OFDM系統(tǒng)峰均比抑制技術(shù)的分析與仿真

1、摘 要21世紀(jì)以來，無線通信技術(shù)正以前所未有的速度向前發(fā)展。正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是一種高速并行多載波傳輸技術(shù)，因其頻譜利用率高、抗多徑性能好和數(shù)據(jù)傳輸速度快而受到國內(nèi)外無線通信研究者的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是下一代通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，被認(rèn)為是第四代移動通信系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。但是，由于輸出信號是由多個子載波累加而成，所以非常容易導(dǎo)致信號具有很高的峰值平均功率比(PAPR)，這就限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。峰均比過高會對功率放大器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的線性度提出了苛刻的要求，這將增加整個系統(tǒng)的運(yùn)行成本和功耗。如果峰

2、均比過高，就會導(dǎo)致信號發(fā)生非線性畸變，破壞了子載波之間的正交特性，從而使接收端無法正確的恢復(fù)發(fā)送端的信號。因此，研究降低OFDM系統(tǒng)的峰均功率比技術(shù)是非常有必要的。本文主要對降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的技術(shù)進(jìn)行研究，主要內(nèi)容如下：首先介紹了通信技術(shù)和OFDM技術(shù)的發(fā)展歷程，同時并介紹了OFDM的技術(shù)特點(diǎn)以及研究降低OFDM系統(tǒng)PAPR方法的研究現(xiàn)狀；然后闡述了OFDM技術(shù)的基本工作原理、介紹一些關(guān)鍵技術(shù)以及產(chǎn)生高PAPR的原因以及分布詳情，重點(diǎn)分析研究了現(xiàn)有降低系統(tǒng)峰均比的算法。目前降低OFDM系統(tǒng)PAPR算法可大致分為三大類：預(yù)畸變類技術(shù)、編碼類技術(shù)和概率類技術(shù)。然后重點(diǎn)是對預(yù)畸變類技術(shù)中的

3、軟限幅算法、C變換和概率類技術(shù)中的SLM算法和PTS算法進(jìn)行研究分析、仿真并提出改進(jìn)的SLM算法以及PTS算法；最后，在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)提出了兩種聯(lián)合算法：改進(jìn)的 C 變換與次優(yōu)迭代PTS 聯(lián)合和軟限幅與改進(jìn) SLM 算法的聯(lián)合，并用 MATLAB 軟件仿真證實(shí)這些方法降低 OFDM 系統(tǒng) PAPR 的效果。在保證一定 BER 性能的同時既能夠降低 OFDM系統(tǒng)的 PAPR，又能夠使復(fù)雜度相對的減少。關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用，概率類技術(shù)，信號預(yù)畸變技術(shù)，聯(lián)合算法，峰均功率比AbstractSince the beginning ofthe 21st century, wireless commun

4、ication technology is moving forward at an unprecedented speed. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFMD) is a high speed parallel and multi-carrier transmission technology which has received widespread attention by researchers of wireless communication at home and abroad. Due to its advanta

5、ges, such as, highspectrum efficiency, good anti-multipath performance and speedy data transmission, OFDM is considered to be one of the core technologies of communication system in the next-generation and an indispensable key technology in the fourth generation of the mobile communication system. H

6、owever, the output signal is formulated by accumulating a number of sub-carriers, so it is very easy for the output signal to get a high peak-to-average power ratio (PAPR), which limits the wide application of this technology. The high level of the PAPR puts forward rigorous demands for the linearit

7、y of the power amplifier and digital-to-analog converter, and the running cost and power consumption of the entire system will be increasing. If the PAPR is too high, it will lead to a non-linear distortion of signal and destroy the orthogonality among sub-carriers, and the receiving end can not cor

8、rectly restore the signal from the sending end. Therefore, to research the technology of reducing PARA is very necessary.This paper focuses on the research of the technology of reducing the PAPR in OFDM systems. The main contents are listed as follows: First of all, the thesis introduces the develop

9、ment course of the communication technology and the OFDM technology, the technical characteristics of OFDM and the current research status of the methods of reducing the PAPR in OFDM system.Secondly, the paper expounds the basic working principles and key technologies of the OFDM technology. And the

10、n, the thesis introduces the distribution details of PARA and explains what lead to the high PAPR, in particular, analyzing the existing algorithms of reducing the PAPR in the OFDM systems. Currently, the algorithm can be divided into three categories: probability class techniques, coding techniques

11、 and pre-distortion techniques. And the author will focus on analyzing and simulating the clipping technology, C transformation commanding algorithm, SLM algorithm and PTS algorithm of the pre-distortion technology, then proposes two improved methods: SLMalgorithm and PTS algorithm.Finally, on the b

12、asis of the SLM and PTS algorithm, the author summarizes two joint algorithms: one is the improved SLM algorithm based on inhibit soft clipping, and the other is the sub-optimal iterative PTS optimize based on ameliorated C transformation commanding algorithm. Both of the two algorithms are confirme

13、d that they can effectively reduce the PAPR in OFDM systems under the simulation of MATLAB software. The two algorithms, on the basis of guaranteeing BER performance, can not only reduce the PAPR of the OFDM systems, but also lower the complexity of algorithm.Key Words：OFDM, Probability Class techni

14、ques, Pre-distortion techniques of signals, United technologies ,PAPR目 錄第一章 緒論1.1引言1.2研究現(xiàn)狀1.3研究背景1.4研究意義1.5章節(jié)安排第二章 OFDM系統(tǒng)基本原理知識理論2.1 OFDM基本原理2.2 OFDM的關(guān)鍵技術(shù)2.3 OFDM系統(tǒng)的峰均比第三章 峰均比抑制法3.1 算法研究3.2 算法的思想和原理3.3 算法的流程第四章 OFDM系統(tǒng)峰均比抑制技術(shù)的仿真4.1 仿真比較、仿真圖以及分析4.2 仿真參數(shù)第五章 總結(jié)與展望5.1 總結(jié)5.2 展望第1章 緒論1.1引言信息傳遞進(jìn)入21世紀(jì)以來，信息界處

