CN108462669A - 一种基于小波变换的ofdm系统papr抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于小波变换的OFDM系统PAPR抑制方法，该方法是基于IDWT变换以及设置两点阈值以及使用加权计算新序列的限幅技术，通过仿真验证了不同小波下的分解重构以及使用新的限幅技术后得到的PAPR的性能。通过比较，本发明的方法相比于在IFFT/FFT技术上改进的算法以及基于小波变换所使用的只是设定一个阈值的基本限幅技术在降低PAPR值的效果上面有了显著的提高。

Description

一种基于小波变换的OFDM系统PAPR抑制方法
技术领域
本方法属于移动通信领域，具体是采用DWT的正交基代替传统的FFT的正交基后经过新的限幅技术来实现OFDM系统的数据传输。
背景技术
随着移动通信系统的迅速发展，无线高速数据传输的可靠性变得越来越重要，与此同时对技术也提出了更高的要求。正交频分复用技(OFDM,Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing),被认为是实现高速数据传输的一种非常有效的手段。它利用许多并行的、低速率数据传输的子载波来实现一个高速率的数据通信，具有高频谱利用率，强的抗子载波间的干扰(ICI,Inter-Carriers Interference)和符号间干扰(ISI,Inter-Symbol Interference)能力。
小波分析以多分辨率分析为基础，克服了Fourier分析不能反映时域频域局部性的缺点。
基于小波变换的OFDM是将小波分析与OFDM技术相结合的一种多载波技术，本发明使用了不同的小波正交基来进行对比。最后使用新的限幅技术可以得到更好地PAPR分布情况。
正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术在高速无线通信领域应用很广泛。但是也因此产生了高的峰均功率比(PAPR,，Peak to AveragePower Ratio)。如今大多数的方法都是在IFFT/FFT变换的基础上进行后续的算法改进来降低PAPR值，没有从根源上，改进效果都不太理想。
发明内容
为了得到更好地PAPR性能，本发明的目的是发明一种基于小波变换的OFDM系统PAPR抑制方法，该方法是基于IDWT变换以及设置两点阈值的新的限幅技术。当原始序列小于第一个阈值S时，序列保持不变；当原始序列的值在第一个和第二个中间时，输出的序列按照限幅公式计算得到输出序列；当原始序列的值大于第二个阈值时，输出序列为0。在该方法相比于传统的IFFT/FFT变换来说有效的抑制了PAPR值较高的情况。
为了实现这一目的，本发明的技术方案是：
一种基于小波变换的OFDM系统PAPR抑制方法，包括以下步骤：
1)选择合适的子载波数N和调制方式，调制方式是16QAM调制；
2)产生一个随机矩阵X，然后对随机矩阵X进行16QAM调制得到映射过后的复数矩阵X，同时产生XF1的随机向量；
3)分别进行IFFT变换和对不同的小波进行IDWT变换，本方法取样5000点的功率电平值进行计算，得到5000点的PAPR值的分布情况：
①对XF和XF1进行IFFT变换，得到变换后的复数向量XT1，然后按照公式对XT1进行PAPR值计算，具体公式为：
其中，XT1即为公式中的xt；
②改变正交基，采用小波正交基代替三角函数正交基，对XF和XF1进行IDWT变换，此处的小波函数为haar小波，得到变换后的向量XT2，根据步骤3)的步骤①中的PAPR计算公式计算出其PAPR值；
③根据步骤3)的步骤②，将函数中的小波函数haar换成sym3小波函数，再进行IDWT变换，得到sym3变换后的向量XT3，再根据步骤3)的步骤①中的PAPR计算公式计算出其PAPR值；
④根据步骤3)的步骤③，将函数中的小波函数sym3换成dbm小波，此处的m值可以取1,3,5,7,9……，再进行IDWT变换，得到dbm变换后的向量XT4，再根据步骤3)的步骤①中的PAPR计算公式计算出其PAPR值；
