OFDM系统中利用概率类技术抑制PAPR算法的Matlab实现和应用

TITLE毕业论文2006版信息科学与工程学院毕业(设计)论文 .页引言无线通信正朝着宽带化、IP化、多业务化和泛在化快速发展。而基于IEEE802.11标准系列的无线局域网技术最早被推出，现已逐步走向成熟并商用。为了推动与保证基于IEEE802.16系列标准的宽带无线设备的兼容性和互操作性，Intel、富士通和诺基亚等公司于2001年共同成立了非营利性工业贸易联盟——WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess：全球微波接入互操作)论坛。从此WiMAX就成为了IEEE802.16系列标准技术的代名词。与其他无线通信技术相比，WiMAX的优势主要体现在：传输速率高，覆盖范围大；完善的QoS(服务质量)机制；较高的数据安全性；基于全IP的网络架构；开销及投资风险小；部署灵活，配置伸缩性强，可平滑升级。随着无线通信和因特网的蓬勃发展以及人们生活水平的提高，未来的无线通信系统必然会朝着宽带化、移动化和全IP化的方向发展。最先作为一项宽带无线接入技术被推出的WiMAX系统，在成为3G标准之后，正随着其核心网技术的演进而进一步完善。有理由相信，在不久的将来，WiMAX终端和手机将出现在人们的视野之中，成为大众接受普遍服务中不可或缺的一种产品。而WiMAX的关键技术OFDM，其基本思想是将信道的可用带宽划分成若干相互正交的子载波，在每个子载波上独立进行数据传输，从而实现对高速串行数据流的低速并行传输。它由传统的频分复用(FDM)技术演变而来，区别在于OFDM是通过DFT(离散傅立叶变换)和IDFT而不是传统的带通滤波器来实现子载波之间的分割。各子载波可以部分重叠，但仍然保持正交性，因而大大提高了系统的频谱利用率。此外，数据的低速并行传输增强了OFDM抵抗多径干扰和频率选择性衰落的能力。0FDM的不足之处主要表现在对定时和频率偏移敏感和高峰均功率比(PAPR)。较高的峰均比信号要求发射机功率放大器必须有较大的线性范围，否则将会导致大信号出现非线性失真，造成功放的功率利用率下降，从而严重影响OFDM系统的性能。本课题研究的是OFDM系统中利用概率类技术抑制PAPR的的Matlab实现和应用。随着无线通信和因特网的蓬勃发展并且人们生活水平的提高，未来的无线通信系统必然将会朝着宽带化、移动化和全IP化的方向发展前行。最先作为一项宽带无线接入技术被推出的WiMAX系统，在成为3G的标准之后，正随着其核心网技术的演进而进一步完善了。有理由充分相信，在不久的将来，WiMAX终端和手机将出现在人们的视野之中，成为大众接受普遍服务中不可或缺的产品。而WIMAX的关键技术是OFDM，其基本的思想是将信道的可用带宽划分成许多相互正交的子载波，在每个子载波上独立地进行数据传输，从而实现让高速串行数据流的低速并行传输。它由传统的频分复用(FDM)技术演变而来，最大的区别在于OFDM是通过DFT和IDFT而不是传统的带通滤波器来实现子载波之间的分割。各子载波可以部分地重叠，但仍然保持正交性，所以大大提高了系统频谱利用率。另外，数据的低速并行传输增强了OFDM抵抗多径干扰和频率选择性衰落的能力。0FDM的主要不足之处主要表现在对定时和频率偏移敏感和高峰均功率比(PAPR)。较高的峰均比信号会要求发射机功率放大器必须有较大的线性的范围，否则将会导致大信号出现非线性的失真，造成功放的功率利用率下降，从而严重阻碍和影响OFDM系统的性能。因此它已经成为限制OFDM技术实用化的主要障碍。为了解决以上问题本文提出了利用概率类技术抑制PAPR的方法——选择映射(SLM)方法和部分传输序列(PTS)，并对针对SLM和PTS的改进进行了介绍。选择映射(SLM)方法是产生代表相同发送信息序列的对个组，与M个随机向量相乘，然后进行IFFT，产生M个相对独立的OFDM信号，然后选择其中PAPR最低的OFDM信号发送，同时M个随机向量也要作为边带信息被发送，这些边带信息就是SLM方法的冗余，因此它牺牲了一些发送带宽。这里要进行M次IFFT，就需要M个IFFT模块，大大增加了系统的复杂度。部分传输序列(PTS)是在SLM方法的基础上发展起来的了，它是将发送信息序列分割成V个独立的分组后，对每一个分组单独进行IFFT，然后，各个分组再利用V个辅助信息进行相位反转，经过优化后各分组组合成PAPR较低的OFDM信号发送，同时V个辅助信息也要作为边信息被发送。OFDM以其显著的优点被普遍认为是第四代移动通信系统必不可少的技术。