能容忍的計算復雜度，計算復雜度決定于預留papr門限值。針對tr算法，本文 進行了matlab仿真，測試預留子載波數(shù)目和papr門限值對ofdm系統(tǒng)性能的影響，并 對仿真結(jié)果進行了分析。 首先分析預留子載波數(shù)目對ofdm性能的影響 分別計算原始信號、預留路子載波情況下ccdf隨papr的(2

30、,4,6,8,10,12,14)l l 變化情況，繪制ccdf變化曲線，得到圖4.2。 在tr方法中，通過多次的循環(huán)迭代選取合適的峰值抵消信號與原始信號復合， 得到新的ofdm信號，從而降低papr。隨著預留子載波數(shù)目的增加，papr的降低性能 也不斷提高，如在ccdf為0.1時，l=14的情況比l=4的情況有1.8db的增益，這一點由 圖4.2可以明顯看出。 圖4.2 tr方法預留不同數(shù)目的子載波對papr的影響 圖4.3 處理前后的ofdm信號對比 由上圖可見，經(jīng)過處理后的ofdm信號的幅度起伏明顯小于處理前，也就是說， 峰均功率比得到了降低。 再來分析一下預設(shè)papr門限對ofdm性能的

31、影響，隨著門限值的降低，papr抑制 性能不斷提高。因為預設(shè)門限降低就意味著需要對更多的ofdm采樣點進行峰值抵消 處理，在提高了papr抑制性能的同時，勢必也會增加計算量和復雜度。實際情況中 要根據(jù)具體需要選擇合適的預設(shè)papr門限。 4.44.4 本章小結(jié)本章小結(jié) 在本章中，主要針對降低 papr 算法之一的 tr 算法進行了較為細致的探討，研 究了 tr 算法的基本思想和集體步驟。tr 算法就是選擇若干路子載波用來傳送數(shù)據(jù) 信號，其余的子載波用來發(fā)送冗余信息，通過設(shè)計冗余信息來形成一個峰值抑制信 號，然后與原數(shù)據(jù)信號復合來抑制 papr。然后，對該算法進行了 matlab 仿真，測 試預

32、留子載波數(shù)目和預設(shè) papr 門限對 ofdm 系統(tǒng)性能的影響，并對仿真結(jié)果進行了 分析。在通信中，有效性和可靠性始終是一對矛盾，結(jié)果表明，預留子載波數(shù)目越 多，則 papr 抑制性能越好，通信的可靠性越高，但同時要注意這會明顯降低有效性。 實際應用中，要根據(jù)需要進行折中。 第五章第五章 總結(jié)總結(jié) 本文首先介紹了 ofdm 的產(chǎn)生和發(fā)展過程，指出了 ofdm 技術(shù)研究的重要意義， 并明確總結(jié)了 ofdm 技術(shù)的優(yōu)勢和缺點。隨后，針對 ofdm 的主要缺點之一，即高峰 均功率比的問題，本文展開研究。首先，本文詳細介紹了 ofdm 的基本原理和系統(tǒng)框 圖，基于 ifft/fft 的調(diào)制解調(diào)方案的實

33、現(xiàn)，然后，從 papr 產(chǎn)生的原因入手，引入 了 papr 的概念并進行了數(shù)學定義，系統(tǒng)的討論了 papr 的統(tǒng)計特性并用互補累積分 布函數(shù)進行描述。對現(xiàn)有的各種降低 papr 的算法進行了比較和總結(jié)，著重探討了預 留子載波的 tr 算法，說明了實現(xiàn) tr 算法的具體步驟，針對該算法進行了 matlab 仿 真，并對仿真結(jié)果進行了分析。 tr 算法可以有效降低 ofdm 的 papr，但它對通信的有效性的損害也是不容忽視 的，在實際應用中，應當兼顧有效性與可靠性，在保證通信速率要求的前提下，合 適的選擇預留子載波的數(shù)目，盡可能提高頻譜效率。 參考文獻參考文獻 1 李建東等. 移動通信. 西安：

34、西安電子科技大學出版社，2006 年 7 月 2 胡蘇. ofdm 系統(tǒng)中峰值抑制及交錯正交技術(shù)研究. 電子科技大學，2010 年 3 汪裕民. ofdm 關(guān)鍵技術(shù)與應用. 北京：機械工業(yè)出版社，2007 年 4 王文博. 下一代寬帶無線通信 ofdm 與 mimo 技術(shù) ，北京：人民郵電出版社， 2008 年 5 羅仁澤. 新一代無線移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù). 北京：北京郵電大學出版社， 2007 年 7 月 6 但黎琳.正交頻分復用系統(tǒng)中的峰值抑制技術(shù)研究.電子科技大學，2011 年 03 期 7 周炯槃. 通信原理. 北京：北京郵電大學出版社，2008 年 8 月 8 羅濤，佟學儉. ofd

