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

news2024/11/27 18:49:23

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。