15、在革命快速發(fā)展的時代，信息技術(shù)革命在世界上靜靜地席卷著。影響正在逐步改變?nèi)虻陌l(fā)展。移動通信是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的非常重要的部分。如名稱所指，移動通信參考信息的傳輸和接收。另一方面，通信系統(tǒng)的兩個當(dāng)事者中的至少一個處于移動狀態(tài)。例如，移動站(由飛機(jī)、車輛、船舶或行人運(yùn)送)和固定點(diǎn)或移動設(shè)備之間的通信在移動通信的范圍內(nèi)。民用飛機(jī)和地面機(jī)場的通訊是高速移動通信。是最典型的例子。無論是什么樣的設(shè)施，無論是什么樣的設(shè)施，無線通信裝置都可以提供便捷、快速、穩(wěn)定的高品質(zhì)通信服務(wù)，這是用于將來的移動通信的最終要求。1.2研究現(xiàn)狀為了解決高papr OFDM系統(tǒng)中的一些性能，在國內(nèi)外實(shí)現(xiàn)。一般來說，有兩種解決辦法：

16、一是提高性能的支持者在發(fā)送器和發(fā)送信號的高papr無vervor明，好大的一個備份離線備份關(guān)閉）和高線性度要求的支持者。在實(shí)踐中，如此高的效率，他所擁有的東西卻很低。使用這種他所擁有的東西，不僅降低了系統(tǒng)的能量效率，但也增加了復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)V一個系統(tǒng)。因此，這種技術(shù)可以在高papr問題的解決提出的放大器的基本算法。其次，利用OFDM系統(tǒng)的papr減少的主要算法，以減少papr主要可分為三類：coderingstechnologie，kanstechnologie和信號干擾技術(shù)。編碼技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)過程在于，通過不同的編碼方法生成的代碼組也不同。選擇低PAPR碼組，作為從這些生成的碼發(fā)送的OFDM信

17、號的數(shù)據(jù)信息，以避免高峰發(fā)生。在編碼方案中使用的碼字具有以下效果：(1)碼字形成的信號PAPR值低；(2)沒有順序、子載波數(shù)、編碼模式、調(diào)制模式的特殊要求，并且通?？梢詰?yīng)用，并且可以檢測和糾正錯誤。該方法以信息傳輸速度為代價減少了papr值，但可用于編碼的模式數(shù)目較少。在需要特別多的子載波的情況下，編碼效率非常低，增加了系統(tǒng)的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的復(fù)雜度。在編碼技術(shù)中使用的主碼是塊編碼和灰色相輔序列。概率類技術(shù)實(shí)現(xiàn)降低 PAPR 主要利用不同的加擾序列對傳輸符號加權(quán)處理，這樣就改變了其統(tǒng)計(jì)特性從而達(dá)到降低 OFDM 系統(tǒng) PAPR 的效果。高 PAPR 信號出現(xiàn)在 OFDM 系統(tǒng)中主要是因?yàn)槎鄠€子載

18、波信號相疊加時各個子載波所處的相位是一致的，使得峰值的總和值相對來說很大。利用多個序列來表示同一組傳輸信號的信息，這樣就不會產(chǎn)生子載波疊加時相位一致的情況，同時給定峰均比的門限值，就可以選出一組 PAPR 最小的序列用作數(shù)據(jù)傳輸。至此，高 PAPR 信號出現(xiàn)的概率就大大降低了。但是，此類技術(shù)會帶來負(fù)面影響就是產(chǎn)生更多的信息冗余，IFFT 運(yùn)算的次數(shù)也就得相應(yīng)增多，計(jì)算法復(fù)雜度就變大了，同時還需要正確無誤的傳輸邊帶信息。經(jīng)常使用的概率類技術(shù)主要有：選擇性映射(Selected Mapping，SLM)技術(shù)和部分傳輸序列(Partial Transmit Sequences，PTS)技術(shù)等。最直接

19、最簡單的降低 OFDM 系統(tǒng) PAPR 的方法非信號預(yù)畸變類技術(shù)莫屬，其主要實(shí)現(xiàn)過程是在信號進(jìn)入放大器之前，設(shè)一定門限的功率值，對超出門限值的信號進(jìn)行非線性畸變，這樣一來就不會超出放大器的動態(tài)變化范圍之外了，從而就不會出現(xiàn)高 PAPR 信號了。此類方法主要含括：限幅技術(shù)、峰值加窗技術(shù)、壓縮擴(kuò)展技術(shù)以及峰值抵消技術(shù)等。由于各種方法都存在一定的缺陷，目前研究降低 PAPR 的趨勢是對現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和綜合應(yīng)用。所以我們就可以提出級聯(lián)的方法，即聯(lián)合兩種技術(shù)。級聯(lián)的兩種技術(shù)必須在功能是互補(bǔ)的，這樣就能最大限度的平衡 PAPR、誤碼率、計(jì)算量等這些性能。1.3研究背景近40年來，OFDM技術(shù)發(fā)展迅速。

20、1960年代初期，最初提出了窄帶正交分解的概念和多通道傳輸?shù)暮铣桑瑢ψ鳛閛fdm而知名的技術(shù)進(jìn)行了解說。實(shí)際這個技術(shù)最初的應(yīng)用，是象Kineplex，Knthryn等一樣的軍事無線高頻通信鏈接 4 。同時，ofdm系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。在實(shí)施困難等技術(shù)課題上，進(jìn)一步推進(jìn)和開發(fā)是很困難的。在1966年首先提出創(chuàng)意場正交的子載波，用于在多頻帶subkanle分?jǐn)?。此后，saltzberg證明具有modulationsmethode，當(dāng)它消失，mehrpfadigen，窄帶impulsgerusche和改善防止葡萄酒的頻率資源。Ebert）和提出的建議首先，相對復(fù)雜的模擬調(diào)制的離散傅里葉變換（DFT）

21、及其反變換（IDFT）在1971年達(dá)到了調(diào)制與解調(diào)的OFDM實(shí)現(xiàn)的可行性和basisbandsignals證實(shí)該技術(shù)簡化了工藝的復(fù)雜性。OFDM調(diào)制解調(diào)的概率很大。OFDM通信系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的提高。為了避免的載波間干擾（ICI）和符號間干擾（ISI），由多徑引起的，在1980年擊敗Ruiz和爬zyk的使用方法英國前綴（CP）作為保護(hù)間隔（GI），以維持之間的正交性subbarriern。從此以后，人們的注意力集中在研究OFDM技術(shù)。最近這幾十年來，伴隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展，OFDM技術(shù)作為一種可以最大程度上降低ISI影響的高速傳輸技術(shù)，引起了研究人員和學(xué)者的廣泛關(guān)注。經(jīng)歷了

