OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究(ppt演講稿)課件

OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究夏滔2007級(jí)通信工程OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究夏滔1

正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)具有較高的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗多徑衰落能力，被看作第四代移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一。但OFDM存在傳輸過程中峰均比值(PAPR)較高的問題，這就減少了功率放大器的線性區(qū)，影響著整個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)行成本和效率。本文對(duì)OFDM系統(tǒng)降低峰均比(PAPR)的技術(shù)作了一定的研究。首先分析了目前降低PAPR的三類主要技術(shù)：1、限幅類技術(shù)，又包括限幅濾波技術(shù)、峰值加窗技術(shù)和峰值抵消技術(shù)。2、編碼類技術(shù)。3、概率類技術(shù)，又包括選擇映射、部分傳輸序列和子載波保留算法。由于限幅類方法是降低PAPR最簡(jiǎn)單，也是最直接的方法，因而本文中將針對(duì)限幅類方法進(jìn)行了深入研究。用matlab軟件來做仿真。通過分析仿真前后的PAPR值，來驗(yàn)證限幅法能夠降低OFDM系統(tǒng)的PAPR，提高系統(tǒng)性能，降低在實(shí)際運(yùn)用中的成本。正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)具有較2峰均比在某個(gè)時(shí)刻，若多個(gè)載波以同一個(gè)方向進(jìn)行累加時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的峰值，從而要求功率放大器具有很大的線性區(qū)域。否則，當(dāng)信號(hào)峰值進(jìn)入放大器的非線性區(qū)域時(shí)，就會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生畸變，從而產(chǎn)生子載波間的互調(diào)干擾和帶外輻射，破壞子載波間的正交性，降低系統(tǒng)性能。因此，必須采用一定的技術(shù)來降低信號(hào)的峰均比值。峰均比在某個(gè)時(shí)刻，若多個(gè)載波以同一個(gè)方向3

設(shè)信號(hào)s(t)，則其功率OFDM信號(hào)的峰均比定義為：

設(shè)信號(hào)s(t)，則其功率4降低OFDM系統(tǒng)峰均比的方法為了降低OFDM信號(hào)的PAPR值，許多人對(duì)此進(jìn)行了研究。到目前為止，已經(jīng)提出了許多降低PAPR值的技術(shù)。把這些技術(shù)劃分成三類：限幅類技術(shù)、編碼類技術(shù)和概率類技術(shù)。降低OFDM系統(tǒng)峰均比的方法為了降低O5

限幅類技術(shù)限幅類技術(shù)采用了非線性過程，直接在OFDM信號(hào)幅度峰值或附近采用非線性操作來降低信號(hào)PAPR值。非線性過程的缺點(diǎn)會(huì)引起信號(hào)的畸變。屬于這類技術(shù)的有:限幅濾波、峰值加窗和峰值抵消。限幅類技術(shù)限幅類技術(shù)限幅類技術(shù)采用了非線性過程，6編碼類技術(shù)編碼類技術(shù)限制可用于傳輸?shù)男盘?hào)碼字集合，只有那些幅度峰值低于的碼字才能被選擇用于傳輸，從而完全避開了信號(hào)峰值。這類技術(shù)為線性過程，因此不會(huì)出現(xiàn)限幅類技術(shù)那種限幅噪聲。由于對(duì)可用碼字進(jìn)行了限制，所以可用碼字?jǐn)?shù)目變少，其傳輸?shù)男畔⑺俾氏陆怠＞幋a類技術(shù)編碼類技術(shù)限制可用于傳輸?shù)男盘?hào)7

概率類技術(shù)這類技術(shù)并不著眼于降低信號(hào)幅度的最大值，而是降低峰值出現(xiàn)的概率。其基本思想就是降低較大峰值出現(xiàn)的概率。一般的概率類技術(shù)都將帶來一定的信息冗余。概率類技術(shù)又包括很多種，主要有：概率類技術(shù)概率類技術(shù)這類技術(shù)并不著眼于降低信號(hào)幅8限幅類仿真

yx限幅原理圖在OFDM信號(hào)中，由于較大的峰值出現(xiàn)的概率非常小，因此，限幅是一種非常直接和有效的降低峰均比的技術(shù)。限幅類仿真yx限幅原理圖在OFDM信號(hào)中，9