高峰均功率比PAPR是这一技术的主要缺点，本文通过借助Matlab软件对降低PAPR的概率类方法进行研究，这些方法将会对OFDM技术的实用化起到一定的借鉴作用。第二章OFDM系统分析2.1OFDM系统原理OFDM技术的主要思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，它们的频谱相互重叠，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。考虑具有N个正交子载波的OFDM系统，其基带子载波可表示为(1)式中，为第k个子载波的频率。调制N个并行数据后的OFDM符号，可表示为(2)式中，Xk为第k个子载波上调制的复信号，T为系统采样间隔，在无过采样的情况下，T=1/B,B为系统带宽，NT为OFDM符号长度。子载波频率为子载波间隔的整数倍，有=k/（NT），使得子载波在O<t<NT区间内保持相互正交。信号在频域内通过正交重叠频谱进行区分，高效地利用可用带宽。对于信号以时间间隔T的速率进行抽样，并令t=nT(n=O，1，⋯，N一1)，(3)可以看到等效为对进行IDFT运算。同样，在接收端为了恢复出原始数据符号，可以对进行逆变换，即DFT得到(4)可以看到，OFDM系统的调制和解调可以分别由IDFT和DFT来代替。在实际运用中，具体实现一般采用更加方便快捷的快速傅里叶变换(IFFT／FFT)。实际上，OFDM是多载波调制的一种。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。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中的一小部分，信道均衡也变得相对容易。在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一。图1为OFDM通信系统实现过程的框图。在发送端，需要传送的比特信息数据即输入数据首先进行信道编解码(RS编码和卷积码)、基带信号调制(QPSK映射)，然后依次进行插入训练序列、串并转换、IFFT变换、并串转换和添加循环前缀，最后进入信道传输。在接收端，通过一系列逆反的过程即可得到输出数据。OFDM解调完成后，利用训练序列进行信道估计，实现对接收信号的均衡处理。输入数据加循环前缀并串转换IFFT串并转换插入训练序列QPSK调制RS编码卷积编输入数据加循环前缀并串转换IFFT串并转换插入训练序列QPSK调制RS编码卷积编码信道信道并串转换并串转换RS解码信道估计输出数据QPSK解调IFFT串并转换去循环前缀RS解码信道估计输出数据QPSK解调IFFT串并转换去循环前缀图1OFDM通信系统的实现过程2.2OFDM系统发展与应用由于技术的可实现性，在二十世纪90年代，OFDM广泛用于各种数字传输和通信系统中，如移动无线FM信道，高比特率数字用户线的系统(HDSL)，不对称数字用户线系统(ADSL)，数字音频广播(DAB)系统，数字视频广播(DVB)和地面传播系统（HDTV）。1999年，IEEE802.lla通过了一个5GHz的无线局域网标准，其中OFDM调制技术已被采用为物理层标准，使传输速率可以达到54MbPs。这样，可提供25MbPs的无线ATM接入口和10MbPs的以太网无线帧结构的接入口，并支持语音、数据、图像等业务。这样的速率完全能满足室内、室外各种应用场合。欧洲电信组织(ETsl)的宽带射频接入网的局域网标准也把OFDM定为它的调制标准技术。2001年，IEEE802.16通过了无线城域网标准，该标准根据使用频段的不同，具体可分为视距和非视距两种。其中，使用2~11GHz的许可和免许可频段，由于在该频段波长较长，适合非视距的传播，此时系统就会存在较强的多径效应，而在免许可频段还存在一些干扰问题，所以系统采用了抵抗多径效应、频率选择性衰落和窄带干扰上有明显优势的OFDM调制，多址方式为OFDMA。而后，IEEE802.16标准每年都在发展，2006年2月，IEEE802.16e(移动宽带无线城域网接入空中接口标准)形成了最终的出版物。当然，采用的调制方式仍然是OFDM。2004年11月，根据众多移动通信运营商、制造商和研究机构的要求，3GPP通过被称为LongTermEvolution(LTE)即“3G长期演进”的立项工作。项目确立以制定3G演进型系统技术范作为目标。3GPP经过激烈的讨论和艰苦的融合，终于在2005年12月选定了LTE的基本传输技术，即下行OFDM，上行SC(单载波FDMA）。OFDM由于技术的成熟性，被选用为下行标准很快就达成了共识。