22、這么多年的飛速發(fā)展，該種技術(shù)已經(jīng)能夠廣泛地應(yīng)用在廣播方式下的音頻和視頻領(lǐng)域。在實(shí)際的應(yīng)用中，OFDM技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用到非對稱用戶環(huán)路(Asymmetric Digital Subscriber Line ，ADSL) 、數(shù)字音頻廣播 (Digital Audio Broadcasting，DAB)、無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network，WLAN)等系統(tǒng)中，這方面的應(yīng)用主要是得利于它可以很有效地消除信號在24年前，iee802.11a已經(jīng)定義并承認(rèn)5ghz無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，其中提到的建議關(guān)于使用ofdm調(diào)制技術(shù)作為物理層的標(biāo)準(zhǔn)。電信和歐洲標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會在廣泛的互聯(lián)網(wǎng)無線上

23、網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也包括Ofdm被定義為標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。此外，為了在實(shí)際一級加強(qiáng)信息傳遞的可靠性，盡可能充分利用這一系統(tǒng)的優(yōu)勢，干擾干擾我，多樣性，空間編碼和自適應(yīng)天線陣，也很容易與offm相結(jié)合并在實(shí)踐中使用。如果結(jié)合自適應(yīng)調(diào)制，適配器編碼，動態(tài)分包商和動態(tài)小的分配，也可以優(yōu)化和改進(jìn)系統(tǒng)的效率。1.4研究意義OFDM系統(tǒng)具有上述優(yōu)點(diǎn)，但也敏感于相位噪聲和載波頻率偏移。如果OFDM接收的信號具有載波頻率偏移，則載波頻率偏移引起載波間干擾，減少子信道之間的正交性，從而降低整個系統(tǒng)的性能。由于無線信道傳播環(huán)境相對惡劣，地理環(huán)境復(fù)雜，多路徑傳播現(xiàn)象的存在影響通過信道傳輸?shù)腛FDM信號，其引起信號振幅衰減、頻率偏移及相

24、位旋轉(zhuǎn)，破壞信號的正交性且破壞ISI和生產(chǎn)ICI。OFDM系統(tǒng)本身具有抵抗多路徑衰落的能力。然而，力不足以確保移除ISI和ICI，并且可能影響接收端處的接收信號的失真、發(fā)送信號的不精確解調(diào)和OFDM系統(tǒng)的性能。因此，為了改善ofdm系統(tǒng)的性能，消除系統(tǒng)中的isi和ici的影響，一般使用的方法是數(shù)據(jù)交織、信道編碼和信道估計(jì)。這些方法通常在OFDM系統(tǒng)中使用。主要研究了ofdm系統(tǒng)的信道估計(jì)技術(shù)。因?yàn)楫?dāng)那個遭遇嚴(yán)厲的復(fù)雜的無線傳播環(huán)境時，系統(tǒng)的性能受到嚴(yán)重的影響。即使使用數(shù)據(jù)的交織和信道編碼，也不能完全消除信道性能。此時，可以使用信道估計(jì)技術(shù)獲得信道衰落參數(shù)，并且可以提高數(shù)據(jù)傳輸和接收的性能。信道

25、估計(jì)技術(shù)是無線移動通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。信道估計(jì)的質(zhì)量直接影響到整個ofdm系統(tǒng)的性能。信道估計(jì)的本質(zhì)是實(shí)時提取無線移動信道的特性參數(shù)，提供用于接收機(jī)的信道信息，能夠正確解調(diào)原始信號，降低或減少對傳播環(huán)境的傳播環(huán)境和多路徑信道的影響。導(dǎo)頻方法通常用于獲得信道狀態(tài)信息。將基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)分成塊導(dǎo)頻和特殊導(dǎo)頻。塊導(dǎo)頻定期地插入到時域中，梳子導(dǎo)頻以一定的間隔插入到特定的子載波中。本文主要研究了ofdm系統(tǒng)中基于導(dǎo)頻的基本信道估計(jì)，并對基礎(chǔ)進(jìn)行了一些改進(jìn)。1.5章節(jié)安排OFDM 技術(shù)作為下一代通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，不僅可以提高傳輸?shù)乃俣燃皽?zhǔn)確性，而且可以有效的對抗脈沖噪聲和信道快衰落，提高頻譜的利用率。

26、但是，OFDM 系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)之一就是具有高 PAPR，所以研究降低 OFDM 系統(tǒng)的 PAPR有很高的研究價值和現(xiàn)實(shí)意義，使其發(fā)揮出自身的優(yōu)勢。本文在掌握了基本技術(shù)原理之后，首先對 OFDM 系統(tǒng)中高 PAPR 產(chǎn)生的原因以及新型協(xié)作策略進(jìn)行了分析和究，然后分析研究了幾種 OFDM 系統(tǒng)中降低 PAPR 的常用算法，并借助MATLAB 軟件這個仿真平臺，對各種算法在理論上的性能進(jìn)行了仿真和驗(yàn)證。隨后綜合上述三大類技術(shù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，引入級聯(lián)技術(shù)的思想，最后提出了一種改進(jìn)的 SLM 算法和軟限幅技術(shù)相結(jié)合的算法，并通過 MATLAB 軟件仿真驗(yàn)證了聯(lián)合算法的優(yōu)越性。具體的研究內(nèi)容如下： 第1章

27、是緒論部分，主要闡述了下 OFDM 系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，研究背景以及研究意義，并對 OFDM 系統(tǒng)中降低 PAPR 的方法做了簡要介紹和分析。第2章 介紹了 OFDM 系統(tǒng)的基本原理及其各個部分中所用到的各種技術(shù)，如FFT/FFT 運(yùn)算模塊、保護(hù)間隔與循環(huán)前綴等，然后簡要介紹了下 OFDM 的一些關(guān)鍵技術(shù)，并分析 PAPR 產(chǎn)生的原理、危害及其在整個 OFDM 系統(tǒng)中的分布情況。第3章 針對 OFDM 系統(tǒng)具有高 PAPR 這個缺點(diǎn)，分析研究了降低 PAPR 的技術(shù)算法。并且對算法的思想和原理進(jìn)行推導(dǎo)并且列出是兩種算法的流程代碼。第4章 ，本章是在第三章的基礎(chǔ)上進(jìn)行的仿真比較，仿真圖以及分析，還有