然而，限幅是一個(gè)非線性過程，它將導(dǎo)致嚴(yán)重的帶內(nèi)干擾和帶外噪聲，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的誤比特率性能和頻譜效率。限幅后濾波可以降低帶外頻譜干擾，但這又將導(dǎo)致峰值再生。但我們可以通過多次限幅濾波過程來進(jìn)行一步降低信號(hào)的峰值。0246810012概率原始信號(hào)限幅門限一次限幅濾波二次限幅濾波三次限幅濾波四次限幅濾波信號(hào)限幅濾波后的功率累積分布然而，限幅是一個(gè)非線性過程，它將導(dǎo)10

限幅技術(shù)的基本思想就是預(yù)先設(shè)定一個(gè)限幅門限，當(dāng)信號(hào)的幅度超過這個(gè)門限時(shí)就會(huì)被消掉超出部分，使得信號(hào)峰值不超過設(shè)定的門限值。限幅技術(shù)的基本思想就是預(yù)先設(shè)定一個(gè)限幅門限11

信號(hào)賦初值變量賦初值模擬OFDM信號(hào)計(jì)算限幅后信號(hào)的峰均比畫出限幅后各信道峰均比的圖像開始結(jié)束對(duì)各信道的峰值信號(hào)進(jìn)行限幅采用限幅算法的仿真程序流程圖

信號(hào)賦初值模擬OFDM信號(hào)計(jì)算限幅后信號(hào)的峰均比畫出限幅后12一次限幅濾波后，信號(hào)PAPR值的對(duì)比，由圖中可以看出限幅后信號(hào)的PAPR值明顯降低。仿真結(jié)果表明，采用限幅法來降低峰均比是行得通的。在實(shí)際運(yùn)用中，通過限幅法來降低OFDM系統(tǒng)的峰均比，使得發(fā)射機(jī)中的功率放大器高效工作，提高系統(tǒng)的整體性能。

一次限幅濾波后，信號(hào)PAPR值的對(duì)比，由圖中可13

四次限幅濾波后信號(hào)PAPR值的對(duì)比，可以看出重復(fù)限幅濾波可以顯著降低信號(hào)的PAPR值，每次限幅濾波過程都能進(jìn)一步改善信號(hào)的PAPR特性。這個(gè)結(jié)果告訴我們，在實(shí)際運(yùn)用中，當(dāng)一次限幅后不能達(dá)到我們需要的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以采用多次限幅濾波來進(jìn)一步降低峰均比值，最終達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。四次限幅濾波后信號(hào)PAPR值的對(duì)比14

從仿真結(jié)果中我們能看出，限幅后的信號(hào)它的PAPR值明顯降低，而且多次限幅后可以使效果更加明顯，每次限幅濾波過程都能進(jìn)一步改善信號(hào)的PAPR特性。仿真結(jié)果證明，限幅法是有效的，同時(shí)，限幅法也是最直接、最簡(jiǎn)單的方法。但是，限幅法也有它的缺點(diǎn)，限幅是一個(gè)非線性過程，它將導(dǎo)致嚴(yán)重的袋內(nèi)干擾和帶外噪聲，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的誤比特率性能和頻譜效率。從仿真結(jié)果中我們能看出，限幅后的信號(hào)它15OFDM技術(shù)展望由于OFDM可以有效地消除信號(hào)多徑傳播所造成符號(hào)干擾(ISI)，OFDM技術(shù)良好的性能使得它在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著因特網(wǎng)的發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求也不斷增大，人們希望移動(dòng)通信系統(tǒng)能提供更廣泛的業(yè)務(wù)種類，包括話音、視頻、多媒體和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的寬帶無線系統(tǒng)，國(guó)際電信聯(lián)盟已開始著手制定下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，即4G。隨著4G標(biāo)準(zhǔn)的制定，OFDM將作為主流技術(shù)寫入4G標(biāo)準(zhǔn)中。而OFDM已存在的許多不兼容的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)影響其廣泛的使用。正如任何新技術(shù)一樣，OFDM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化還有漫長(zhǎng)的道路要走，但是一旦其相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)并得到廣大工業(yè)界的支持，其威力不可忽視。OFDM技術(shù)展望由于OFDM可以有效地16