而上行技术的选择上，由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些设备商认为会增加终端的功放成本和功率消耗，最终限制终端的使用时间，一些则认为可以通过滤波，削峰等方法限制峰均比。不过，经过讨论后，最后上行还是采用了SC—FDMA方式。今后B3G/4G的目标是在高速移动环境下支持高达100Mb/S的下行数据传输速率，在室内和静止环境下支持高达IGb/S的下行数据传输速率。而OFDM技术也将在其中扮演重要的角色。2.3OFDM系统优势与不足2.3.1优势（1）在窄带带宽下也能够发出大量的数据。OFDM技术能同时分开至少1000个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行的能力也将直接威胁到目前市场上已经开始流行的CDMA技术进一步发展壮大的态势，由于具有了这种特殊的信号“穿透能力”使得OFDM技术深受欧洲通信营运商以及手机生产商的喜爱和欢迎，例如加利福尼亚Cisco系统公司、纽约Flarion工学院以及朗讯工学院等。(2)OFDM技术能够连续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化，由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，所以OFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信。(3)该技术可以自动地检测到传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制方式来使指定频率下的载波进行成功通信。 (4)OFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。高速的数据传播以及数字语音广播都希望降低多径效应对信号的影响。(5)OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰。在单载波系统中，单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败，但是在多载波系统中，仅仅有很小一部分载波会受到干扰。对这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错。 (6)通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。OFDM技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要加时域均衡器。通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高。(7)可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响，其他的子载波未受损害，因此系统总的误码率性能要好得多。(8)信道利用率很高，这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要；当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。（baud即波特；1Baud=log2M(bit/s)，其中M是信号的编码级数。）2.3.2缺陷虽然OFDM有上述优点，但是同样其信号调制机制也使得OFDM信号在传输过程中存在着一些劣势：对相位噪声和载波频偏十分敏感。这是OFDM技术一个非常致命的缺点，整个OFDM系统对各个子载波之间的正交性要求格外严格，任何一点小的载波频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起ICI，同样，相位噪声也会导致码元星座点的旋转、扩散，从而形成ICI。而单载波系统就没有这个问题，相位噪声和载波频偏仅仅是降低了接收到的信噪比SNR，而不会引起互相之间的干扰。峰均比过大。OFDM信号由多个子载波信号组成，这些子载波信号由不同的调制符号独立调制。同传统恒包络的调制方法相比，OFDM调制存在一个很高的峰值因子。因为OFDM信号是很多个小信号的总和，而这些小信号相位是由要传输的数据序列决定的。对某些数据，这些小信号可能同相，最终在幅度上叠加在一起从而产生很大的瞬时峰值幅度。而峰均比过大，将会增加A/D和D/A的复杂性，并且降低射频功率放大器的效率。2.4OFDM系统中的PAPR基本概念及其影响峰值平均功率比（PAPR—PeaktoAveragePowerRatio），简称峰均比(PAPR)。