28、仿真參數(shù)的計(jì)算。第5章 ，對全文進(jìn)行總結(jié)，并對OFDM技術(shù)未來研究方向提出展望。第2章 OFDM系統(tǒng)基本原理知識理論由上面的第一章介紹可知 OFDM 技術(shù)有許多其他調(diào)制技沒有的優(yōu)點(diǎn)，但主要缺點(diǎn)就是存在高 PAPR 問題，這就大大影響了 OFDM 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。本章首先從此系統(tǒng)的工作原理入手，然后分析 OFDM 技術(shù)中的各個重要關(guān)鍵技術(shù)，最后分析下 PAPR 產(chǎn)生的原因及其分布。2.1 OFDM基本原理正 交 頻 分 復(fù) 用 技 術(shù) (OFDM) 是 近 來 發(fā) 展 較 為 迅 速 的 一 種 多 載 波 調(diào) 制(Multicarrier Modulation，簡稱 MCM)技術(shù)。多載

29、波調(diào)制技術(shù)是先經(jīng)串并變換把原始的數(shù)據(jù)流變換成 N 路不同的低速率的子載波數(shù)據(jù)流，用 N 個子載波來對轉(zhuǎn)換成的 N 路低速率子載波來進(jìn)行調(diào)制，然后將調(diào)制后數(shù)據(jù)流放入信道中進(jìn)行傳輸。經(jīng)過變換之后的子數(shù)據(jù)流在信道中的傳輸速率就變?yōu)榱嗽? N ，符號周期也就擴(kuò)大為原來的 N 倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過了信道的最大延遲擴(kuò)展maxS ，經(jīng)過這樣的操作變換就能夠把一個寬帶頻率選擇性的信道分成為 N 個窄帶平坦衰落的子信道，這樣就使得系統(tǒng)本身能夠?qū)Χ鄰剿ヂ浜兔}沖干擾有很強(qiáng)抗性，完全滿足了高速無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。OFDM 的實(shí)質(zhì)是一種子載波相互混的 MCM，所以它應(yīng)具有MCM 的全部優(yōu)勢，并且 OFDM 還有的優(yōu)點(diǎn)是具有

30、高頻譜利率。OFDM 所選擇的時域相互正交子載波，就能夠很好地抵抗由多徑衰落造成的 ICI 和 ISI，雖然在頻域上它們是有混疊的，但是在接收端仍然能夠很容易地被完分離出來。另外，在 OFDM 系統(tǒng)中還融入了循環(huán)前綴技術(shù)，這樣就更好的消除了 ICI 和 ISI 帶來的影響。2.1.1 OFDM 系統(tǒng)的基本模型多個經(jīng)調(diào)制的子載波的信號相互疊加之后就形成了一個 OFDM 符號，假設(shè) N表示子載波的個數(shù)，T 表示 OFDM 符號的寬帶，則一個 OFDM 符號可以用公式(2-1)表示為：其中式中分配給任一子載波的數(shù)據(jù)符號用表示，第零個子載波的載波頻率用f0表示，。如果要在各個子載波上分配得到要傳輸?shù)谋?/p>

31、特，OFDM 的輸出信號通常是采用復(fù)等效基帶信號的形式來表示的，如式(2-2)所示：通過上式不難發(fā)現(xiàn)，式(2-2)中的s(t)的實(shí)部代表了OFDM富豪的同相分量，虛部則相應(yīng)的代表了OFDM符號中的正交分量，實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中對應(yīng)了子載波cos分量和sin分量的乘積，就形成了合成的OFDM信號和子信道的最終傳輸信號。圖2-1 為完整的 OFDM 系統(tǒng)基本模型框圖，其中從圖 2-1 表示的是 OFDM 系統(tǒng)的模型框圖，一個完整的 OFDM 符號周期內(nèi)，每個子載波的周期都是整倍數(shù)，相鄰子載波間相差的也是一個整周期。同時也證明了各個子載波間是具有正交特性，即：式（2-3）所表示的是對 (2-2)式中的第

32、j 個子載波進(jìn)行解調(diào)操作，對解調(diào)后的信號進(jìn)行積分，這里設(shè)置積分的時間長度為 T，積分結(jié)果如下式結(jié)果：從式(2-4)可以看出，第 j 個子載波進(jìn)行解調(diào)之后可以很快的恢復(fù)子載波的數(shù)據(jù)符號。對于其他不同的子載波，由于積分期間都是在積分的間隔之內(nèi)，（i-j）/T是頻率之間的差別，它能夠產(chǎn)生整數(shù)倍個周期，所以由此得出積分之后的結(jié)果都是0 。圖 2-2 描述的是 OFDM 符號的波形示意圖，反應(yīng)的是包含了 4 個子載波的情況。從圖中我們不難看出，OFDM 符號中每個子載波中的幅值和相位都是相同的。但在應(yīng)用的時候，需要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)符號的調(diào)制方式，系統(tǒng)中的子載波的相位和幅值是不完全一致的。同時，可以從頻域的

33、角度來描述OFDM信號的子載波之間的正交特性。根據(jù)方程式(2-1)，可知在一個T的時間段中，每個OFDM符號包括多個非零子載波。因此，頻譜和d函數(shù)的卷積也可以稱為OFDM符號的頻譜，其中頻譜是周期T的矩形脈沖的頻譜，即，d函數(shù)是位于每個子載波頻率的函數(shù)。矩形脈沖譜的振幅由sin c(f T)函數(shù)表示，該函數(shù)的頻率是1 T的整數(shù)倍，其縱軸為零。圖2-3示出了在通過相互覆蓋的子信道中的矩形波之后獲得的sin c函數(shù)的頻譜。當(dāng)一個子載波頻率達(dá)到最大值時，對應(yīng)于所有其它子信道的頻譜值為零。通過分離子載波來實(shí)現(xiàn)計(jì)算子載波頻率的最大值這一點(diǎn)，由于這樣分離的子載波信號之間不會產(chǎn)生干擾，所以可以將不同的子載波

