【MATLAB源码-第180期】基于matlab的PTS,SLM,CPFilter三种降低OFDM系统的PAPR仿真。

操作环境:

MATLAB 2022a

1、算法描述

1. 限幅和滤波(Clipping and Filtering)

原理简介

限幅和滤波是一种基础且直观的方法,用于降低OFDM信号的PAPR。在限幅阶段,信号的幅度在达到设定阈值时会被削减,以此减少峰值功率。此操作虽简单,但会引入非线性失真,因此需要通过滤波过程来尽量恢复信号的质量,减轻失真效应。

实现方法
  • 限幅:通过设定一个阈值,当信号幅度超过这个阈值时,就将其强行限制在这个值上。
  • 滤波:应用一个带通滤波器,以减少限幅过程中引入的高频成分,从而减轻由于限幅造成的信号失真。
优缺点分析
  • 优点:实现简单,适用于实时处理和硬件实现。成本低,易于部署。
  • 缺点:会引入非线性失真,可能影响系统的误码率。滤波过程可能会导致信号带宽的扩展,影响频谱效率。

2. 部分传输序列(Partial Transmit Sequences, PTS)

原理简介

PTS技术通过将原始OFDM信号分割为若干个互不相关的子块,并对每个子块进行独立的相位调整,最后将这些子块重新组合,从而找到一种组合方式,使得整个OFDM信号的PAPR达到最小。

实现方法
  • 分块:将OFDM信号分为多个子块。
  • 相位调整和优化:对每个子块独立地选择一个最佳的相位因子,以使得重组后的信号PAPR最小。
  • 重组:将经过相位优化的子块合并成一个信号。
优缺点分析
  • 优点:不引入额外的失真,相对于限幅和滤波技术,能够在不牺牲信号质量的情况下有效降低PAPR。
  • 缺点:计算复杂度高,特别是当子块数量增多时,优化过程需要的计算量大大增加,这可能不适合实时处理要求。

3. 选择映射(Selected Mapping, SLM)

原理简介

SLM技术通过生成多个具有相同数据信息但是相位序列不同的OFDM信号副本,然后从这些副本中选择一个具有最低PAPR的信号进行发送。

实现方法
  • 生成副本:通过改变OFDM信号的相位序列,生成多个信号副本。
  • 选择最佳信号:计算每个信号副本的PAPR,并选择PAPR最小的信号进行传输。
优缺点分析
  • 优点:与PTS

    相比,SLM技术在减少PAPR的同时,计算复杂度较低,更适合实时处理和硬件实现。 缺点:SLM需要在发送端和接收端之间传递额外的边带信息,以指示哪一个相位序列被选用于解调。这增加了系统的信令开销和复杂度。

    综合分析与应用场景 这三种技术各有千秋,它们的选择和应用需基于特定的系统要求和约束来考虑。例如,在对实时性要求高、硬件资源受限的场景下,限幅和滤波因其简单和成本效益高而更受欢迎。然而,如果系统对信号质量和性能有更高要求,尤其是在误码率和频谱效率方面,PTS和SLM技术因其能够在不引入额外失真的前提下减少PAPR,因而更为合适。

    具体来说,PTS适用于那些可以容忍一定的计算复杂度,同时需要高信号质量和低PAPR的应用。这包括高速数据传输和高质量视频传输等场景,其中信号的完整性至关重要。相反,SLM技术因其较低的计算复杂度,在需要快速处理且对信号传输效率有高要求的场景下更为适合,如移动通信和无线网络等领域。

    进一步的研究和开发正在不断推进这些技术的边界。例如,通过算法优化、硬件加速、以及结合其他信号处理技术,旨在进一步减少计算复杂度和提高系统性能。同时,新兴的研究如深度学习和机器学习在PAPR抑制领域的应用,展示了通过智能算法自动优化相位序列和信号处理参数,从而实现更高效和智能的PAPR抑制方法。

    总结而言,限幅和滤波、PTS和SLM技术各具特色,它们为解决OFDM系统中的PAPR问题提供了不同的解决方案。在实际应用中,应综合考虑系统的实时处理能力、硬件资源限制、性能优化目标等因素,选择最适合的技术。随着通信技术的不断进步和发展,对这些技术的深入研究和优化将更加重要,以满足未来通信系统对高效率、高性能的需求。

2、仿真结果演示

3、关键代码展示

4、MATLAB 源码获取

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