4)上述步骤做完后分别得到了使用不同正交基以及采用不同小波函数变换后的PAPR值，最后以这5000个PAPR值为样本，得到他们的累计分布函数(CDF,CumulativeDistribution Function)和互补累积分布函数(CCDF,Complementary CumulativeDistribution Function)，本方法采用互补累积分布函数绘制PAPR分布曲线；
5)进一步得到更好的PAPR分布曲线，采用限幅技术与IDWT结合得到更好的PAPR分布曲线，限幅公式简单表示为:
其中P为深度限幅因子，ρ＝(S+1)/S,S为自己设置的限幅阈值，α为权系数，其中限幅阈值设置根据小波函数的不同选择不同的阈值，根据最后的PAPR分布情况做调整。
所述的调制方式为16QAM,子载波数N＝128。
所述的在OFDM系统中，使用小波正交基代替传统正交基实现序列的变换。
所述的统计PAPR特征采用了互补累积分布函数。
本发明的有益效果是：
本发明采用限幅技术可以根据实际情况设定限幅阈值，限幅过后可以得到很好的PAPR分布情况，从而达到抑制PAPR的效果。
附图说明
图1是本发明的16QAM调制，子载波数N＝128，haar限幅阈值S＝2.0时的PAPR分布图。
图2是本发明的16QAM调制，子载波数N＝128，haar限幅阈值S＝2.5时的PAPR分布图。
图3是本发明的16QAM调制，子载波数N＝128，haar限幅阈值S＝2.7时的PAPR分布图。
图4是本发明的16QAM调制，子载波数N＝128，haar限幅阈值S＝3.0时的PAPR分布图。
图5是本发明的16QAM调制，子载波数N＝128,sym3限幅阈值S＝4.0时的PAPR分布图。
图6是本发明的16QAM调制，子载波数N＝128，db8限幅阈值S＝5.0时的PAPR分布图。
图7是整个系统的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步叙述。
一种基于小波变换的OFDM系统PAPR抑制方法，包括以下步骤：
1)选择合适的子载波数N和调制方式，调制方式是16QAM调制；
2)产生一个随机矩阵X，然后对随机矩阵X进行16QAM调制得到映射过后的复数矩阵X，同时产生XF1的随机向量；
3)分别进行IFFT变换和对不同的小波进行IDWT变换，本方法取样5000点功率电平值进行计算，得到5000点的PAPR值的分布情况：
①对XF和XF1进行IFFT变换，得到变换后的复数向量XT1，然后按照公式对XT1进行PAPR值计算，具体公式为：
其中，XT1即为公式中的xt；
②改变正交基，采用小波正交基代替三角函数正交基，对XF和XF1进行IDWT变换，此处的小波函数为haar小波，得到变换后的向量XT2，根据步骤3)的步骤①中的PAPR计算公式计算出其PAPR值；
③根据步骤3)的步骤②，将函数中的小波函数haar换成sym3小波函数，再进行IDWT变换，得到sym3变换后的向量XT3，再根据步骤3)的步骤①中的PAPR计算公式计算出其PAPR值；
④根据步骤3)的步骤③，将函数中的小波函数sym3换成dbm小波，此处的m值可以取1,3,5,7,9……，再进行IDWT变换，得到dbm变换后的向量XT4，再根据步骤3)的步骤①中的PAPR计算公式计算出其PAPR值；
4)上述步骤做完后分别得到了使用不同正交基以及采用不同小波函数变换后的PAPR值，最后以这5000个PAPR值为样本，得到他们的累计分布函数(CDF,CumulativeDistribution Function)和互补累积分布函数(CCDF,Complementary CumulativeDistribution Function)，本方法采用互补累积分布函数绘制PAPR分布曲线；
5)进一步得到更好的PAPR分布曲线，采用限幅技术与IDWT结合得到更好的PAPR分布曲线，限幅公式简单表示为:
其中P为深度限幅因子，ρ＝(S+1)/S,S为自己设置的限幅阈值，α为权系数，其中限幅阈值设置根据小波函数的不同选择不同的阈值，根据最后的PAPR分布情况做调整。
实施如下：
如图1所示，最右边米形线条为传统的IFFT变换后的PAPR分布情况，其余的为不同小波函数变换过后的PAPR分布情况，由图可知，haar小波的分布情况最好其次是sym3，再就是db8。其中经过haar限幅后的PAPR分布情况明显好于haar变换的分布情况。