OFDM系统中的PAPR是指信号的峰值功率与平均功率的比值，则OFDM符号的PAPR可以认定为：(5)其中，z表示第n个子载波，x表示经过IFFT运算之后所得到的输出信号，即：(6)一串OFDM符号是由多个独立的经过调制的子载波信号相叠加而成的。在某个时刻，如果多个子载波都以同一个方向进行累加时，即各个子载波相位相同或相近时，就会产生比较大的峰均功率，对于包含N个子信道的OFDM系统来说，当N个子信号都以相同的相位相加时，所得到的信号峰值功率就会是平均功率的N倍。由于一般的功率放大器的动态范围都是有限的，所以峰均比较大的OFDM信号极易进入功率放大器的非线性区域，最终导致信号产生非线性失真，造成明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变。而相对于单载波系统而言，较大的峰均功率比会带来很多的问题，它会导致OFDM发射机的输出信号的瞬时值会有很大的波动，进而要求系统内部的一些部件具有很大的线性动态范围。这些将进一步增加A/D，D/A转换器的复杂程度，降低功率放大器的有效性。对峰值平均功率比非常敏感，这是OFDM系统的主要弱点之一。为了克服这一缺点，若在硬件方面上采用动态范围的线性放大器，或者对非线性放大器的工作点进行补偿，但是这样所带来的缺点是功率放大器的效率会大大降低，绝大部分的能量以热能的方式被浪费掉，这是在移动设备中不允许的。通过上述分析，既然硬件上难以实现克服PAPR过高的问题，那么就从软件方面考虑如何减小峰值平均功率比的方法。所以本文研究了降低PAPR的方案。2.5降低PAPR的方法概述为了降低OFDM信号中的峰均功率比，国内外学者进行了大量研究，提出了很多方法．目前降低OFDM系统PAPR的研究方法大致可分为3大类，即信号畸变技术；信号扰码技术；编码技术。2.5.1信号畸变技术信号畸变的基本思想是对功率大于一定门限值的信号进行限幅，这样可以避免较大PAPR的出现。这类方法主要包括：限幅和峰值窗，加权多载波，载波抑制峰值，预畸变和畸变补偿，压扩技术等等。最简单实用的一种方法是限幅和峰值窗，即在数模转换之前，根据功率放大器的峰值功率确定门限，将OFDM信号的幅值截断以符合要求。但由于限幅过程是非线性的，它会引起的非线性失真会破坏子载波间的正交性，引入较大的限幅噪音，导致整个OFDM系统的比特误码率性能下降。因此，限幅的关键是选择合适的窗函数。所选的窗函数应具有良好的频谱特性，一方面是为了减小带外干扰，频谱应尽可能地窄；另一方面，是为了避免误码率的增加，窗函数在时域上不能太长．一般选用的窗函数有Cosine窗、Kaiser窗和Hamming窗。另外，限幅与其他方法如编码等结合时，也具有较大的研究价值。2.5.2信号扰码技术（概率类技术）信号扰码技术又称概率类技术，其基本思想是对输人的信号进行多种扰码处理，然后选择PAPR最小的信号发送出去。信号扰码技术并不能保证将PAPR值降至某一值以下，而是减小高PAPR出现的概率以保证信号正常传输。这一类方法主要包括选择映射法(SelectiveMapping，SLM)和部分发送序列法(PartialTransmitSequences，PTS)。选择映射法的基本思想是产生包含相同信息且相互独立的v个OFDM帧，然后选择使时域信号y中有最小PAPR的一帧进行发送．选择映射法的关键是如何产生代表相同信息的多个OFDM帧．定义v个不同的向量：（7）式中：——旋转因子，也称加权因子，n=0,...,N-1。在[0,2)内均匀分布。将这些向量元素分别调制到N个子载波上，就得到N个内容相同的OFDM帧，再将这N个OFDM帧变换到时域，可得：（8）其中：为信息符号。最后选择其中PAPR值最小的一帧法师，选择映射法（SLM）的基本原理框图如下图1SLM原理图部分传输序列法（PTS）的基本思想是：将输入的OFDM信号符分割成V个互不重叠的子块，每个子块向量大小相等切子块中没有继承原OFDM符号的相应位置的取值为零，用X（v）表示。然后引入旋转因子，在[0,2)内均匀分布，用旋转因子去加权V个子块，可得：（9）通过IFFT变换，得到时域信号：（10）可以通过选择不同的旋转因子来降低PAPR，使其具有最低峰值的时域信号被传输。选择映射法是对所有的子载波进行独立扰码处理，部分发送序列法仅对子载波组进行扰码处理．这两种方法可以适用于任意数量的子载波数，而且星座调制的种类也不受限制．但由于需要传送附加信息位，所以频带利用率低，硬件实现的复杂度较高。2.5.3编码技术编码技术的基本思想是利用编码的方法来产生PAPR较小的OFDM信号。典型的码组有分组码、格雷(Golay)码和雷德密勒(Reed-Muller)码等等。