35、m 通信技術(shù)原理與應用. 北京：人民郵電出版社，2003 年 9 韓燕.ofdm 系統(tǒng)信號峰均比降低方法的研究. 西安電子科技大學，2010 年 12 期 10王文博.寬帶無線通信 ofdm 技術(shù).北京：人民郵電出版社，2003 年 11饒謀.降低 ofdm 系統(tǒng)中的峰均功率比的研究. 武漢理工大學，2009 年 09 期 12甕斐.降低 ofdm 信號 papr 的 tr 算法研究.河北大學,2011 年 6 月 13jose tellado , john m. cioffi. efficient algorithms for reducing par in multicarrier sys

36、tems. isit 1998. cambridge, ma, usa, august 16 - august 21 致致 謝謝 四年大學時光如白駒過隙般轉(zhuǎn)眼即逝，往昔的情景如昨日歷歷在目。在山大里， 我學到了豐富的文化知識，掌握了很多的技能，認識了許多好朋友，四年時間，我 過得快樂而又充實。這些寶貴的財富將使我終生受用不盡。 本論文的工作是在何波老師的悉心指導下完成的，何老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和親 切關(guān)懷給了我極大幫助，讓我獲益匪淺。在畢業(yè)設(shè)計的過程中，何老師一絲不茍， 嚴謹細致的作風給我留下了深刻的印象，不僅讓我學會了如何進行科研工作，更讓 我明白了如何做人。何老師是我初窺學術(shù)門徑的啟蒙恩師，

37、她對我的諄諄教誨將使 我受用不盡。在此，向何老師致以真摯的謝意！ 在論文完成過程中，也得到了同學好友的無私幫助，在畢業(yè)設(shè)計的完成過程之 中遇到了不少的問題，他們的鼓勵和幫助對我的工作起了極大的促進作用，對他們 的熱心幫助和支持在此一并表示衷心的感謝！ 附錄一附錄一 英文文獻原文及翻譯英文文獻原文及翻譯 journal of systems engineering and electronics vol. 21, no. 4, august 2010, pp.557561 available online at joint frequency offset tracking and papr r

38、eduction algorithm in ofdm systems lijun ge*, yingxin zhao, hong wu, ning xu, yuang jin, and wenqi li college of information technical science, nankai university, tianjin 300071, p. r. china abstract:abstract: this paper presents an algorithm that aims to reduce the peak- to-average power ratio (pap

39、r) of orthogonal frequency division multiplexing (ofdm) communication systems while maintaining frequency tracking. the algorithm achieves papr reduction by applying the complex conjugates of the data symbol obtained from the frequency domain to cancel the phase of the data symbol. a likelihood esti

40、mator is used to obtain the sub-carrier phase error due to the residual carrier frequency offset (rcfo) using the same complex conjugates as a pilot signal. furthermore, a joint time and frequency domain multicarrier phase locked loop (mpll)is developed to compensate additional frequency offset. sim

41、ulation results show that this algorithm is capable of reducing papr without impacting the frequency tracking performance. keywords:keywords: orthogonal frequency division multiplexing (ofdm),peak-to- average power ration (papr), carrier frequency offset, complex conjugate, multicarrier phase locked

42、 loop (mpll), phase error. doi:doi: 10.3969/j.issn.1004-4132.2010.04.005 1.1. introductionintroduction orthogonal frequency division multiplexing (ofdm) is a high-efficiency data transmission technology, which is considered as the core of the next generation mobile communication for its many advanta

43、ges such as high band efficiency and strong ability to resist frequency selective fading. it has been applied in many fields, such as european standard dab, dvb, adsl, ieee802.11a,hiperlan ii1.however, it also has some disadvantages such as sensitivity to carrier frequency offset (cfo) and high peak

44、 to average power ratio (papr) 2, 3. cfo caused by the doppler frequency shift and desynchronization of the two oscillators in transmitter and receiver destroys orthogonality of subcarriers causing inter-carrier interference (ici). high papr causes nonlinear distortion of signal and difficulties in

45、realizing a power amplifier (pa) with a corresponding high linearity. acquisition and tracking are the two steps in the process of frequency synchronization. though the residual carrier frequency offset (rcfo) is very small after acquisition, it can still cause the constellation to rotate and bring

