【GUI】正交频分复用(OFDM) 峰均功率比(PAPR)降低仿真器：使用选择映射(SLM)和部分传输序列(PTS)研究（Matlab代码实现）-编程实验室

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💥1 概述

正交频分复用（OFDM）中峰均功率比（PAPR）问题及降低技术研究

正交频分复用（OFDM）技术因其高频谱效率和抗多径衰落能力被广泛应用于无线通信系统。然而，其高PAPR特性导致信号在功率放大器中易进入非线性区，引发带内失真和带外辐射，严重制约系统性能。为解决此问题，选择映射（SLM）和部分传输序列（PTS）作为无失真概率类技术的代表，成为研究热点。以下从技术原理、仿真实现、性能对比及研究进展展开分析。

一、PAPR问题的定义与影响

1. PAPR的数学定义

PAPR定义为时域信号峰值功率与平均功率的比值：

2. 高PAPR的负面影响

功率放大器非线性失真：高峰值需放大器高线性动态范围，否则信号畸变，误码率（BER）升高。
设备成本增加：高线性功放需额外功耗和散热设计，增加基站与终端成本。
频谱效率降低：带外辐射导致邻信道干扰。

二、SLM与PTS技术原理及实现

1. 选择映射（SLM）

核心思想：生成多个相位旋转的候选信号，选择PAPR最低者传输。
实现步骤：

关键优化：

相位序列设计：使用Riemann矩阵或伪随机序列提升相位多样性，增强PAPR降低效果。
侧信息传输：需额外传输相位因子索引，导致带宽效率损失（约log⁡2Ulog2U比特/符号）。

2. 部分传输序列（PTS）

核心思想：将数据分割为子块，独立调整子块相位后组合，寻找最优相位组合。
实现步骤：

三、研究进展与挑战

1. 混合技术

SLM+PTS组合：结合两者的相位优化策略，可提升PAPR降低效果（如SLM-PTS方案降低24%的PAPR）。
智能算法优化：利用遗传算法或深度学习优化相位序列生成，减少计算量。

2. 未来方向

低复杂度设计：改进PTS的分块策略（如循环移位分割），或采用压缩感知减少候选信号数量。
免侧信息传输：通过盲检测或编码技术消除侧信息需求，提升频谱效率。

四、结论

SLM和PTS作为无失真PAPR抑制技术的代表，在仿真中表现出显著效果，但需权衡计算复杂度与性能。未来研究需进一步结合新型调制技术（如FBMC-OQAM）和智能算法，推动其在5G/6G系统中的应用。

复杂度控制策略：

分层搜索：如ML-PTS通过多层迭代避免局部最优，减少计算量。
遗传算法：优化相位因子搜索路径，降低复杂度。

OFDM：正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）
PAPR：峰均功率比（Peak-to-Average Power Ratio）
SLM：选择映射（Selected Mapping）
PTS：部分传输序列（Partial Transmit Sequences）

SLM和PTS的中文解释

选择映射（SLM）
SLM是一种通过生成多个相位旋转的子载波数据，并选择具有最低PAPR的信号进行传输的技术。具体来说，输入数据被分为多个子块，每个子块通过相位旋转因子进行处理，最终选择PAPR最小的信号进行传输。
部分传输序列（PTS）
PTS方法是将OFDM信号分成若干个子序列，并对每个子序列施加相位旋转因子，从而降低PAPR。通过优化这些相位因子，可以找到PAPR最小的信号。

这两种技术都广泛应用于OFDM系统中，用于降低PAPR，从而提高系统的功率效率和信号质量。

仿真

OFDM：勾选以仿真OFDM信号并测量其PAPR
SLM：勾选以仿真OFDM信号，应用SLM技术并测量其PAPR
PTS：勾选以仿真OFDM信号，应用PTS技术并测量其PAPR

调制

QAM：所需的QAM阶数
载波数：OFDM的子载波数量

OFDM

N：OFDM的IFFT大小
OFDM符号：OFDM符号的数量（IFFT的数量）

PAPR降低

相位分辨率：PAPR降低技术的旋转相位分辨率
SLM
- SLM尝试次数：使用SLM降低PAPR的尝试次数
PTS
- 分区数量：不相交信号分区的数量
- PTS尝试次数：使用PTS降低PAPR的尝试次数

参数仿真：运行多次仿真，使用不同配置进行比较

参数：定义每次仿真中要更改的参数（如果选择“无”，则只运行一次仿真）

图形

文本框：保存图形的名称，.jpg会自动添加（如果为空，则为“figure.jpg”）
保存图形：勾选以保存显示的图形（必须在运行仿真之前设置）

📚2 运行结果

部分代码：

% --- Executes just before PAPR_GUI is made visible. function PAPR_GUI_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn. % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to PAPR_GUI (see VARARGIN) % Choose default command line output for PAPR_GUI handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes PAPR_GUI wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); addpath('Module') addpath('Control') addpath('View') % --- Outputs from this function are returned to the command line. function varargout = PAPR_GUI_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output; function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit1 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit1 as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % --- Executes on selection change in pop_QAM. function pop_QAM_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pop_QAM (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: contents = cellstr(get(hObject,'String')) returns pop_QAM contents as cell array % contents{get(hObject,'Value')} returns selected item from pop_QAM % --- Executes during object creation, after setting all properties. function pop_QAM_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pop_QAM (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: popupmenu controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)