專利名稱：利用導(dǎo)頻符號(hào)序列降低ofdm系統(tǒng)峰均比的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交頻分復(fù)用通信(OFDM)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本發(fā)明主要涉及OFDM通信系統(tǒng)中降低峰均比的方法和裝置。
背景技術(shù)：
由于具有很高的頻譜利用率，便于提供更高的數(shù)據(jù)速率，正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)已成為下一代通信系統(tǒng)的主流技術(shù)。但是，這個(gè)技術(shù)有個(gè)固有的缺點(diǎn)，即具有很高的峰均比。峰均比(簡(jiǎn)記為PAPR)是指峰值功率和平均功率的比值。要避免失真和頻譜擴(kuò)散，高的峰均比需要大線性范圍和高輸出功率的發(fā)射放大器。為了解決這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)前已有多種方法。
這些方法可以分為三類塊編碼，削減方法和概率方法。塊編碼的方法是將一個(gè)OFDM符號(hào)按一定的規(guī)則編碼，這種碼具有較小的峰均比，從而達(dá)到降低峰均比的目的。削減的方法就是對(duì)幅度較大的載波或所以載波進(jìn)行削減或壓縮來(lái)降低峰均比的一種方法。概率方法的思路是通過(guò)降低峰值的出現(xiàn)概率來(lái)達(dá)到獲得較小峰均比的目的。這類方法中最據(jù)代表性的是部分發(fā)射序列(PTS)和選擇映射(SLM)兩種方法。
在當(dāng)前的三類方法中，塊編碼的方法只適用于載波數(shù)很小的系統(tǒng)，應(yīng)用的局限性很大。削減的方法對(duì)系統(tǒng)性能的影響太大。概率的方法有較好的應(yīng)用前景。這類方法中主要有部分發(fā)射序列(PTS)和選擇映射(SLM)兩種方法。
在SLM中，調(diào)制后的信息序列需要乘以一組固定的有一定特征的隨機(jī)序列。這個(gè)隨機(jī)序列越長(zhǎng)，性能越好。在接收端，還需要相應(yīng)的除法過(guò)程。在PTS中，每個(gè)調(diào)制后的信息子塊序列要乘以一組確定相位偏轉(zhuǎn)的信號(hào)，發(fā)射機(jī)將每個(gè)子塊乘后的結(jié)果相加，以最小峰均比的原則為每個(gè)信息子塊選擇一個(gè)優(yōu)化的相位偏轉(zhuǎn)。同樣，在接收端也需要相應(yīng)的逆操作。乘法操作的運(yùn)算量較大?？梢?jiàn)，這兩種方法的運(yùn)算量特別大，并需要傳輸附加信息，這就要降低頻譜利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種通過(guò)改變OFDM系統(tǒng)中導(dǎo)頻序列的極性和發(fā)射功率，采用低復(fù)雜度、高效率的算法，在不需傳輸附加信息和不增加接收機(jī)復(fù)雜的前提下，降低OFDM系統(tǒng)的峰均比的方法及裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一方面，一種利用導(dǎo)頻符號(hào)序列降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的峰均比的方法，其特征在于包括步驟改變OFDM符號(hào)中的原有導(dǎo)頻序列的極性和功率，得到一組所有可能的序列；對(duì)這組序列中的每個(gè)序列進(jìn)行逆傅里葉變換；將經(jīng)過(guò)編碼和交織的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行逆傅里葉變換，并將計(jì)算結(jié)果和前面導(dǎo)頻變換后得到的一組序列中的每個(gè)序列進(jìn)行加法運(yùn)算，得到另一組序列；分別計(jì)算這組序列中每個(gè)序列的峰均比，選擇出對(duì)應(yīng)于最小峰均比的序列作為發(fā)射序列。
