ZC-OFDM雷达通信一体化减小PAPR—

ZC-OFDM雷达通信一体化减小PAPR——SC-FDMA技术

article/2025/6/18 22:52:04

文章目录

前言
一、SC-FDMA 技术
- 1、简介
- 2、原理
二、MATLAB 仿真
- 1、核心代码
- 2、仿真结果
三、资源自取

前言

在 OFDM 雷达通信一体化系统中，信号的传输由多个子载波协同完成，多个载波信号相互叠加形成最终的发射信号。此叠加过程可能导致信号峰值显著高于其均值，从而产生较高的峰值平均功率比（PAPR）。当这些具有高 PAPR 的信号通过非线性设备时，若信号的峰值超出设备的动态范围，就可能引发信号失真，从而影响系统性能。因此，OFDM 雷达通信一体化系统对非线性设备的动态范围提出了较为严格的要求，显著增加了系统建设成本。OFDM 技术所面临的高峰均比问题，已成为其在实际应用中遭遇的主要障碍之一。为了抑制 PAPR，多种技术被提出，本文介绍使用SC-FDMA技术抑制 OFDM 的 PAPR。

一、SC-FDMA 技术

1、简介

DFT 扩展 OFDM 技术是一种降低 PAPR 可行的解决方案。DFT 扩展 OFDM 的核心思想是在发射端的 IFFT 处理之前，通过对系统进行离散傅里叶变换（DFT）进行预扩展。通过此处理，信号从时域转换为频域，之后再通过逆 FFT（IFFT）模块将其从频域还原回时域。由于每个用户的发送信号波形呈现出类似单载波的特点，因此该技术常被称为单载波频分多址技术（SC-FDMA）。SC-FDMA 技术的实现过程和 OFDM 技术大部分相同。主要区别在于 SC-FDMA 发射端在进行IFFT过程前预先将预处理信号进行一次 DFT 变换，其目的在于将每个符号的能量扩展到该用户所占有的所有子信道上，从而有效降低系统的 PAPR 值。SC-FDMA 系统框架如图所示：
在这里插入图片描述

2、原理

信源信号首先经过串并转换，变为 $N$ 路并行的比特流，这些比特流对应SC-FDMA系统中的 $N$ 路子载波。接着，根据信道条件选择适当的调制方式，进行星座点映射，从而得到各个子载波上的调制符号。然后，使用DFT对这些调制符号在频域上进行分配，可以视为将调制符号“打散和搅拌”后，再按子载波进行重新分配。随后，对这些经过“打散和搅拌”的调制符号进行IFFT处理。在SC-FDMA系统中，DFT和IFFT的点数可以不同，如上图所示，采用了 $N$ 点 DFT 和 $M$ 点 IFFT（N ≤ M），因此通常需要进行补零操作，以完成完整的 $M$ 点 IFFT 运算。此时，频域信号成功转化为时域信号，之后通过并串转换和循环前缀的添加，得到完整的 SC-FDMA 基带信号。最终，经过数模转换后生成连续的模拟基带信号，并将该信号传输至信道。图中下方展示了 SC-FDMA 的解调部分，其完成了与发送过程相反的处理，这里不再赘述。需要特别指出的是，从流程角度来看，SC-FDMA 系统与 OFDM 系统的主要区别在于发送端对信号进行了额外的 DFT 处理，因此接收端必须进行相应的 IDFT 处理。

二、MATLAB 仿真

1、核心代码

        %SCOFDMA算法 t_fft_l2 = fft(t_fft_l)/sqrt(NBt) ; % 用于通信的随机序列复数yt_fft2(Nf0+NBp+NB+1:Nf0+NBp+NB+NBt) = t_fft_l2 ./ sqrt(2);   % 除sqrt(2)是为了保持干扰功率的一致性for m = Nf0+NBp+NB+1 : Nf0+NBp+NB+NBtyt_fft2(Ns+2-m) = conj(yt_fft2(m));   % 为了保证生成的波形是实值信号。end%yt = ifft(yt_fft2)*sqrt(Ns);      % 一体化波形 yt = ifft(yt_fft2);      % 一体化波形  papr(2,ii)=paprcal(yt);alfa = max(yt.^2)/10^(PSNRSeq(kk)/10)/mean(whi_n.^2); % 将信号功率除以信噪比和噪声功率，得到放大系数 alfa。这个系数将用于放大噪声信号的功率，以达到指定的信噪比。whi_n_m = whi_n .* sqrt(alfa);  % y_r = yt + whi_n_m;y_r_fft = fft(y_r);y_r_fft2= ifft(y_r_fft(Nf0+NBp+NB+1:Nf0+NBp+NB+NBt))*sqrt(NBt);yrt = [sign(real(y_r_fft2)), sign(imag(y_r_fft2))];   % 将接收的通信部分数据的实部及虚部映射到[-1,1]的区间后再进行拼接bertmp(2,ii) = mean(yrt(:)~= yft(:));   % 累加计算误码率数量

2、仿真结果

在这里插入图片描述

从图 3 可见，SC-FDMA 技术抑制前后 OFDM 雷达通信一体化时域波形峰值会有一定减小。如图 4 展示了采用 SC-FDMA技术前后的 PAPR 性能。可以看到使用 SC-FDMA 技术后系统的 PAPR 性能会变好。如图 5 所示，采用 SC-FDMA 技术后的 OFDM 雷达通信一体化信号误码率也会有显著的下降。