基于slm算法的ofdm峰均比抑制算法研究毕业设计论文(编辑修改稿)

基于slm算法的ofdm峰均比抑制算法研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

，对本文的安排做出规划。 第二章介绍了 OFDM 的发展史，单载波和多载波体制， OFDM 的基本原理和系统模型 ， OFDM 的优势，以及 OFDM 的 关键问题。 第三章研究了 OFDM 系统中的峰均比问题，介绍了抑制峰均比的常用方法，研究了 SLM 算法的基本原理，并对系统进行了仿真。 第四章 研究了 SLM 的一种改进算法 —— MSR 算法，介绍了 MSR 算法两种实现方案的基本原理，并对系统进行了仿真。 最后是结论部分，总结了本文的研究成果，指出了尚存在的问题。 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 4 第二章 OFDM 原理 OFDM 概述 正交频分复用 (OFDM)是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作是一种复用技术。 OFDM 具有抗频率选择性衰落和频谱利用率高等优点， 目前已成功应用于接入网中的高速数字环路 (HDSL)、非对称数字环路(ADSL)、高清晰度电视 (HDTV)的地面广播系统等， 是未来无线通信的关键技术之一。 OFDM 的历史要追溯到 20 世纪 60 年代中期，当时 发表了关于带限信号多信道传输合成的论文 [26]。 他描述了发送信息可同时经过一个线性带限信道而不受信道问干扰 (ICI)和符号间干扰 (ISI)的原理。 此后不久， Saltzberg 完成了性能分析。 他提出 设计一个有效并行系统的策略应该是集中在减少相邻信道的交叉干扰 (crosstalk)而不是完成单个信道，因为前者的影响是决定性的。 1970 年 1 月 ， 有关 OFDM 的专利 首次公开 发表，其基本思想就是通过采用允许子信道频谱重叠，但又相互间不影响的频分复用 (FDM)的方法来并行传送数据，不仅无需高速均衡器，有很高的频谱利用率，而且有较强的抗脉冲噪声及多径衰落的能力。 OFDM 早期的应用有 ANIGSC1O(KATHRYN)高频可变速率数传调制解调器(Modem)。 该 Modem 利用 34 路子信道并行传送 34 路低速数据，每个子信道采用相移键控 (PSK)调制，且各子信道载波相互正交，间隔为 84Hz。 但是在早期的 OFDM系统中，发信机和相关接收机所需的副载波阵列是由正弦信号发生器产生的，且在相关 接收时各副载波需要准确地同步，因此当子信道数很大时，系统就显得非常复杂和昂贵。 对 OFDM 做主要贡献的是 Weinstein 和 Ebert 在 1971 年的论文， Weinstein和 Ebert提出使用离散傅里叶变换 (Discrete Fourier Transform, DFT)，实现 OFDM 系统中的全部调制和解调功能的建议。 因而简化了振荡器阵列以及相关接收机中本地载波之间的严格同步的问题，为实现 OFDM 的全数字化方案作了理论上的准备。 用离散傅里叶变换 (DFT)完成基带调制和解调，这项工作不是集中在单个信道，而是旨在引入消除子载波间干扰的处理方法。 为了抗 ISI 和 ICI，他们在时域的符号和升余弦窗之间用了保护时间，但在一个时间弥散信道上的子载波间不能保证良好的正交性。 另一个主要贡献是 Peled 和 Ruiz 在 1980 年的论文，他引入了循环前缀 (Cyclic 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 5 Prefix, CP)的概念，解决了正交性的问题。 他们不用空保护间隔，而是用 OFDM 符号的循环扩展来填充，这可有效地模拟一个信道完成循环卷积，这意味着当 CP 大于信道的脉冲响应时就能保证子载波间的正交性。 随着 VLSI 的迅速发展，已经出现了高速大阶数的 FFT 专用芯片及可用软件快速实现 FFT 的数字信号处理 (DSP)的通用芯片，且价格低廉，使利用 FFT 来实现 OFDM的技术成为可能。 1981年 Hirosaki用 DFT完成的 OFDM调制技术，试验成功了 16QAM多路并行传送 kb/s 的电话线 Modem。 而在无线移动信道中，尽管存在着多径传播及多普勒频移所引起的频率选择性衰落和瑞利衰落，但 OFDM 调制还是能够减轻瑞利衰落的影响。 