按照本發(fā)明的另一方面，一種利用導(dǎo)頻符號(hào)序列降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的峰均比的裝置，包括改變導(dǎo)頻的極性和功率模塊(M100)，輸入端接導(dǎo)頻序列模塊的輸出端，輸出端接矩陣IDFT模塊(M101)的輸入端；IDFT模塊(M102)，輸入端接數(shù)據(jù)序列模塊的輸出端；加法運(yùn)算模塊(M103)接收矩陣IDFT模塊(M101)和IDFT模塊(M102)的輸出，并將運(yùn)算結(jié)果輸出給序列選擇模塊(M104)；序列選擇模塊(M104)，選擇具有最小峰均比的序列作為輸出序列。
本發(fā)明通過(guò)改變OFDM系統(tǒng)中導(dǎo)頻序列的極性和發(fā)射功率，采用低復(fù)雜度、高效率的算法，在不需要傳輸附加信息和不增加接收機(jī)復(fù)雜度的前提下，降低了OFDM系統(tǒng)的峰均比。


圖1是利用導(dǎo)頻符號(hào)序列降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的峰均比的裝置示意圖；圖2是一個(gè)典型的OFDM系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)；圖3是一個(gè)典型的OFDM符號(hào)中導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)的分布圖；圖4是QPSK調(diào)制下不同導(dǎo)頻功率時(shí)峰均比＞常數(shù)(x0)的概率分布圖；圖5是16QAM調(diào)制下不同導(dǎo)頻功率時(shí)峰均比＞常數(shù)(x0)的概率分布圖；圖6是64QAM調(diào)制下不同導(dǎo)頻功率時(shí)峰均比＞常數(shù)(x0)的概率分布圖；圖7是PRPC與SLM的峰均比＞常數(shù)(x0)的概率分布比較圖；圖8是PRPC與PTS的峰均比＞常數(shù)(x0)的概率分布比較圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明利用導(dǎo)頻符號(hào)序列降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)峰均比的方法，首先改變OFDM符號(hào)中的原有導(dǎo)頻序列的極性和功率，得到一組所有可能的序列；其次，對(duì)這組序列中的每個(gè)序列進(jìn)行逆傅里葉變換(IDFT)；然后，將經(jīng)過(guò)編碼和交織的數(shù)據(jù)序列也進(jìn)行逆傅里葉變換，并將計(jì)算結(jié)果和前面導(dǎo)頻變換后得到的一組序列中的每個(gè)序列進(jìn)行加法運(yùn)算，得到另一組序列。最后，分別計(jì)算這組序列中每個(gè)序列的峰均比，選擇出對(duì)應(yīng)于最小峰均比的序列作為發(fā)射序列。改變OFDM符號(hào)中的原有導(dǎo)頻序列的極性和功率，就是讓每個(gè)導(dǎo)頻可以取+1或-1兩個(gè)值，這樣就可以得到一組可能的序列；在這些可能的序列中，除導(dǎo)頻序列外，其他部分均為零。如有必要，再調(diào)整導(dǎo)頻序列的幅度，以改變導(dǎo)頻的功率。經(jīng)過(guò)編碼和交織的數(shù)據(jù)序列是指信息源經(jīng)過(guò)信道編碼和按一定規(guī)則進(jìn)行的塊交織后的結(jié)果。這個(gè)序列中，對(duì)應(yīng)導(dǎo)頻序列部分的位置全被置零。每個(gè)序列的峰均比是指這個(gè)序列的峰值和平均值的功率比。發(fā)射序列是指將送給射頻部分的序列。
本發(fā)明的利用導(dǎo)頻符號(hào)序列降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)峰均比的裝置，包括改變導(dǎo)頻極性和功率模塊、矩陣IDFT模塊、IDFT模塊、加法運(yùn)算模塊和序列選擇模塊等5個(gè)模塊。其中，改變導(dǎo)頻極性和功率模塊接收導(dǎo)頻序列模塊的輸入，生成一個(gè)輸出矩陣給矩陣IDFT模塊。IDFT模塊接收數(shù)據(jù)序列，將IDFT變換后的序列輸出給加法運(yùn)算模塊。加法運(yùn)算模塊接收矩陣IDFT模塊和IDFT模塊的輸出，運(yùn)算后將結(jié)果輸出給序列選擇模塊。序列選擇模塊接收加法模塊的輸出，選擇具有最小峰均比的序列輸出到射頻。
