《宽带无线接入技术》仿真实验三OFDM系统的PAPR问题

重庆交通大学信息科学与工程学院综合性设计性实验报告
专业：
学号：
姓名：
实验所属课程：宽带无线接入技术
实验室(中心)：软件与通信实验中心
指导教师：
2016年3月
一、题目
OFDM系统的PAPR问题
二、仿真要求
以下题目二选一：
一、四种减小PAPR性能对比
要求一：OFDM系统的数据传输
①传输的数据随机产生；
②调制方式采用16QAM；
要求二：要求对BER的性能仿真
设计仿真方案，比较四种不同DFT扩频方法（OFDMA、LFDMA、DFDMA、IFDMA）的PAPR性能，并画出不同PAPR门限值下大于该门限值的概率。

二、验证PAPR的理论值
要求一：OFDM系统的数据传输
①传输的数据随机产生；
②调制方式采用4psk；
要求二：要求验证PAPR的理论值
①设计仿真方案，验证不同门限值下的PAPR大于该门限值的仿真值与理论值是否一致，且要求对比不同的子载波。

②进一步验证过采样情况下PAPR的仿真值与理论值是否一致，且要求对
比不同的子载波。

请双面打印，按规定时间提交实验报告
三、仿真方案详细设计
此次实验我选择的是第一个仿真题目，比较四种不同DFT扩频方法（OFDMA、LFDMA、DFDMA、IFDMA）的PAPR性能。

DFT扩频方法是老师最后补充的一种减小PAPR的方法，所以书上没有详细的介绍，这种方法将多址技术结合起来，具有一定的优势。

原理就是将N个子载波分配给每个用户，每个用户分得M个子载波。

先进行M点DFT,然后进行N点的映射，再进行IFFT，在N点映射的这个过程有不同的映射方法，所以有不同的对比。

OFDM是一种调制方式；OFDMA是一种多址接入技术，用户通过OFDMA 共享频带资源，接入系统。

实现过程：
OFDMA:正交频分多址。

在M点向N点映射的过程中，每隔N/M=S的间隔补零，但是不进行DFT扩频，所以就是一种传统的OFDM的方式。

DFDMA:分布式频分多址。

在M点向N点的映射过程中，进行DFT变换后，每隔一个或者两个（小于M-1）的间隔插零，剩下的直接在最后补零。

LFDMA:集中式频分多址。

在M点向N点的映射过程中，进行DFT变换后，直接插入M个零。

IFDMA:交织频分多址。

在M点向N点的映射过程中，进行DFT变换后，每隔N/M=S的间隔补零。

四、仿真结果及结论
DFDMA 方式中每隔一个补零
1010
10
10
PAPR 0[dB]
P r (P A P R >P A P R 0)
从实验结果图可以看出四种方式BER 性能比较IFDMA 优于LFDMA 优于DFDMA 优于OFDMA 。

1010
10
10
PAPR 0[dB]
P r (P A P R >P A P R 0)
从实验结果图可以看出四种方式BER 性能比较IFDMA 优于LFDMA 优于DFDMA 和OFDMA ，DFDMA 和OFDMA 两者的性能有部分重叠，但后面看来DFDMA 还是要稍微优于OFDMA 。

1010
10
10PAPR 0[dB]
P r (P A P R >P A P R 0)
从实验结果图可以看出四种方式BER 性能比较IFDMA 优于LFDMA 优于DFDMA 和OFDMA ，DFDMA 和OFDMA 两者的性能前面有部分重叠，但后面看来OFDMA 还是要稍微优于DFDMA 。

通过改变DFDMA 补零的间隔可以看出其实DFDMA 与LFDMA 的BER 性能其实是差不多的。

五、总结与体会
关于降低PAPR的方法，书上讲了很多种，然后老师也给我们补充了三种，总的来说，比较重要的有八种：限幅类技术、压缩扩张变化、编码类技术、选择性映射（SLM）方法、部分序列传输（PTS）方法、音频保留（TR）方法、音频注入（TI）方法、DFT扩频技术。