34、信號符號分離出相互重疊的子信道符號。做完。從圖2-3可知，干擾在多個子信道頻譜之間不相互影響，即，實(shí)際上滿足了夜晚基準(zhǔn)，因此可以免除ICI的干擾。2.1.2 星座映射與串并變換的應(yīng)用由OFDM系統(tǒng)傳輸?shù)男盘柾ǔＭㄟ^星座映射進(jìn)行處理，然后通過IFFT操作進(jìn)行轉(zhuǎn)換。以此方式，頻域信號被轉(zhuǎn)換為時域信號。由此可知，星座映射后的輸出數(shù)據(jù)是頻域的數(shù)據(jù)。星座映射通?；贛 - ary由M2 表示的MPSK或MQAM星座映射。星座圖的整體處理是根據(jù)星座圖的性質(zhì)對輸入的二值數(shù)據(jù)進(jìn)行映射，即，使用M-ary星座圖將之前的R位信息分割成組，將其映射到星座圖上的對應(yīng)位置。預(yù)先通知。，得到映射后的數(shù)據(jù)用表示，其中ki

35、為同相分量，kq 為正交分量。如果選擇 MPSK 映射方式，則映射點(diǎn)的相位是從 M 個相位中選擇，幅度是固定的。如果選擇 MQAM 映射方式，相位和幅度都可以是不盡相同的。經(jīng)常使用的星座映射方式是 QPSK 和 16QAM。如圖 2-4 所示，用b3,b2,b1,b0依次表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的順序。在通過串行并行轉(zhuǎn)換將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為N信道并行數(shù)據(jù)之后需要傳輸頻域映射的數(shù)據(jù)。在并行傳輸系統(tǒng)中，同時傳輸多個符號，在串行系統(tǒng)中產(chǎn)生問題。在OFDM系統(tǒng)中，由于每個符號的傳輸速率非常快，所以需要進(jìn)行串行并行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為低速可傳輸?shù)腛FDM符號。調(diào)制模式能夠根據(jù)自身的請求自適應(yīng)地調(diào)整，因此能夠變更各子載波的調(diào)

36、制模式。通過在接收側(cè)進(jìn)行相反的處理，能夠?qū)⒏髯虞d波上的數(shù)據(jù)返回到原始串行數(shù)據(jù)。表2 - 1比較由單載波和OFDM針對速度、符號時間、帶寬和ISI靈敏度發(fā)送的數(shù)據(jù)。N是子載波的數(shù)目，ST是OFDM符號的持續(xù)時間。2.1.3 IFFT/FFT 在 OFDM 系統(tǒng)的應(yīng)用傅里葉變換主要功能是將頻域跟時域聯(lián)系在一起，對于子載波個數(shù) N 比較大的系統(tǒng)來說，(2-2)式中的復(fù)等效基帶信號可以采用 IFFT 方法來實(shí)現(xiàn)。由上一節(jié)所介紹的可知，OFDM 符號可以表示成：若對式(2-5)中的 s(t) 進(jìn)行抽樣處理，以Ts/N的抽樣速率對信號 s(t) 進(jìn)行抽樣，同時不考慮矩形函數(shù)產(chǎn)生的影響，即得到下式：此信號是

37、在基帶上實(shí)現(xiàn)的，再通過變頻產(chǎn)生信號進(jìn)行發(fā)射，所以可以讓fc=0，則，式(2-6)即可以轉(zhuǎn)化為：通過分析式(2-7)可以知道，Sk 就是對di進(jìn)行 IDFT 運(yùn)算后所得到的數(shù)據(jù)。在接收端為了恢復(fù)原始的數(shù)據(jù)符號di ，就應(yīng)該對Sk進(jìn)行 IDFT 的逆變換DFT 運(yùn)算，得到：從以上的分析可以看出，通過idft轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送器中的ofdm系統(tǒng)的調(diào)制，接收器中的解調(diào)可以通過dft轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。在IDFT操作之后，頻域中的數(shù)據(jù)DI可以在時域變換為信號SK，然后經(jīng)由射頻調(diào)制處理的信號可以發(fā)送到無線信道。此時，生成疊加所有子載波信號并由IDFT輸出的數(shù)據(jù)信號SK。實(shí)際上，在使用OFDM系統(tǒng)的情況下，通常使用

38、IFFT / FFT，更方便快速地動作。IFFT比IDFT更有效地減少操作的復(fù)雜度。N點(diǎn)IDFT計(jì)算需要2N復(fù)數(shù)乘法。，而 IFFT 比 IDFT 所需要的復(fù)數(shù)乘法少22( N2) log ( N) -N 次。如果子載波數(shù) N 增大趨勢明顯，此方法降低運(yùn)算復(fù)雜度的效果能夠更顯著。2.1.4 循環(huán)前綴及保護(hù)間隔由于 OFDM 技術(shù)能夠有效的抵抗多徑時延擴(kuò)展，所以在實(shí)際中得了廣泛的應(yīng)用。OFDM 技術(shù)的核心也就是將輸入數(shù)據(jù)流進(jìn)行串并變換，將原始數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換到并行的 N 路子信道中，經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)換之后就調(diào)制的子載波數(shù)據(jù)周期就被擴(kuò)大了，變成原始周期的 N 倍，這樣時延擴(kuò)展與符號周期比值相應(yīng)的也降低了 N

39、 倍。要想最大程度的消除不同符號之間的干擾，在每個 OFDM 符號之間插進(jìn)保護(hù)間(Guard Interval，GI)。一般來說，保護(hù)間隔長度gT 要大于無限傳輸信道的最大時延擴(kuò)展tmax ，這種形式的保護(hù)間隔才能保證系統(tǒng)中的上一個符號的多徑分量不會影響到下一個符號，所以通過加入保護(hù)間隔就可以消除 ISI 對系統(tǒng)的影響。倘若將一段空白的傳輸時段作為保護(hù)間隔加入其中，在多徑傳播的影響下，產(chǎn)生的 ICI 就會破壞子載波之間的正交特性，沒有了正交特性的多個子載波在傳輸?shù)倪^程中就會產(chǎn)生干擾，如圖 2-5 所示。每個 OFDM 符號都包含所有的非零子載波信號，并且此 OFDM 符號也可以同時出現(xiàn)時延信號

40、，圖 2-5 給出了第一子載波和第二子載波的時延信號。從圖中我們可以看出，在 FFT 的積分時長內(nèi)，第一子載波和第二子載波的周期相差并不是周期的整數(shù)倍，那么在解調(diào)的過中，不同的子載波之間就會產(chǎn)生影響。也就是說當(dāng)接收端解調(diào)第一子載波的時候，二子載波就會對正在解調(diào)的第一子載波產(chǎn)生影響，反之亦然。OFDM 系統(tǒng)數(shù)據(jù)符號較低的符號速率可與多路徑傳播引起的ISI自然作戰(zhàn)。另外，為了進(jìn)一步對ISI進(jìn)行注冊，可在每個符號的開頭插入保護(hù)間隔，同時可減小定時偏移誤差。插入保護(hù)間隔必須是圓形的，并且使符號的波形自然增加。對于符號的數(shù)據(jù)部分，在子載波內(nèi)形成整數(shù)復(fù)用循環(huán)，通過復(fù)用形成圓形信號。即，OFDM碼元的后GT

