毕业论文开题报告
题 目
基于部分相位加权的PTS方法
性能分析
学 院 信息科学与工程学院
专 业 通信工程
班 级 通xx
学 生 xx
学 号 201xxx
指导教师 xxx
二〇一六 年 月 日 毕业论文开题报告
济南大学
- 1 -
学院 信息科学与工程学院 专业 通信工程
学生 xx 学号 20xx
论文题目 基于部分相位加权的PTS方法性能分析
一、选题背景与意义
正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技术实际上是多载波调制（Multi-Carrier Modulation, MCM）的一种。正交频分复用其思想早在20世纪60年代就已经提出了。1971年，Weistein和Ebert提出用离散傅立叶变换(DFT)来实现多载波调制，人们开始研究并行传输的多载波系统的数字化实现方法，将DFT运用到OFDM的调制解调中，为其实用化奠定了基础，大大简化了多载波技术的实现。近年来，由于数字信号处理技术 (Digital Signal
Processing, DSP）和大规模集成电路技术的飞速发展，使得当载波数目高达几千时也可以通过专用芯片来实现其DFT变换，大大推动了OFDM技术在无线通信环境中的实用化，OFDM技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。OFDM已经成功的应用于数字音频广播系统 (Digital
Audio Broadcasting, DAB)、数字视频广播系统(Digital Video Broadcasting, DVB)、无线电局域网( Wireless Local Area Network, WLAN)，非对称数字用户环路(Asymmetric Digital Subscriber Line,
ADSL)等系统中。
OFDM系统具有较高的频谱利用率和较强的抗衰落能力，但峰值功率问题会引起过高的峰均功率比（PAPR）进而导致系统性能恶化。部分传输序列（PTS）作为一种有效的OFDM系统峰值功率优化方法，可获得较好的PAPR性能，但计算复杂度过大是其主要缺点之一。
随着移动通信业务和OFDM技术的发展，PAPR问题的研究热潮也随之兴起，并越来越受到重视。近年来，国际上一些知名大学和研究机构的许多研究人员开始研究PAPR问题，如美国斯坦福大学的J. Tellado 博士、伊利诺伊大学厄本那—香槟分校的H.K. Kwok 博士，美国西北理工大学的David D. Hernandez 博士等。相比而言，我国在这方面的研究还是比较少，从公开发表的论文数量来看，也是相对较少的。但是，随着新一代无线移动通信系统研究工作的开展，国内的一些高校和研究机构对该领域的研究越来越重视，并取得了一定的成绩，如华中科技大学的江涛博士等。
近年来，人们提出了一些比较有价值的降低PAPR的方法，可概括为信号失真方法、编码方法和基于加扰序列的方法。但是，这些方法都存在着不同程度的缺点。信号失真方法，其中最简单的方法是限幅，它会使信号产生失真，并且频谱带外失真较大。编码方法降低PAPR的效果非常好, 但可供使用的编码图样数量非常少，特别是当子载波数量较大时，编码效率非常低。基于毕业论文开题报告
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- 2 - 加扰序列的方法主要是利用不同的加扰序列对OFDM 信号进行加权处理，从而选择PAPR 值最小的OFDM信号进行传输。
部分传输序列(PTS, partial transmit sequences)就是第三类方法中的一种，并且是一种非常有效地降低系统PAPR的方法；但是，由于需要采用遍布式搜索方式寻找一组最优的相位加权序列优化OFDM信号，计算复杂度非常大。很多学者也提出过一些降低计算复杂度的部分传输序列方法，但这些方法都会给系统的PAPR性能带来不同程度的损失。本次设计意在提出一种次优化的部分传输序列（sub-OPTS）方法。该方法利用了IDFT变换的线性性质，弥补了由于降低计算复杂度而带来的PAPR性能损失。与最优的PTS方法相比，该方法在降低计算复杂度方面是非常明显的，同时可以获得几乎相同的PAPR性能。
二、研究内容与目标
1. OFDM调制原理
输入的二进制串行数据序列先进行编码映射和串并转换，映射可以采用相移键控（Phase Shift
Keying, PSK）和正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM）等方式，映射后的数据为复数，每个复数对应信号星座图中的一个点，然后将N个复数组成一帧进行OFDM调制。