謝謝謝謝17演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！18OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究夏滔2007級(jí)通信工程OFDM系統(tǒng)中降低峰均比的研究夏滔19

正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)具有較高的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗多徑衰落能力，被看作第四代移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一。但OFDM存在傳輸過程中峰均比值(PAPR)較高的問題，這就減少了功率放大器的線性區(qū)，影響著整個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)行成本和效率。本文對(duì)OFDM系統(tǒng)降低峰均比(PAPR)的技術(shù)作了一定的研究。首先分析了目前降低PAPR的三類主要技術(shù)：1、限幅類技術(shù)，又包括限幅濾波技術(shù)、峰值加窗技術(shù)和峰值抵消技術(shù)。2、編碼類技術(shù)。3、概率類技術(shù)，又包括選擇映射、部分傳輸序列和子載波保留算法。由于限幅類方法是降低PAPR最簡(jiǎn)單，也是最直接的方法，因而本文中將針對(duì)限幅類方法進(jìn)行了深入研究。用matlab軟件來做仿真。通過分析仿真前后的PAPR值，來驗(yàn)證限幅法能夠降低OFDM系統(tǒng)的PAPR，提高系統(tǒng)性能，降低在實(shí)際運(yùn)用中的成本。正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)具有較20峰均比在某個(gè)時(shí)刻，若多個(gè)載波以同一個(gè)方向進(jìn)行累加時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的峰值，從而要求功率放大器具有很大的線性區(qū)域。否則，當(dāng)信號(hào)峰值進(jìn)入放大器的非線性區(qū)域時(shí)，就會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生畸變，從而產(chǎn)生子載波間的互調(diào)干擾和帶外輻射，破壞子載波間的正交性，降低系統(tǒng)性能。因此，必須采用一定的技術(shù)來降低信號(hào)的峰均比值。峰均比在某個(gè)時(shí)刻，若多個(gè)載波以同一個(gè)方向21

設(shè)信號(hào)s(t)，則其功率OFDM信號(hào)的峰均比定義為：

設(shè)信號(hào)s(t)，則其功率22降低OFDM系統(tǒng)峰均比的方法為了降低OFDM信號(hào)的PAPR值，許多人對(duì)此進(jìn)行了研究。到目前為止，已經(jīng)提出了許多降低PAPR值的技術(shù)。把這些技術(shù)劃分成三類：限幅類技術(shù)、編碼類技術(shù)和概率類技術(shù)。降低OFDM系統(tǒng)峰均比的方法為了降低O23

限幅類技術(shù)限幅類技術(shù)采用了非線性過程，直接在OFDM信號(hào)幅度峰值或附近采用非線性操作來降低信號(hào)PAPR值。非線性過程的缺點(diǎn)會(huì)引起信號(hào)的畸變。屬于這類技術(shù)的有:限幅濾波、峰值加窗和峰值抵消。限幅類技術(shù)限幅類技術(shù)限幅類技術(shù)采用了非線性過程，24編碼類技術(shù)編碼類技術(shù)限制可用于傳輸?shù)男盘?hào)碼字集合，只有那些幅度峰值低于的碼字才能被選擇用于傳輸，從而完全避開了信號(hào)峰值。這類技術(shù)為線性過程，因此不會(huì)出現(xiàn)限幅類技術(shù)那種限幅噪聲。由于對(duì)可用碼字進(jìn)行了限制，所以可用碼字?jǐn)?shù)目變少，其傳輸?shù)男畔⑺俾氏陆怠＞幋a類技術(shù)編碼類技術(shù)限制可用于傳輸?shù)男盘?hào)25