每一种方法都有自己的优缺点，比如限幅类技术实现简单，但是误码率增加；编码类方法有纠错能力，但是实现复杂；通过这些知识的学习，我越来越肯定的是，在通信这个领域里，鱼与熊掌不可兼得的道理时刻都在体现。

没有一种方法是完美的，没有哪个参数是越大越好，每一种方法都有自己的利弊，哪一个环节做得好，另外一个环节必然就要相对弱一些，所以我们在考虑一个系统的时候，一定要把握住它的侧重点，它比较注重的是哪一个方面，我们再针对那个方面做改善。

并且，一般一个系统想要好的性能，就意味着这个系统需要花费更多的精力，越好的方法一般也代表了更复杂的计算程度。

六、主要仿真代码
主函数：
clear all;
clc;
N=256;%子载波个数
Nd=64;%分配给每个用户的个数
b=4;
dbs=0:0.3:9;
N_iter=1000;%迭代次数
OFDMA_CCDF=CCDF_PAPR_DFTspreading('OF',Nd,b,N,dbs,N_iter);%OFD MA
LFDMA_CCDF=CCDF_PAPR_DFTspreading('LF',Nd,b,N,dbs,N_iter);%LFD MA
IFDMA_CCDF=CCDF_PAPR_DFTspreading('IF',Nd,b,N,dbs,N_iter);%IFDM
A
DFDMA_CCDF=CCDF_PAPR_DFTspreading('DF',Nd,b,N,dbs,N_iter);%DFD MA
semilogy(dbs,OFDMA_CCDF,'-O',dbs,LFDMA_CCDF,'-*',dbs,IFDMA_CCDF,' -h',dbs,DFDMA_CCDF,'-s');
xlabel('PAPR_0[dB]');
ylabel('Pr(PAPR>PAPR_0)');
legend('OFDMA','LFDMA','IFDMA','DFDMA');
子函数：
function
[CCDF,PAPRs]=CCDF_PAPR_DFTspreading(fdma_type,Ndb,b,Nfft,dbs,N_iter) M=2^b;%16QAM
S=Nfft/Ndb;%平均间隔，扩频因子
for iter=1:N_iter
msgint=randint(1,Ndb,M);%星座映射
mod_sym=qammod(msgint,M);%16QAM调制
switch upper(fdma_type(1:2))%取映射方式的前两个字母
case'IF'
fft_sym=zero_insertion(fft(mod_sym,Ndb),S);%IFDMA映射方式
case'LF'
fft_sym=[fft(mod_sym,Ndb),zeros(1,Nfft-Ndb)];%LFDMA映射方式
case'OF'
fft_sym=zero_insertion(mod_sym,S);%OFDMA映射方式
case'DF'
fft_sym=zero_insert(fft(mod_sym,Ndb),S);%DFDMA映射方式otherwise
fft_sym=mod_sym;%上述都不是则等于原来的
end
ifft_sym=ifft(fft_sym,Nfft);%IFFT
sym_pow=ifft_sym.*conj(ifft_sym);%计算子载波的功率
PAPRs(iter)=max(sym_pow)/mean(sym_pow);%计算峰均功率比end
PAPRdbs=10*log10(PAPRs);%转化为DB的单位
for i=1:length(dbs)
DBS=dbs(i);
CCDF(i)=sum(PAPRdbs>DBS)/N_iter;%大于门限值的概率End
补零函数：
function y=zero_insertion(x,M,N)
[Nrow,Ncol]=size(x);
if nargin<3
N=Ncol*M;
end
y=zeros(Nrow,N);
y(:,1:M:N)=x;
DFDMA补零函数：
function y=zero_insert(x,M,N)
[Nrow,Ncol]=size(x);
T=3;%每隔三个插一个零
if nargin<3 %小于参数个数
N=Ncol*M;
end
y=zeros(Nrow,N);
y(:,1:T:(Ncol-1)*T+1)=x;%往特定下标的位置补零。