如图2所示，最右边米形线条依然是传统的IFFT变换后的PAPR分布情况，其余的为不同小波函数变换过后的PAPR分布情况，由图可知，haar小波的分布情况最好其次是sym3，再就是db8。其中经过haar限幅后的PAPR分布情况明显好于haar变换的分布情况。并且与图1相比haar限幅的分布向右有所偏移。
如图3所示，最右边米形线条依然是传统的IFFT变换后的PAPR分布情况，其余的为不同小波函数变换过后的PAPR分布情况，由图可知，haar小波的分布情况最好其次是sym3，再就是db8。其中经过haar限幅后的PAPR分布情况明显好于haar变换的分布情况。并且与图2相比haar限幅的分布向右有所偏移。
如图4所示，最右边米形线条依然是传统的IFFT变换后的PAPR分布情况，其余的为不同小波函数变换过后的PAPR分布情况，由图可知，haar小波的分布情况最好其次是sym3，再就是db8。其中经过haar限幅后的PAPR分布情况和haar变换后的情况一致，原因是haar变换后的最大的PAPR值基本都小于阈值，所以得到的分布情况一致。
如图5所示，经过sym3限幅过后的PAPR分布图情况好于没有经过限幅的sym3的PAPR分布图。
如图6示，经过db8后的PAPR分布图情况好于没有经过限幅的db8的PAPR分布图。
图7是整个系统的流程图。
表格1是整个仿真实验的数据情况。

Claims (4)

1.一种基于小波变换的OFDM系统PAPR抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选择合适的子载波数N和调制方式，调制方式是16QAM调制；
2)产生一个随机矩阵X，然后对随机矩阵X进行16QAM调制得到映射过后的复数矩阵X，同时产生XF1的随机向量；
3)分别进行IFFT变换和对不同的小波进行IDWT变换，取样5000点的功率电平值进行计算，得到5000点的PAPR值的分布情况：
①对XF和XF1进行IFFT变换，得到变换后的复数向量XT1，然后按照公式对XT1进行PAPR值计算，具体公式为：
其中，XT1即为公式中的xt；
②改变正交基，采用小波正交基代替三角函数正交基，对XF和XF1进行IDWT变换，此处的小波函数为haar小波，得到变换后的向量XT2，根据步骤3)的步骤①中的PAPR计算公式计算出其PAPR值；
③根据步骤3)的步骤②，将函数中的小波函数haar换成sym3小波函数，再进行IDWT变换，得到sym3变换后的向量XT3，再根据步骤3)的步骤①中的PAPR计算公式计算出其PAPR值；
④根据步骤3)的步骤③，将函数中的小波函数sym3换成dbm小波，此处的m值可以取1,3,5,7,9……，再进行IDWT变换，得到dbm变换后的向量XT4，再根据步骤3)的步骤①中的PAPR计算公式计算出其PAPR值；
4)上述步骤做完后分别得到了使用不同正交基以及采用不同小波函数变换后的PAPR值，最后以这5000个PAPR值为样本，得到他们的累计分布函数(CDF,CumulativeDistribution Function)和互补累积分布函数(CCDF,Complementary CumulativeDistribution Function)，本方法采用互补累积分布函数绘制PAPR分布曲线；
5)进一步得到更好的PAPR分布曲线，采用限幅技术与IDWT结合得到更好的PAPR分布曲线，本文限幅技术公式简单表示为:
其中P为深度限幅因子，ρ＝(S+1)/S,S为自己设置的限幅阈值，α为权系数，其中限幅阈值设置根据小波函数的不同选择不同的阈值，本文仿真时α设置为0.3，根据最后的PAPR分布情况做调整。
2.根据权利要求1所述的一种基于小波变换的OFDM系统PAPR抑制方法，其特征在于，所述的子载波数N＝128。
3.根据权利要求1所述的一种基于小波变换的OFDM系统PAPR抑制方法，其特征在于，在OFDM系统中，使用小波正交基代替传统正交基实现序列的变换。
4.根据权利要求1所述的一种基于小波变换的OFDM系统PAPR抑制方法，其特征在于，统计PAPR特征采用了互补累积分布函数。
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