概率類技術(shù)這類技術(shù)并不著眼于降低信號(hào)幅度的最大值，而是降低峰值出現(xiàn)的概率。其基本思想就是降低較大峰值出現(xiàn)的概率。一般的概率類技術(shù)都將帶來一定的信息冗余。概率類技術(shù)又包括很多種，主要有：概率類技術(shù)概率類技術(shù)這類技術(shù)并不著眼于降低信號(hào)幅26限幅類仿真

yx限幅原理圖在OFDM信號(hào)中，由于較大的峰值出現(xiàn)的概率非常小，因此，限幅是一種非常直接和有效的降低峰均比的技術(shù)。限幅類仿真yx限幅原理圖在OFDM信號(hào)中，27

然而，限幅是一個(gè)非線性過程，它將導(dǎo)致嚴(yán)重的帶內(nèi)干擾和帶外噪聲，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的誤比特率性能和頻譜效率。限幅后濾波可以降低帶外頻譜干擾，但這又將導(dǎo)致峰值再生。但我們可以通過多次限幅濾波過程來進(jìn)行一步降低信號(hào)的峰值。0246810012概率原始信號(hào)限幅門限一次限幅濾波二次限幅濾波三次限幅濾波四次限幅濾波信號(hào)限幅濾波后的功率累積分布然而，限幅是一個(gè)非線性過程，它將導(dǎo)28

限幅技術(shù)的基本思想就是預(yù)先設(shè)定一個(gè)限幅門限，當(dāng)信號(hào)的幅度超過這個(gè)門限時(shí)就會(huì)被消掉超出部分，使得信號(hào)峰值不超過設(shè)定的門限值。限幅技術(shù)的基本思想就是預(yù)先設(shè)定一個(gè)限幅門限29

信號(hào)賦初值變量賦初值模擬OFDM信號(hào)計(jì)算限幅后信號(hào)的峰均比畫出限幅后各信道峰均比的圖像開始結(jié)束對(duì)各信道的峰值信號(hào)進(jìn)行限幅采用限幅算法的仿真程序流程圖

信號(hào)賦初值模擬OFDM信號(hào)計(jì)算限幅后信號(hào)的峰均比畫出限幅后30一次限幅濾波后，信號(hào)PAPR值的對(duì)比，由圖中可以看出限幅后信號(hào)的PAPR值明顯降低。仿真結(jié)果表明，采用限幅法來降低峰均比是行得通的。在實(shí)際運(yùn)用中，通過限幅法來降低OFDM系統(tǒng)的峰均比，使得發(fā)射機(jī)中的功率放大器高效工作，提高系統(tǒng)的整體性能。

一次限幅濾波后，信號(hào)PAPR值的對(duì)比，由圖中可31

四次限幅濾波后信號(hào)PAPR值的對(duì)比，可以看出重復(fù)限幅濾波可以顯著降低信號(hào)的PAPR值，每次限幅濾波過程都能進(jìn)一步改善信號(hào)的PAPR特性。這個(gè)結(jié)果告訴我們，在實(shí)際運(yùn)用中，當(dāng)一次限幅后不能達(dá)到我們需要的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以采用多次限幅濾波來進(jìn)一步降低峰均比值，最終達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。四次限幅濾波后信號(hào)PAPR值的對(duì)比32

從仿真結(jié)果中我們能看出，限幅后的信號(hào)它的PAPR值明顯降低，而且多次限幅后可以使效果更加明顯，每次限幅濾波過程都能進(jìn)一步改善信號(hào)的PAPR特性。仿真結(jié)果證明，限幅法是有效的，同時(shí)，限幅法也是最直接、最簡(jiǎn)單的方法。但是，限幅法也有它的缺點(diǎn)，限幅是一個(gè)非線性過程，它將導(dǎo)致嚴(yán)重的袋內(nèi)干擾和帶外噪聲，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的誤比特率性能和頻譜效率。從仿真結(jié)果中我們能看出，限幅后的信號(hào)它33OFDM技術(shù)展望由于OFDM可以有效地消除信號(hào)多徑傳播所造成符號(hào)干擾(ISI)，OFDM技術(shù)良好的性能使得它在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著因特網(wǎng)的發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求也不斷增