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
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
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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，
串行数据输入
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- 3 - 即现将长度为N 的输入序列[]T
01N-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i X ，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
1
V
i i X X ==∑
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,....,,i b i V =对每个子
块序列进行相位加权，其中,[0,2);i
j i i b e φφπ=∈通过对i b 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,,...,arg min max V
V i i i b b b b x 2=??
=∣∣ ?
??∑
其中，()argmin W 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。
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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
{}
0CCDF P PAPR PAPR =>
本文研究的重点是利用MA TLAB 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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五、指导教师评语
六、审核意见
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