46、high error rate accordingly. therefore, tracking algorithm must be implemented for further correction to the rcfo. many technologies have been presented for frequency offset correction in ofdm receivers 49. some of them are non-data- aided. a decision-directed algorithm and a decision-feedback diffe

47、rential detection algorithm have been studied in 4, 5 respectively. these algorithms use no extra frequency band but have high complexity. while data-aided methods have good synchronization performance at the cost of a little extra band. a method to estimate frequency offset using a fixed-length tra

48、ining-symbol- block was proposed in 6. in 7, the tracking algorithm is based on the cyclic prefixes (cps) of the ofdm symbols. conventional tracking schemes via scattered pilots usually adopt known fixed data such as 1 or 1 as pilots and tracking frequency offset by estimating the phase variation of

49、 the pilots in one symbol 8 or in the same-index subcarriers of two consecutive symbols 9. in this paper, a joint cfo tracking and papr reduction scheme for complex-modulation ofdm systems is proposed using complex conjugates of the signal data as new style pilots and estimating the average phase er

50、ror once a symbol. the simulation results show that the proposed scheme can not only track the cfo effectively, but also bring a lower papr relative to conventional pilot systems. and the complexity of the scheme is low. 2.2. ofdmofdm basebandbaseband modelmodel andand paprpapr definitiondefinition

51、2.12.1 ofdmofdm basebandbaseband structurestructure the basic principle of ofdm is to convert high-speed serial data to n parallel low-speed data and modulate them by n orthogonal subcarriers with the same frequency spacing by means of inverse fast fourier transform (ifft).fig. 1 shows an abridged m

52、odel of ofdm baseband system. s(0), . . . , s(n 1) are the frequency domain data after serial-to- parallel transform. n is the number of subcarriers. after ifft the power normalized complex baseband signal is 10 (1) 1 0 ) 2 exp()( 1 )( n k n nkj ks n nx where n = 0, 1, 2, . . .,n 1, x(0), . . . , x(

53、l 1) are the cps generated by copying the last l data samples to the beginning of an ofdm symbol whose length is n + l. the time domain symbols are then transmitted to the channel and inversely transformed step by step in the receiver recovering the original data. 2.22.2 channelchannel modelmodel it

54、 is assumed that there is only cfo and no multipath interference and symbol timing offset in the system. after being transmitted in the additive white gaussian noise (awgn) channel, the received ofdm symbols are (2) )()( )( )/2( lnly elx lnj where l = 0, 1, . . .,n + l 1 and is the normalized carrie

55、r frequency offset. fig.fig. 1 1 blockblock diagramdiagram ofof basicbasic ofdmofdm basebandbaseband systemsystem after fft in the receiver (3)()()( / )12( )( inieir n ais nlnj where ；1,.,0ni )/sin( )sin( nn a 2(1)()/ 1 0 sin( () ( )( ) sin( ()/) jlnk in n k k i ki e n is k nkin s(i) is the desired

56、signal data on the ith subcarrier, a is the amplitude fading, n(i) is the interference to the ith subcarrier from other ones, namely ici, n(i) is the white gaussian noise. the signal-to- interference ratio (sir) is 11 2 2 |)(| / ) 12( |)(| ine nlnj sir e a ise (4) 2 1 1 2 | )/ )(sin( )(sin( | /| )/s

57、in( )sin( | n k nk k n from the expressions of a and sir we can know that if the frequency offset is very small, the amplitude fading coefficient approaches to 1 and the sir approaches to infinity. on this condition, the impact of these two aspects can be ignored. otherwise, it is essential for them

58、 to be corrected. 2.32.3 paprpapr definitiondefinition papr is the ratio of peak power to average power of the signal. the papr of an ofdm system is defined as follows 12 (5) | )(| | )(|max lg10 2 2 )1( nxe nx papr nknkn where x(n) is the ifft result and its square means signal energy. e means takin

59、g the average. from the definition we can know that if the n subcarriers have the same phases, the peak power of the sub-signals in ofdm symbols is n times as many as the average power after ifft transform. so, the maximum papr of baseband ofdm signal can be described as paprmax = 10lgn. 3.3. jointj

60、oint algorithmalgorithm 3.13.1 structurestructure ofof thethe conjugateconjugate codescodes in ofdm system, if all the subcarriers have the same phases, a very large peak power will be brought through ifft transform which can cause a high papr. to avoid it we present a scheme which is suitable to co