这是因为在高速串行传送码元时，深衰落会导致邻近的一串码元被严重破坏，造成突发性 误码。 而与串行方式不同， OFDM 能将高速串行码流转变成许多低速的码流进行并行传送，使得码元周期很长，即远大于深衰落的持续时间，因而当出现深衰落时，并行的码元只是轻微的受损，经过纠错就可以恢复。 另外对于多径传播引起的码间串扰问题，其解决的方案是在码元间插入保护间隙，只要保护间隙大于最大的传播时延时间，码间串扰就可以完全避免。 正基于此， 1984 年， Cimini 提出了一种适于无线信道传送数据的 OFDM 方案。 其特点是调制器发送的子信道副载波调制的码型是方波，并在码元间插入了保护间隙。 虽然各子信道的频谱为 sinx/x 形，但由于码元周期很长，单路子信道所占的频带很窄，因而位于信道频率边缘的子信道的拖尾，对整个信道带宽影响不大，可以避免多径传播引起的码间串扰。 同时由于省去了升余弦滤波器，使实现的方案非常简单，因此后来的大多数 OFDM 方案都是以此为原形实现的。 20 世纪 80 年代以来， OFDM 技术逐渐开始在数字音频广播 (DAB)，数字视频广播 (DVB)，高速数字用户环路 (HDSL)得到应用以及各种无线标准中得到广泛应用。 欧洲电信标准协会 (ETSI)在 1995 年制定了基于 OFDM 技术的 DAB 标准，接着在 1997年制定了基于 OFDM 技术的 DVB 标准； 1998 年 IEEE902． 11 标准组选择 OFDM 为WLAN 的物理层接入方案，这也是 OFDM 第一次用到分组业务通信中； 1999 年IEEE802． 11a 的一个 5GHz 的无线局域网标准采用 OFDM 技术作为物理层标准； 20xx年开始制定的 IEEES02． 20 移动宽带接入 (MBWA)标准主要采用 OFDM 技术；城域网标准 IEEE802． 16 和第三代移动通信长期演进 (Long Term Evolution, LTE)的提案中，OFDM 也是作为不可或缺的物理层关键技术。 OFDM 系统具有 频谱利用率高、抗多江苏科技大学本科毕业设计（论文） 6 径衰落能力强和硬件实现容易等诸多优势，是下一代移动通信系统 （ Beyond 3G或 4G）的关键技术之一，加之人们对无线通信宽带化、 个人化和移动化的需求， OFDM 技术必将得到进一步的发展和更加广泛的运用。 单载波与多载波 通信技术的发展日新月异，在传输信息的年代，人们凭借聪慧的大脑发明了一个又系统。 现在的移动通信技术已趋于高科技化，从几十年前的单载波系统到如今的多载波调制系统，为我们的生活增添了不少方便。 所谓的单载波调制，是在传输过程中，采用一个信号载波来传输数据。 单载波调制也有很多种方法，如 正交幅度调制 (QAM)，脉冲编码调制 (PCM)，自适应差分脉码调制，增量调制等。 QAM 前面的数字表示在调制过程中映射都星座图上的模数。 如图 21， 图 22， 图 23。 图 21 16QAM 星座图 图 22 64QAM 星座图 图 23 256QAM 星座图 由于单载波调制所要达到的速率不能满足现在的通信，所以我们正朝着另一个方向发展 —— 多载波调制技术。 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 7 多载波调制简称 MCM，其英文全名为 MultiCarrierModulation。 多载波调制就是在传输过程中，将高速传输的数据流通过串并转换等技术，变成为很多路低速的数据流，而每一路数据流则在各自的信道上传输。 这样的情况下，数据流中的数据不会相互干扰，那么就可以看成是在自己的平坦信道上传输，可以有效减小 ISI（ 符号间干扰 ） 和 ICI（ 载波间干扰 ）。 其实，多载波调制技术也不是一个很新的技术，早在 20 世纪 50 年代，就由美国军方研制出了第一个多载波技术，只是由于在快速傅立叶变换的到来之前不易实现，所以，才有最近几十年的快速发展。 多载波系统的优点在于：第一，能够把一个频率选择性衰落的影响分散到许多个符号上，有效地使衰落或脉冲引起的衰落随机化，这样就不是几个相邻的符号遭到破坏，而是许多个符号都有轻微的失真，从而可以用前向纠错使其恢复。 第二，由于把整个可利用的带宽划分成许多个窄带子信道，因此单个子信道上的频率响应变得相对平坦了许多，所需的均衡要比串行系统简单，若采用差分编码甚至可以不用均衡。 第三，并行调制可使符号的速率下降，延长符号的持续时间，使系统可以很好地对抗时延扩展。 