下面結(jié)合附圖詳述本發(fā)明。如圖1和圖2所示，一個(gè)OFDM幀有一個(gè)Preamble和多個(gè)OFDM符號(hào)組成，每個(gè)OFDM符號(hào)包括一定數(shù)量的導(dǎo)頻符號(hào)和數(shù)據(jù)序列。本發(fā)明的方法就是基于這種結(jié)構(gòu)的OFDM系統(tǒng)。假定每個(gè)OFDM符號(hào)中，包含相同數(shù)目的導(dǎo)頻符號(hào)。我們將第μ個(gè)OFDM符號(hào)用向量Aμ來(lái)標(biāo)記，則有Aμ=Aμp+Aμm----(1)]]>上式中，Aμ、Aμp和Aμm是3個(gè)長(zhǎng)度相同的向量。Aμp表示第μ個(gè)OFDM符號(hào)中導(dǎo)頻符號(hào)序列。這個(gè)序列中，與數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的位置全部用0來(lái)填充。Aμm表示第μ個(gè)OFDM符號(hào)中數(shù)據(jù)序列。這個(gè)序列中，與導(dǎo)頻對(duì)應(yīng)的位置全部用0來(lái)填充。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。以下先對(duì)發(fā)明中的各個(gè)組成模塊分別加以論述。
1，改變導(dǎo)頻的極性和功率模塊(M100)
導(dǎo)頻序列Aμp是一個(gè)取值為+1或-1的給定的序列。改變導(dǎo)頻的極性和功率模塊使導(dǎo)頻序列的每個(gè)符號(hào)的值可以取+1或-1兩個(gè)值。假設(shè)每個(gè)OFDM符號(hào)占有M個(gè)載波，其中有n個(gè)分給導(dǎo)頻符號(hào)。那么改變每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的極性后，可以得到2n(N＝2n)個(gè)可能的序列Aμp(0)KAμp(i)ΛAμp(N-1)。為了方便，我們記N＝2n。那么，改變導(dǎo)頻的極性和功率模塊的輸出Bμp可以表示為Bμp=AμpMAμpMAμp(N-1)----(2)]]>這個(gè)矩陣的大小為N×M，每行表示一種可能的導(dǎo)頻序列取值。
2，矩陣IDFT模塊(M101)這個(gè)模塊將輸入的矩陣Bμp按行作逆傅立葉變換，得到一個(gè)新的矩陣bμp。這個(gè)矩陣的每個(gè)行序列就是一個(gè)可能的導(dǎo)頻序列的逆傅立葉變換的結(jié)果。
3，IDFT模塊(M102)這個(gè)模塊將輸入的向量Aμm作逆傅立葉變換，得到一個(gè)新的向量aμm。
4，加法運(yùn)算模塊(M103)該模塊將向量aμm和矩陣bμp的每行分別進(jìn)行相加得到新的矩陣cμ。
5，序列選擇(M104)模塊這個(gè)模塊計(jì)算矩陣cμ每個(gè)行向量的峰均比，選擇具有最小峰均比的那個(gè)序列作為輸出序列。
具體的信號(hào)處理過(guò)程共分為4個(gè)部分，分別詳細(xì)描述如下1，首先，確定導(dǎo)頻符號(hào)占有載波數(shù)的數(shù)目和位置，構(gòu)造向量Aμp。該向量的長(zhǎng)度為一個(gè)OFDM符號(hào)所占有的載波數(shù)，且除導(dǎo)頻符號(hào)外的位置全被都置為零。通過(guò)改變每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的極性和功率模塊(M100)，得到如公式(2)所示的矩陣Bμp。利用矩陣IDFT模塊(M101)完成對(duì)矩陣Bμp按行作逆傅立葉變換，得到一個(gè)新的矩陣bμp。由于這個(gè)矩陣已包括所有可能導(dǎo)頻序列的IDFT的結(jié)果，對(duì)于所以的數(shù)據(jù)序列都是固定的，所以這個(gè)矩陣只需在剛開(kāi)始時(shí)計(jì)算一次，就可保存到存儲(chǔ)器中，供每個(gè)OFDM符號(hào)中的數(shù)據(jù)序列使用。另外，由于IDFT是線性操作，增加導(dǎo)頻的功率就相當(dāng)于把矩陣bμp乘以一個(gè)常實(shí)數(shù)。
2，其次，確定每個(gè)OFDM符號(hào)中數(shù)據(jù)占有載波數(shù)的數(shù)目和位置，構(gòu)造向量Aμm。該向量的長(zhǎng)度為一個(gè)OFDM符號(hào)所占有的載波數(shù)，且導(dǎo)頻符號(hào)的位置全被都置為零。通過(guò)IDFT模塊(M102)將輸入的向量Aμm作逆傅立葉變換，得到一個(gè)新的向量aμm。