雷德密勒(Reed-Muller)码是一种高效的编码方案，它通过将2阶Reed-Muller码分成若干陪集后将PAPR较大的码字分开，以降低PAPR。运用Reed-Muller码可将PAPR降至3dB以下，并且具有良好的纠错检错性能。2.5.4小结以上三种方法都能降低PAPR值，从而让信号顺利通过功放。本文主要对概率类技术，也即信号扰码技术，进行详细具体的研究，并结合运用Matlab软件仿真实现。Matlab软件简介Matlab是由美国mathworks公司发布的主要是面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等等诸多强大的功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面性的解决方案，并很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。Matlab和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。Matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要的应用在于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等重要领域。Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷的多，并且Matlab也吸收了像Maple等软件的优点和精华,最终Matlab成为一个强大的数学软件。Matlab作为一个强大的数学软件，主要有以下优点：（1）友好的工作平台和编程环境Matlab由一系列工具组成。这些工具方便了用户使用Matlab的函数和文件，其中许多工具采用的都是图形用户界面。包括Matlab桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着Matlab的商业化和软件本身的不断升级，Matlab的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的Matlab提供了完整的联机查询、帮助系统，也极大的方便了用户的使用。简单的编程环境却提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误以及进行出错原因分析。（2）简易的程序语言Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含了控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的Matlab语言是基于最为流行的C＋＋语言基础上的，因此其语法特征与C＋＋语言极为相似，而且更加简单，更符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更有利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是Matlab能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。（3）出色的图像处理能力Matlab从产生之日起就具有方便的数据可视化功能，将向量和矩阵用图形表现出来，并可以对图形进行标注和打印。高层次作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的Matlab对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加的完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），Matlab也同样的表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，Matlab也有相应的功能函数，保证了用户不同层次和方面的要求。图2Matlab工作开发界面概率类技术降低PAPR原理及设计4.1选择映射法（SLM）4.1.1选择映射法原理选择映射法的基本思想是产生包含相同信息且相互独立的k个OFDM帧，然后利用多个随即且独立的加扰序列对v个OFDM帧进行点乘，对v帧信息IFFT后选出时域信号y中有最小PAPR的一帧进行发送。选择映射法的关键是如何产生代表相同信息的多个OFDM帧．定义v个随即独立的相位序列：（7）式中：——旋转因子，也称加权因子，n=0,...,N-1。