41、時間長度的樣本點(diǎn)被復(fù)制到OFDM碼元的頭部，以形成前綴，并且不會中斷。復(fù)制符號的結(jié)束，連接到符號符號的出發(fā)點(diǎn)，增加符號時間的長度。圖2 - 6是插入循環(huán)前綴的示意圖。由上圖可以看出，OFDM 符號的總長度是，其中的所代表的是 FFT 經(jīng) FFT 變換之后所產(chǎn)生的沒有插入保護(hù)間隔的 OFDM 符號的長度，Tg所代表的是抽樣的保護(hù)間隔長度，接收端抽樣的開始時刻Tx需要滿足式(2-9)：式(2-9)中的tmax所表示的是最大信道多徑時延擴(kuò)展，當(dāng)抽樣的開始時刻滿足上式的條件時，上一個符號的影響只可能存在于0,tmax 的區(qū)間之內(nèi)，若子載波數(shù) N比較大時，Ts相對于tmax 很大，則 ISI 影響很小，

42、甚至沒有 ISI 的干擾；當(dāng)Tgtmax時，對于 ISI 所產(chǎn)生的干擾就能夠完全消除。另外，因?yàn)檠舆tOFDM符號復(fù)制品中包含的子載波的周期也是整數(shù)周期，所以在多路徑延遲展開后的解調(diào)處理中不發(fā)生ICI，即消除ICI的影響。2.2 OFDM 的關(guān)鍵技術(shù)與下一代移動通信系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的OFDM系統(tǒng)的主要技術(shù)如下。1)同步技術(shù)，即時域和頻域的同步技術(shù)、ofdm系統(tǒng)能夠敏感地檢測小時差和頻率偏移，特別是與多址模式組合，這兩個密鑰技術(shù)的作用尤為重要。在OFDM系統(tǒng)中，同步分為符號同步、樣本同步和載波同步三個主要類型，如圖2 - 7所示。和數(shù)字通信系統(tǒng)的原理一樣，同步分為兩個階段。一個是捕獲階段。在上游鏈路中，

43、同步副載波之間的正交性不可被破壞。為了滿足來自不同移動終端的信號必須通過不同子信道同步到基站的要求在下行鏈路中，基站反饋到不同移動終端的同步信號和上行鏈路的實(shí)現(xiàn)階段。通過比較，下行鏈路同步相對簡單。從移動終端的子載波的信息中提取基站對移動終端的同步信息。如果獲得同步信息，則同步信號經(jīng)由基站傳輸返回到移動終端，以便于移動終端的同步操作。具體的，具體的在實(shí)施過程中，可分別操作時域同步和頻域同步。(2) 信道估計(jì)信道估計(jì)是理論上估計(jì)通過無線信道傳輸后獲得的頻率響應(yīng)。在估計(jì)信道的頻率或時域響應(yīng)之后，根據(jù)響應(yīng)的特性校準(zhǔn)接收信號。然后，盡可能確保解調(diào)的信號的精確性的恢復(fù)操作。影響信道估計(jì)算法性能系數(shù)包括最

44、大多路徑延遲擴(kuò)散、最大doppler位移、導(dǎo)頻插入。目前，OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)器存在兩個重要問題。無線信道中使用的信道是衰落和時變。為了實(shí)時理解信道的特性，需要跟蹤信道，所以需要無中斷地發(fā)送導(dǎo)頻信息。第二，信道估計(jì)器的設(shè)計(jì)。在OFDM系統(tǒng)中需要的信道估計(jì)具有低復(fù)雜度和傳導(dǎo)度。頻率跟蹤能力良好。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，導(dǎo)頻信息的選擇和最佳估計(jì)器的設(shè)計(jì)如下。在跟蹤導(dǎo)頻時，導(dǎo)頻信息的發(fā)送會影響估計(jì)器的性能，請相互關(guān)聯(lián)。容量是信道估計(jì)器設(shè)計(jì)中必要的考察。 (3) 信道編碼和交織 數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了保證傳輸信號的準(zhǔn)確性一般會采用信道編碼和交織技術(shù)。對于衰落信道中產(chǎn)生的隨機(jī)錯誤，一般的方法是采用信道編碼技術(shù)來檢

45、錯糾錯；衰落信道中出現(xiàn)的突發(fā)錯誤則要使用交織技術(shù)來進(jìn)行解決。應(yīng)用的過程中，一般需要兩種方法的結(jié)合使用，只有這樣才能夠達(dá)到我們所需要傳輸要求。OFDM系統(tǒng)中，如果信道的衰落并不是很嚴(yán)重，均衡技術(shù)就發(fā)揮不出優(yōu)勢。此時此刻的均衡是不能利用信道的分集特性來改善整個系統(tǒng)的性能，OFDM 系統(tǒng)本身是能夠利用了一般的信道特性信息以及信道分集特性的。因此，均衡就不起作用。但是分析 OFDM 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之后知道，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得子載波間能夠進(jìn)行編碼形成 COFDM 方式。在 OFDM 系統(tǒng)中可以采用不同的碼來作為編碼的碼組，其中卷積碼是效果最好的一種。 (4) 降低峰值平均功率比在時域中，OFDM符號表示正交

46、N信道子載波信號的重疊。當(dāng)附加的N信道信號處于最高峰值狀態(tài)時，OFDM信號的峰值功率是平均功率的n倍。雖然最大峰值的概率非常小，但是為了確保具有高papr的ofdm信號的精度，需要配備高線性能的高功率放大器，這確實(shí)增加了系統(tǒng)的運(yùn)用成本。OFDM系統(tǒng)對PAPR有很大影響，也是OFDM方式不廣泛普及的重要原因。提出了許多減少PAPR的方法。(5) 均衡技術(shù) 通常，在通信信道是衰落信道的情況下，在OFDM方式的改善中，均衡技術(shù)不能得到期望的效果。這是因?yàn)榫獾谋举|(zhì)補(bǔ)償多路徑信道的碼間干擾，OFDM技術(shù)本身利用多路徑信道的分集特性，所以O(shè)FDM系統(tǒng)一般不需要均衡。在具有嚴(yán)格衰落的信道中，信道具有較長的