图1 OFDM调制原理框图
2. 峰值功率问题的成因
与任何多载波调制系统一样，OFDM系统同样面临着峰均功率比（PAPR）过高的问题。从前面的分析可知，对于一个OFDM系统而言，由于OFDM信号是N个子载波信号的叠加，当多个子载波信号的相位一致时，叠加后的信号便会产生较大的峰均功率比（PAPR）（相对于单载波系统而言）；尤其是当子载波数N很大时，会导致发射功率的剧烈变化，这便对高功率放大器的设计提出了较高的要求，大大提升了成本，同时也阻碍了OFDM技术的实际应用。因此，在OFDM
技术被广泛应用的今天，很多学者正在致力于研究如何找到一种合理的方法来降OFDM系统存在的高PAPR 问题，因为这是OFDM技术实用化的最大瓶颈。
3. PTS方法的基本原理
部分传输序列（PTS）方法的基本原理如图2 所示。在PTS中，首先将输入序列进行分块，编码映射 串并转换 IFFT 并串转换 串行数据输入 毕业论文开题报告
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- 3 - 即现将长度为N的输入序列T01N-1X=X,X........X按一定的分割方式分为V个互不重叠的的块序列iX，i=1,2,...,V , 常用的子块分割方式有3 种：相邻、交织和随机。其中，随机分割的PAPR性能最好，相邻次之，交织最差。为了保证每个子块序列的长度均为N，则要令每个子块序列中的剩余子载波位置上的数据为零，此时，输入序列X 可表示为
1ViiXX
然后对各个子块序列进行相位加权与优化处理，即用相位加权因子,1,....,,ibiV对每个子块序列进行相位加权，其中,[0,2);ijiibe通过对ib进行调整，，并进行离散傅立叶逆变换（IDFT）或快速傅立叶逆变换（IFFT），将相位加权后的各个子块序列相加得到候选序列并计算其PAPR值，最后选择PAPR值最小的序列用于传输。这里，通常把相位加权后的各个子块序列相加所得的序列称为候选序列，也就是说有多少个候选序列就可以得到多少个PAPR值，最后选择PAPR值最小的候选序列用于传输。其数学表达式可表示为
121,,...,argminmaxVViiibbbbx
其中，argminW表示函数取得最小值所使用的判决条件。
图2 部分传输序列（PTS）方法的基本原理图
4.研究目的
本文主要分析PTS方法的性能以及此方法应用于OFDM系统中，对峰值功率的影响。通过运用MATLAB软件，对OFDM调制进行模拟，并获得原始PTS情况下和基于部分相位加权和PTS情况下系统的PAPR性能，将两者的仿真结果放在一起进行比较，观察两种情况下降低PAPR的性能，并比较两者的计算复杂度。在PTS方法中，改变影响OFDM系统PAPR性能的各种参数，观察参数对其的影响，最后得出结论。 毕业论文开题报告
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- 4 - 三、研究方法与手段
通过MATLAB仿真，获得OFDM系统、原始PTS和基于部分相位加权的PTS方法的PAPR性能；比较原始PTS方法下OFDM系统的PAPR值与使用基于部分相位加权的PTS方法OFDM系统的PAPR值，并比较两者的计算复杂度。从统计上讲，为了准确评估PAPR性能，可以借助互补累积分布函数CCDF，用于描述PAPR的值超过某一给定的阈值0PAPR，即
0CCDFPPAPRPAPR
本文研究的重点是利用MATLAB软件，仿真实现OFDM系统调制，获得OFDM系统、原始PTS和基于部分相位加权的PTS方法的PAPR性能，比较不同情况下OFDM系统的PAPR性能，对基于部分相位加权的PTS方法的性能进行分析。而PTS方法是应用在调制端，因此只仿真调制的过程就可以。具体的MATLAB仿真过程其实并不复杂；输入的二进制数据经过编码映射和快速逆傅里叶变换得到OFDM信号。图3相比于原始的OFDM调制增加的部分只是在快速逆傅里叶变换之后进行PTS方法来降低高PAPR出现的概率。
图3 经过PTS方法优化后的OFDM信号的仿真流程图
四、参考文献
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0
0 ... X(1)
X(2)
X(n) ... X(1)
X(2)
X(n) 0
0
X(n) ... 0
X(2)
0 ... ... 序列分组
IFFT IFFT
IFFT
相位加权因子最优化 毕业论文开题报告
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