news 2026/1/9 19:34:44

MATLAB比较SLM、PTS和Clipping三种算法对OFDM系统PAPR的抑制效果

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张小明

前端开发工程师

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MATLAB比较SLM、PTS和Clipping三种算法对OFDM系统PAPR的抑制效果

MATLAB比较SLM、PTS和Clipping三种算法对OFDM系统PAPR的抑制效果，并绘制CCDF曲线。

OFDM系统PAPR抑制算法概述

首先，我们通过下表简要回顾一下即将仿真的三种PAPR抑制算法的核心原理与特点：

算法名称核心原理主要优势主要缺点关键控制参数
SLM生成多个相位旋转后的信号副本，选择PAPR最低的传输有效降低PAPR，不产生非线性失真计算复杂度高，需要传输边带信息相位序列数量( U )，相位因子种类
PTS将信号分割为子块，对各子块进行相位优化后合并PAPR抑制效果好，灵活性高搜索最优相位组合复杂度高，需要边带信息子块数量( V )，相位因子种类
Clipping对OFDM信号的峰值进行直接削波，使其不超过预设门限实现简单，计算复杂度低引入非线性失真和带外干扰，恶化BER削波门限（如削波率CR）

仿真思路与代码实现

仿真的基本步骤是：生成OFDM信号，然后分别应用SLM、PTS和Clipping算法处理，计算并比较其PAPR的CCDF曲线。以下是基于MATLAB的关键代码实现。

  1. 生成OFDM信号
    首先生成随机的QPSK调制符号，经过IFFT变换为时域OFDM信号，并计算其原始PAPR。

    % 参数设置Nfft=256;% FFT点数Ncp=16;% 循环前缀长度Nsym=10000;% 符号数M=4;% QPSK调制subcarriers=Nfft;% 使用全部子载波% 生成随机数据并调制data=randi([0M-1],subcarriers,Nsym);modData=pskmod(data,M,pi/4);% OFDM调制 (IFFT)ofdm_signal=ifft(modData,Nfft);% 添加循环前缀cp=ofdm_signal(end-Ncp+1:end,:);ofdm_signal_with_cp=[cp;ofdm_signal];% 计算原始OFDM信号的PAPRsignal_power=mean(abs(ofdm_signal).^2,1);peak_power=max(abs(ofdm_signal).^2,[],1);papr_original=10*log10(peak_power./signal_power);

  2. SLM算法实现
    SLM算法通过乘以不同的随机相位序列，生成多个候选信号，并选择PAPR最小的那个进行传输。

    function[ofdm_slm,papr_slm]=slm_algorithm(ofdm_signal,U)% U: 相位序列数量[Nfft,Nsym]=size(ofdm_signal);ofdm_slm=zeros(Nfft,Nsym);papr_slm=zeros(1,Nsym);forn=1:Nsym candidate_papr=zeros(1,U);candidate_signal=zeros(Nfft,U);% 生成U个随机相位序列phase_sequences=exp(1j*2*pi*rand(U,Nfft));foru=1:U% 应用相位序列phase_signal=ofdm_signal(:,n).*phase_sequences(u,:)';candidate_signal(:,u)=phase_signal;% 计算该候选信号的PAPRsignal_power=mean(abs(phase_signal).^2);peak_power=max(abs(phase_signal).^2);candidate_papr(u)=10*log10(peak_power/signal_power);end% 选择PAPR最小的候选信号[min_papr,min_index]=min(candidate_papr);ofdm_slm(:,n)=candidate_signal(:,min_index);papr_slm(n)=min_papr;endend