47、存儲器長度。只有在CP的長度比信道的存儲器長度長的情況下，才能在信道內(nèi)避免ISI。但是，CP的長度不可能無限期地增加。如果cp的長度過長，就會產(chǎn)生系統(tǒng)的能源損失。特別地，如果副載波的數(shù)目非常小，則CP的長度可以由秤量器來平衡，因此可以保持兩者之間的平衡，從而不會對資源的浪費(fèi)和系統(tǒng)造成影響。換句話說，計(jì)量器可用于平衡CP的長度，以便改進(jìn)和改進(jìn)系統(tǒng)的頻譜使用，以增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。2.3 OFDM 系統(tǒng)的峰均比 由于OFDM系統(tǒng)采用正交頻分信道，因此無復(fù)雜均衡技術(shù)可支持高速無線數(shù)據(jù)傳輸，具有良好的衰落及防抖功能。但是，高PAPR是OFDM系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)之一。它的存在直接影響整個系統(tǒng)的運(yùn)用成本和效率。

48、因此，為了改善整個系統(tǒng)的性能，確保發(fā)射機(jī)的功率放大器有效地工作，必須找到降低信號的峰值對平均比的方法。2.3.1 峰均比的定義信號 s(t) 的峰值一般指的就是信號包絡(luò)|s(t)|的最大值。但是一般情況下信號出現(xiàn)最大幅度的幾率很少，所以一般不用max(|s(t)|)來定義信號幅度峰值，而是采用概率的方法，來直觀對幅度峰值來進(jìn)行定義，這里假設(shè)一個信號 s(t) 在概率Pc處有一個截?cái)喾逯礢p ，那么就有：所以用隨機(jī)過程的概率密度函數(shù)就可以來表示這個隨機(jī)過程的峰值。具有遍歷特性的隨機(jī)過程，它的概率密度函數(shù)在整個時域內(nèi)是一樣的，如果對隨機(jī)過程 s(t) 進(jìn)行的操作改變了 s(t) 的概率密度函數(shù)，那

49、么他這個隨即過程的峰均比也會隨之變化。一個 OFDM 信號的復(fù)數(shù)基帶信號可表示如下：在此式中，Ts 是 OFDM 時域符號長度， bn(i)是第 i 個 OFDM 符號中的第 n 個子載波的調(diào)制數(shù)據(jù)信息。在一個 OFDM 符號時間間隔內(nèi)，上式可變?yōu)椋褐链艘簿涂梢缘玫叫盘?s(t) 的功率為：峰值平均功率比(Peak-to-Average Power Ratio)簡稱峰均比，其定義如式(2-14)：其中 E表示為求期望，sn 是經(jīng)過 IFFT 運(yùn)算之后所得的時域信號，即：另外我們還長用 OFDM 信號的幅度峰值因子(Crest Factor，CF)來描述信號包絡(luò)變換，這個參數(shù)是就是信號的幅度峰值

50、與均方根幅度值之比:，即：本文主要采用的是 PAPR 來衡量 OFDM 系統(tǒng)的峰值參數(shù)。下圖是一個經(jīng)過 IFFT 運(yùn)算后的 OFDM 符號時域信號的幅度譜，橫坐標(biāo)表示的是采樣的時間點(diǎn)，縱坐標(biāo)是OFDM 符號在采樣點(diǎn)出的幅度模值。由圖 2-8 可以看出，在某一時刻 OFDM 信號呈現(xiàn)出非常大的峰值，一個大的峰值的出現(xiàn)是不可預(yù)料的，所以就要求系統(tǒng)具有動態(tài)范圍大的數(shù)模轉(zhuǎn)換器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器和功率放大器。由于絕大多數(shù)的信號幅度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其動態(tài)范圍，就導(dǎo)致它們的利用率非常的低。2.3.2 峰均比的概率分布假設(shè)一個子載波數(shù)為 N 的 OFDM 系統(tǒng)，其周期為T ，經(jīng)過功率歸一化后的OFDM 信號可以表示為：則

51、 OFDM 信號的幅度可以表示為：。由中心極限定理我們可以知道，當(dāng)系統(tǒng)中子載波數(shù) N 無限多，并且這些子載波之間都是相互獨(dú)立的，那么隨機(jī)過程 s(t) 的實(shí)部和虛部的點(diǎn)都會近似的滿足一個方差為1 2、均值為 0 的高斯分布；信號的幅度則服從瑞利分布，信號的功率則服從有中心的、具有兩個自由度的 分布，從而其累積分布函數(shù)為：假設(shè)信號各樣點(diǎn)之間是不相關(guān)的，在沒有進(jìn)行采樣之前，OFDM 信號的 PAPR值將大于門限2d 的概率，可以表示為：如果采用的是過采樣，那么上式就不成立，這樣的情況下很難能得到信號PAPR 的準(zhǔn)確表達(dá)式。如果假定進(jìn)行了過采樣的 N 個子載波信號的 PAPR 的分布情況和沒有經(jīng)過采

52、樣的aN （其中a 1）個子載波信號的 PAPR 分布情況相類似。那么，過采樣對系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響大致就等于額外增加了一定數(shù)量的獨(dú)立樣點(diǎn)。那么過采樣之后的 OFDM 信號的 PAPR 值大于門限 的概率可以用下式表示：圖 2-9 是 OFDM 系統(tǒng) PAPR 的理論互補(bǔ)累積分布函數(shù)(CCDF)仿真曲線，其中子載波個數(shù) N 分別取 32、64、128 以及 256。圖中橫坐標(biāo)表示的是 PAPR 的門限值，縱坐標(biāo)表示的是 PAPR 超過給定門限值的統(tǒng)計(jì)概率，從圖中可以看出，在給定 PAPR門限值的條件下，大于門限值所對應(yīng)的概率隨著子載波數(shù) N 增大也隨之增大。如果以速率T/ LN 對 OFDM 時域