另外，多载波系统可提供比串行方式更高的数据传输速率，具有较高的频 谱利用率，这些使它在宽带通信中得到广泛的应用。 多载波调制可以认为是一种频域技术，而传统 HF 通信的单载波调制则是一种时域技术。 多载波调制抵抗时域脉冲干扰能力较强，但它容易受到频域脉冲的干扰，可以通过关闭相应的子信道来消除其影响，单载波调制抵抗频域和时域干扰的能力则正相反。 两者的另一种时频对偶特性是，为了消除 ISI， 单载波调制需要保留一部分频谱用于波形形成 （ 频域 ） ，而多载波调制需要插入一定的保护间隔 （ 时域 ）。 另外，对于多径衰落信道，单载波调制可以插入一个训练序列用于自适应均衡器收敛和系统同步，多载波调制通常则是发送一个导频以获取频域均衡和信道译码所需要的信道状态信息。 OFDM 是多载波调制的一种，并且 各个子载波需要保持正交性 [21]，在 MCM 中这一条件不总是成立。 设在一个子信道中，子载波的频率为 kf ， 码元持续时间为 sT ，则此码元的波形和其频谱密度画出如 图 24： 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 8 图 24 单个子载波码元波形和频谱密度 在 OFDM 中，各相邻子载波的频率间隔等于最小容许间隔 ， 故各子载波合成后的频谱密度曲线如下图 ： 图 25 各子载波合成后的频谱密度 虽然由图 25，各路子载波有 频谱重叠，但是实际上在一个码元持续时间内它们是正交的。 故在接收端很容易利用此正交特性将各路子载波分离开。 采用这样密集的子载频，并且在子信道间不需要保护频带间隔，因此能够充分利用频带。 这是 OFDM的一大优点。 下表 21 列出了单载波与多载波传输方式在符号时间、速率、频带带宽和对 ISI敏感度等几方面的比较。 其中， N 为子载波个数， sT 为一个 OFDM 符号的持续时间。 表 21 单载波与多载波传输方式比 系统参数 单载波 多载波 符号时间 sT /N sT 速率 N/ sT 1/ sT 总频带带宽 2N/ sT 2N/ sT +N(2 sT ) ISI 敏感度 较敏感 较不敏感 s1/fT江苏科技大学本科毕业设计（论文） 9 OFDM 基本原理 OFDM 是多载波调制的一种。 在传输过程中，无线信道多是不平坦的，而 OFDM是一个具有很多信息的高速数据流，那么就必须采取信道中的不平坦处理，才能有效的把数据传输出去。 OFDM 的思想是把传输中的数据流分成多个部分，把无线信道分成 N 个信道，而传输的数据流则是分成 N 条数据，在 N 个信道上分别传输。 虽然总的信道是不平坦的，具有频率选择性，但是每个信道在自己的信道上传输，解决了平坦性。 这样不仅有利于增大在传输过程中的符号的周期时间，还可以减少码间的干扰。 最重要的一点是，加入了保护间隔，可以最大消除符号间干扰。 OFDM 是一种特殊的多载波调制技术，传输的信息通过串并转换，在多个子信道上传输，不像传统的调制在一个时刻只能传输一个频率的信号， OFDM 可以在正交的频率上同时传送多路信号，能够充分的 利用信道的带宽。 在 OFDM 系统中，每个传输符号速率的大小大约在几十 bit/s 到几十 bit/s 之间，必须进行串并转换，将输入的串行比特流转换成可以传输的 OFDM 符号。 因为调制模式可以自行转换，是可以自适应性调节的，所以每个子载波的调制模式可以变化，故串并变换需要分配给每个子载波数据段的长度也是不一样的。 在接收端执行相反的过程，从各个子载波处传来的数据被转换回原始的串行数据。 当一个 OFDM 符号在多径无线信道中传输时，频率选择性衰落会导致某几组子载波受到相当大的衰减，从而引起比特错误，这些在信道频率响应上的零 点会造成在邻近的子载波上发射的信息受到破坏，导致在每个信号中出现一连串的比特错误。 与一大串错误连续出现的情况比较相比较，大多数前向纠错编码在错误分布均匀的情况下会工作得更有效。 所以，为了提高系统的性能，大多数系统采用数据加扰作为串并转换工作的一部分。 正交频分复用技术不需要带通滤波器来分割子载波， DSP 技术的成熟，可以通过快速傅立叶变换来选用那些即使混叠也能够保持正交的波形。 OFDM 系统模型 在 OFDM 中，调制和解调是必不可少的。 在调制过程中，有多路子载波， 如果对子载波上的信号进行差分相位 键控调制方式，简称 PSK 调制方式， 其调制和解调江苏科技大学本科毕业设计（论文） 10 原理如下： 串并转换IFFTP S K 调 制P S K 调 制P S K 调 制P S K 调 制串 并转 换（ 插。