  3. PTS算法实现
    PTS算法将输入数据分割成多个子块，对每个子块进行相位旋转，选择最优的相位组合以降低PAPR。

    function[ofdm_pts,papr_pts]=pts_algorithm(ofdm_signal,V,W)% V: 子块数% W: 相位因子取值数 (如 BPSK: 2, QPSK: 4)[Nfft,Nsym]=size(ofdm_signal);ofdm_pts=zeros(Nfft,Nsym);papr_pts=zeros(1,Nsym);% 生成相位因子集合phase_set=exp(1j*2*pi*(0:W-1)/W);forn=1:Nsym candidate_papr=[];candidate_signal=[];% 划分信号子块subblock=reshape(ofdm_signal(:,n),Nfft/V,V);% 遍历相位因子组合 (简化搜索，可使用随机搜索或迭代算法降低复杂度)% 这里示例性地遍历部分组合foridx=1:min(100,W^V)% 限制搜索数量% 随机生成相位因子向量phase_vector=phase_set(randi(W,1,V));% 应用相位因子weighted_subblock=subblock.*phase_vector;combined_signal=sum(weighted_subblock,2);% 合并子块% 计算PAPRsignal_power=mean(abs(combined_signal).^2);peak_power=max(abs(combined_signal).^2);candidate_papr(idx)=10*log10(peak_power/signal_power);candidate_signal(:,idx)=combined_signal;end% 选择PAPR最小的信号[min_papr,min_index]=min(candidate_papr);ofdm_pts(:,n)=candidate_signal(:,min_index);papr_pts(n)=min_papr;endend

  4. Clipping算法实现
    Clipping算法通过直接削除超过门限的信号峰值来降低PAPR，实现简单但会引入失真。

    function[ofdm_clipped,papr_clipped]=clipping_algorithm(ofdm_signal,CR)% CR: 削波率 (Clipping Ratio)，例如0.8表示门限为均方根的0.8倍[Nfft,Nsym]=size(ofdm_signal);ofdm_clipped=zeros(Nfft,Nsym);papr_clipped=zeros(1,Nsym);forn=1:Nsym signal=ofdm_signal(:,n);avg_power=sqrt(mean(abs(signal).^2));threshold=CR*avg_power;% 计算削波门限% 进行削波操作magnitude=abs(signal);phase=angle(signal);magnitude_clipped=min(magnitude,threshold);% 削波signal_clipped=magnitude_clipped.*exp(1j*phase);ofdm_clipped(:,n)=signal_clipped;% 计算削波后信号的PAPRsignal_power=mean(abs(signal_clipped).^2);peak_power=max(abs(signal_clipped).^2);papr_clipped(n)=10*log10(peak_power/signal_power);endend

  5. 计算并绘制CCDF曲线
    CCDF曲线表示PAPR超过某一门限值的概率，是衡量PAPR抑制性能的直观工具。

    functionplot_ccdf(papr_original,papr_slm,papr_pts,papr_clipped)[cdf_orig,papr_val_orig]=ecdf(papr_original);[cdf_slm,papr_val_slm]=ecdf(papr_slm);[cdf_pts,papr_val_pts]=ecdf(papr_pts);[cdf_clip,papr_val_clip]=ecdf(papr_clipped);ccdf_orig=1-cdf_orig;ccdf_slm=1-cdf_slm;ccdf_pts=1-cdf_pts;ccdf_clip=1-cdf_clip;figure;semilogy(papr_val_orig,ccdf_orig,'k-','LineWidth',2);hold on;semilogy(papr_val_slm,ccdf_slm,'b--','LineWidth',2);semilogy(papr_val_pts,ccdf_pts,'r-.','LineWidth',2);semilogy(papr_val_clip,ccdf_clip,'g:','LineWidth',2);grid on;xlabel('PAPR (dB)');ylabel('CCDF');legend('Original OFDM','SLM','PTS','Clipping');title('OFDM系统PAPR抑制算法的CCDF曲线比较');end

参考代码 有slm、pts、clipping三种抑制papr并画出ccdf图的程序www.youwenfan.com/contentcsp/79249.html

算法分析与建议

在运行仿真时，请注意以下几点：

  • 复杂度与性能的权衡：SLM和PTS算法通常能取得较好的PAPR抑制效果，但其计算复杂度随着相位序列数U或子块数V的增加而显著增加。在实际仿真中，需要根据可接受的计算负载来设置这些参数。
  • Clipping算法的失真：Clipping算法虽然简单，但会引入非线性失真，导致BER性能下降。削波门限（CR）需要谨慎选择，过低的门限会带来严重的失真。
  • 结果的波动性：由于随机相位序列的引入，SLM和PTS算法的每次仿真结果可能会有细微差别。增加仿真的符号数Nsym可以获得更统计可靠的结果。
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