融合SLM与PTS及幅度压缩的OFDM系统PAPR抑制仿真

资 源 简 介

本研究项目旨在解决正交频分复用（OFDM）技术中最为棘手的峰值平均功率比（PAPR）过高问题，通过在MATLAB环境下构建完整的物理层传输仿真链路，对比分析三种主流的抑制算法。 选择性映射法（SLM）：通过产生多组相互独立的相位旋转序列对原始数据进行加权，生成多个并行候选OFDM符号，并从中挑选出PAPR值最小的符号输出，有效降低在大规模子载波情况下的峰值功率。 部分传输序列法（PTS）：将待传输的子载波序列划分为若干互不重叠的子块，对每个子块进行IFFT变换后利用相位旋转因子进行线性组合，通过优化搜索算

详 情 说 明

基于SLM、PTS及幅度压缩变换的OFDM系统PAPR抑制性能仿真项目

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的OFDM系统峰值平均功率比（PAPR）抑制技术仿真平台。OFDM技术因其高频谱利用率和抗多径衰落能力被广泛应用于现代无线通信，但其多子载波叠加产生的极高PAPR会对发射机功率放大器的线性度提出严峻挑战。本项目通过实现并对比三种经典的PAPR抑制算法——选择性映射（SLM）、部分传输序列（PTS）以及幅度压缩变换（Companding），为系统设计提供定量的性能评估参考。

功能特性

本项目涵盖了从物理层信号生成到性能分析的全流程，其核心功能包括：

1. 实现16QAM调制的OFDM信号生成，并引入4倍过采样以准确获取连续时间信号的峰值特征。
2. 集成三种主流PAPR抑制算法：SLM（概率类）、PTS（概率类）和μ-law压缩（非线性变换类）。
3. 统计并绘制互补累积分布函数（CCDF）曲线，直观展现各算法对PAPR的削减能力。
4. 提供时域包络对比分析，可视化由于非线性压缩带来的信号波形变化。
5. 评估算法对系统误码率（BER）的影响，特别针对幅度压缩算法在AWGN信道下的损伤与恢复进行仿真。

使用方法

1. 环境准备：确保计算机已安装MATLAB及其通信系统工具箱（Communication Systems Toolbox）。
2. 参数配置：在程序初始位置，可根据需求修改子载波数（N）、调制阶数（M）、过采样因子（L）或各算法的特定参数（如SLM候选序列数、PTS子块数等）。
3. 运行仿真：运行脚本，系统将自动开始循环仿真。仿真包含2000个符号用于PAPR统计，以及独立的BER测试流程。
4. 结果观测：程序执行完毕后将自动弹出三张图表：PAPR抑制性能CCDF对比图、幅度压缩前后时域包络图、幅度压缩对BER性能影响评估图。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
• 硬件要求：由于PTS算法涉及子块搜索，建议配备4GB以上内存以保证运行流畅。

核心功能实现逻辑

程序的实现逻辑严格遵循物理层仿真标准，具体步骤描述如下：

1. 信号调制与生成逻辑 系统随机产生二进制数据流并映射为16QAM星座点。为了在数字仿真中逼近模拟信号的峰值，程序在IFFT前对频域序列进行插零补齐，实现4倍过采样。生成的时域OFDM信号经过功率归一化处理，作为后续各算法对比的基准。

2. 选择性映射（SLM）实现细节 程序预生成8组独立的随机相位旋转序列。在处理每一个OFDM符号时，分别用这8组序列对原始符号进行相位旋转并进行IFFT变换，计算生成的8个候选信号的PAPR，最终保留其中PAPR最小的信号。

3. 部分传输序列（PTS）实现细节 程序将128个子载波划分为4个互不重叠的等长子块。每个子块独立进行IFFT变换得到时域分量。为了在保持计算效率的同时获得较好的抑制效果，程序采用随机搜索策略：在20次迭代中随机从相位因子集{1, -1, j, -j}中抽取参数，对4个子块的时域信号进行线性加权组合，从中选出合成信号峰值最低的组合方案。

4. 幅度压缩变换（μ-law Companding）逻辑 该模块利用非线性对数变换对信号进行处理。它会压缩大振幅信号并提升小振幅信号，有效降低信号的动态范围。在接收端，程序实现了一套对应的扩张（Expansion）算法，尝试通过逆变换恢复信号原始动态，以降低非线性失真对误码率的影响。

5. 性能评估与可视化逻辑

• CCDF计算：通过对数千个随机符号的PAPR值进行累积概率统计，量化不同算法在不同阈值下超过特定PAPR的概率。
• BER仿真：在加性高斯白噪声（AWGN）环境下，对比原始OFDM系统与经过压缩/扩张处理后的系统的比特错误率，揭示PAPR抑制与信号质量之间的权衡。

关键函数与算法分析

• 功率计算模块：通过计算信号的瞬时功率最大值与平均功率之比，并转化为分贝（dB）单位。
• 无偏子块分割：在PTS实现中，确保各子块在频域上互补，相加后能完整还原原始频谱信息。
• 非线性映射公式：μ-law压缩严格遵循标准化公式，通过调节参数μ（本程序中取255）来平衡压缩深度与失真程度。
• 随机搜索优化：在PTS子块合成阶段，通过固定第一个相位因子并随机调整其余因子，兼顾了搜索效率与PAPR优化增益。