在[0,2)内均匀分布。再利用随即相位序列与输入的OFDM帧信号向量进行点乘得到IFFT前输入的OFDM帧向量，如下：（8）进过IFFT之后得到：（9）在给定的PAPR门限的条件下，从v个时域信号序列中选择最小的PAPR的OFDM帧信号即可传输。从上面可以看到，选择映射法（SLM）在理论沈阳是能够减小高PAPR出现的概率，可以在无失真的条件下降低OFDM信号的PAPR值，并且不受到调制方式和载波的限制，可以说是一种非常理想的方法。其原理图如下。图3SLM原理图4.1.2选择映射法(SLM)性能仿真利用MATLAB软件对选择映射法进行了研究并仿真，可以直观的看到SLM对OFDM系统PAPR性能的改善，并且研究了子载波数和子信道数对PAPR性能改善的影响。子信道数不同对SLM改善PAPR的影响仿真参数：v=2、4、8(v=l时为原始信号，不进行SLM处理)，OFDM子载波N=128，OFDM信号星座映射采取QPSK调制方式，则信号为[1，-1，j，-j]随机四种情况，随机相位，仿真的OFDM帧符号数为10000个。OFDM系统的PAPR仿真效果图如下所示。图2不同V值SLM算法PAPR的CCDF曲线图2中显示选择映射法(SLM)能够有效的减小OFDM系统的PAPR值，而且随着V的增加PAPR性能改善的越明显。子载波数K不同对SLM改善PAPR的影响仿真参数：K=32，64，128，256，子信道数目U=4，OFDM信号星座映射采取QPSK调制方式，则信号为[1，-1，j，-j]随机四种情况，随机相位，仿真的OFDM帧符号数为10000个。OFDM系统的PAPR仿真效果，如图3所示图3不同K值SLM算法PAPR的CCDF曲线图3中显示在给定的PAPR门限值条件下，随着子载波K的增加，SLM对PAPR改善的效果越不明显，即K越大，高PAPR出现的概率越大。所以通过上述仿真效果图可以得出，适当的选择子信道数和子载波数，SLM就可以有效的改善OFDM系统中PAPR性能，可以大大减小PAPR对整个系统的影响，并且不导致信号失真。4.3部分传输序列法（PTS）4.3.1部分传输序列法原理部分传输序列法(PTS)是将输入的OFDM帧符号分成个子序列，并将这些子序列IFFT后乘以个使PAPR最小的相位旋转因子，然后将各个子序列叠加进行传输。其原理框图如图4所示。图4PTS原理框图首先定义输入的OFDM帧符号向量，然后将分成V个不相交的子向量。但每个子序列有相同子载波数目N/V，IFFT之后得将这些子序列分别与相位旋转因子进行点乘加权得到反复控制相位旋转因子使OFDM系统输出的帧符号PAPR值最小。显而易见，部分传输序列法在理论上也能够减小高PAPR出现的概率，并且可以在无失真的条件下降低OFDM信号PAPR，而且不受调制方式和载波限制。4.3.2部分传输序列法（PTS）性能仿真利用MATLAB软件对PTS算法进行了研究并仿真，可以直观地看到PTS算法对OFDM的系统PAPR性能的改善，并且研究了子载波数k和子信道数V对PAPR性能改善的影响。子信道数V不同对PTS算法改善PAPR的影响仿真参数：v=2、4、8(v=l时为原始信号，不进行PTS处理)，OFDM子载波N=128，OFDM信号星座映射采取QPSK调制方式，则信号为[1，-1，j，-j]随机四种情况，随机相位，仿真的OFDM帧符号数为10000个。OFDM系统的PAPR仿真效果图如下所示。图5不同V值PTS算法PAPR的CCDF曲线图5中显示选择映射法(SLM)能够有效的减小OFDM系统的PAPR值，而且随着V的增加PAPR性能改善的越明显。子载波数K不同对SLM改善PAPR的影响仿真参数：K=32，64，128，256，子信道数目U=4，OFDM信号星座映射采取QPSK调制方式，则信号为[1，-1，j，-j]随机四种情况，随机相位，仿真的OFDM帧符号数为10000个。OFDM系统的PAPR仿真效果，如图6所示图6不同K值SLM算法PAPR的CCDF曲线图6中显示在给定的PAPR门限值条件下，随着子载波k的增加，PTS算法对PAPR改善的效果就越不明显，即k越大，高PAPR出现的概率也就越大。所以通过上述仿真效果图可以看出，适当的选择子信道数和子载波数，PTS就能够有效的改善OFDM系统中PAPR性能，并且大大减小PAPR对整个系统的影响，并导致信号不失真。4.4小结本文针对了OFDM系统中过高PAPR的问题进行了研究，并且对选择映射法(SLM)和部分传输序列法(PTS)进行了研究和Matlab仿真。通过信号与随机并且独立的相位序列相乘，从而对OFDM帧信号进行相位旋转，再进过IFFT之后选出PAPR最小的一组进