53、信號進(jìn)行采樣，則信號可以表示為：此式中 L 為整數(shù)，代表過采樣系數(shù)，當(dāng) L =1時，則以奈奎斯特速率對 OFDM信號進(jìn)行采樣。但是在實(shí)際的 OFDM 應(yīng)用框圖中，OFDM 信號需要通過 D/A 轉(zhuǎn)換將其變換為連續(xù)信號，再通過功率放大器。但以奈奎斯特速率進(jìn)行采樣得到的離散樣點(diǎn)一般不能真實(shí)反映連續(xù)信號的實(shí)際變化情況，所以對 OFDM 信號進(jìn)行過采樣操作是非常有必要的。 可以假設(shè) L 表示過采樣系數(shù)，N 表示子載波個數(shù)，將(L -1)N 個過采樣點(diǎn)添加到原有的 N 個采樣點(diǎn)中，繼而構(gòu)成了 LN 個采樣點(diǎn)。此過程可以簡述為：在進(jìn)行IFFT 運(yùn)算之前，當(dāng) N 點(diǎn)經(jīng)過星座映射后，在得到的復(fù)數(shù)符號中添加 (

54、L -1) N 個零。經(jīng)過過采樣后得到的 OFDM 符號形式可以表示為：則進(jìn)行過采樣后所得到的 OFDM 信號的 CCDF 概率分布表示為：2.3.3 高峰均比產(chǎn)生的原因及其危害由于單載波系統(tǒng)中的調(diào)制信號的包絡(luò)不變，所以已知系統(tǒng)內(nèi)的功率放大器可以在非線性工作區(qū)域中高效地工作，并且?guī)缀醪淮嬖陬l譜擴(kuò)展和輸出信號的失真。從前區(qū)間的解析來看，依據(jù)中心極限定理，ofdm符號的波形是gauss隨機(jī)過程，其包絡(luò)表示非常不穩(wěn)定。系統(tǒng)的高ppr主要是由n個正交副載波的疊加引起的。在多載波傳輸模式中，OFDM信號的包絡(luò)線非常，可變，高峰值振幅比信號振幅的平均值大得多。以此方式，當(dāng)破壞子載波之間的正交特性并且通過功

55、率放大器降低整個系統(tǒng)的性能時，信號容易失真。對OFDM系統(tǒng)中的高PAPR的最重要的影響是請求發(fā)射機(jī)和接收機(jī)處的功率放大器的線性性。雖然papr的電力放大器的動態(tài)范圍很大，但實(shí)用的功率放大器不是線性的，而是其動態(tài)范圍有限。因此，當(dāng)PAPR高信號通過非線性組件時，信號產(chǎn)生非線性失真。而且，這導(dǎo)致了系統(tǒng)整體性能的下降。并且，增加A / D及D / A轉(zhuǎn)換器的成本及復(fù)雜性。表達(dá)式(2-23)提供AM/AM放大器的模型圖 2-10 給出了在不同 p 值時，放大器的輸出-輸入關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中， p 的值一般在 2 -3之間，若 p 的取值很大的時候，就可以近似地被當(dāng)做限幅器，即當(dāng)小于最大的輸出值時，此放

56、大器就是工作在線性的狀態(tài)下；當(dāng)超過最大的輸出值時，放大器就工作在非線性區(qū)，也就會對該信號進(jìn)行限幅操作。如圖中 p =12的曲線所示。2.4 本章小結(jié)本章闡述了ofdm系統(tǒng)的基本原理，包括ofdm系統(tǒng)的基本模型、星座映像和串行并行轉(zhuǎn)換、idft dft的實(shí)現(xiàn)、防御間隔和循環(huán)前綴的應(yīng)用。其次，簡單介紹了ofdm技術(shù)的主要技術(shù)。最后，論述了ofdm系統(tǒng)中峰值對平均比（papr）的原因、分布及其影響。第三章 峰均比抑制算法3.1 算法研究眾所周知，最簡單最直接的抑制OFDM信號峰均比的方法就是信號預(yù)畸變技術(shù)，其中心思想是當(dāng)傳輸過來的信號經(jīng)過非線性部件之前時，直接在OFDM信號峰值或接近峰值處進(jìn)行非線性

57、處理以此來降低信號的PAPR值。但是由于此過程是一個非線性的過程，因此就會導(dǎo)致信號的嚴(yán)重畸變，從而就降低了系統(tǒng)的性能，同時由于此技術(shù)所具有的技術(shù)簡單、方便、改善PAPR性能好等優(yōu)點(diǎn)，使之成為重點(diǎn)研究的對象。3.1.1 限幅濾波算法在IFFT操作之后直接限制系統(tǒng)的輸出信號的情況下，內(nèi)插必須在D / A轉(zhuǎn)換操作之前執(zhí)行。為了解決這個問題，吉恩臂斯特朗采用新的數(shù)字濾波器，用發(fā)射機(jī)將采樣和濾波結(jié)合起來，以改善系統(tǒng)的整體性能。該方法不僅能消除消減的帶外輻射，還能克服過度采樣導(dǎo)致的高峰再增長的問題。首先，通過較長的IFFT操作將發(fā)送信號過采樣到時域。特定實(shí)施過采樣是在頻域數(shù)據(jù)中插入(L-1)N0，然后對輸

58、出信號進(jìn)行LN點(diǎn)IFFT運(yùn)算。L是過采樣因子，并且可以在時域中執(zhí)行三角形內(nèi)插。這是因?yàn)樵贠FDM中，對于包括整個頻率周期信號的FFT窗口功能能夠獲得良好的性能。下一個操作是限制輸出信號，但是信號的處理是非線性的，這導(dǎo)致帶內(nèi)噪聲和帶外干擾。為了解決這個問題，需要對受限的信號進(jìn)行過濾。在圖3-8中示出了新數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)。發(fā)送的信號首先通過FFT動作變換為頻域信號，頻帶外信號人工地設(shè)定為零，然后通過IFFT動作從頻域變換為時域信號，完成整個濾波處理。該結(jié)構(gòu)圖之后的信號不與沒有過濾處理的OFDM信號同樣地產(chǎn)生帶外干擾。但是，由于過濾產(chǎn)生的帶內(nèi)噪音無法消除，導(dǎo)致ber性能惡化。假設(shè)原始頻域信號序列，其中kA 表示的是第 k 個子載波上的復(fù)數(shù)據(jù)。連續(xù)的OFDM符號近似的可以用 LN 點(diǎn)IDFT來替換，此 LN 點(diǎn)數(shù)據(jù)是通過在原始 N 點(diǎn)數(shù)據(jù)之后連接加上(L -1)N 個零得來的。此信號