3，然后，將向量aμm和存儲(chǔ)器中的矩陣送給加法運(yùn)算模塊(M103)，該模塊將向量aμm和矩陣bμp的每行分別進(jìn)行相加得到新的矩陣cμ。
4，最后，序列選擇模塊(M104)計(jì)算矩陣cμ每個(gè)行向量的峰均比，選擇具有最小峰均比的那個(gè)序列作為輸出序列。
本發(fā)明和已有的降低OFDM系統(tǒng)的峰均比的算法相比，本發(fā)明提出的PRPC方法有以下優(yōu)點(diǎn)1，好的性能。PRPC方法在降低峰均比方面，可以取得比以往的方法更好的性能。為了證明這一點(diǎn)，附圖4、5、6、7、8中將PRPC方法和最據(jù)代表性的兩種方法SLM和PTS進(jìn)行了性能比較。仿真中使用IDFT的大小為128，其中導(dǎo)頻數(shù)為8個(gè)，分別位于±7，±21，±35，±49。圖4、5、6分別給出了QPSK、16QAM、64QAM三種調(diào)制方式下，不同導(dǎo)頻功率對(duì)PRPC方法性能的影響。dB的值是導(dǎo)頻功率相當(dāng)于數(shù)據(jù)功率而言的。0dB表示導(dǎo)頻功率和數(shù)據(jù)功率相同，3dB表示導(dǎo)頻功率是數(shù)據(jù)功率的一倍，而3dB表示導(dǎo)頻功率是數(shù)據(jù)功率的4倍?？梢钥闯鲈诓煌恼{(diào)制方式下，導(dǎo)頻的功率越大，PRPC算法的性能越好。圖7和圖8分別給出了在相同的IFFT長(zhǎng)度，QPSK調(diào)制的方式下，PTS、SLM和PRPC的性能比較。可以看出，在相同的條件下，PRPC的性能要好于其他兩種方法的性能。
2，低復(fù)雜度。在SLM中，調(diào)制后的信息序列需要乘以一組固定的有一定特征的隨機(jī)序列。這個(gè)隨機(jī)序列越長(zhǎng)，性能越好。在接收端，還需要相應(yīng)的除法過(guò)程。在PTS中，每個(gè)調(diào)制后的信息子塊序列要乘以一組確定相位偏轉(zhuǎn)的信號(hào)，發(fā)射機(jī)將每個(gè)子塊乘后的結(jié)果相加，以最小峰均比的原則為每個(gè)信息子塊選擇一個(gè)優(yōu)化的相位偏轉(zhuǎn)。同樣，在接收端也需要相應(yīng)的逆操作。乘法操作的運(yùn)算量較大。PRPC方法不需要復(fù)雜的乘法運(yùn)算，所以復(fù)雜度很低。
3，頻譜利用率高。以往的方法都需要傳輸附加的信息，接收機(jī)才能還原數(shù)據(jù)。而PRPC方法不需要傳輸附加信息，所以節(jié)約了部分頻譜，提供了使用效率。
4，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單。當(dāng)前的方法或多或少的都需要改變接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，這將不利用系統(tǒng)的操作，同時(shí)也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。本發(fā)明中的PRPC方法不需要改變接收機(jī)的任何結(jié)構(gòu)，非常簡(jiǎn)單易行。
5，高可靠性。在其他的方法中，附加信息傳輸?shù)目煽啃苑浅Ｖ匾?，一旦出錯(cuò)將帶來(lái)災(zāi)難性的后果。PRPC方法由于不需要任何的附加信息，所以不需考慮這個(gè)問(wèn)題，因而具有更高的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種利用導(dǎo)頻符號(hào)序列降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的峰均比的方法，其特征在于包括步驟改變OFDM符號(hào)中的原有導(dǎo)頻序列的極性和功率，得到一組所有可能的序列；對(duì)這組序列中的每個(gè)序列進(jìn)行逆傅里葉變換；將經(jīng)過(guò)編碼和交織的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行逆傅里葉變換，并將計(jì)算結(jié)果和前面導(dǎo)頻變換后得到的一組序列中的每個(gè)序列進(jìn)行加法運(yùn)算，得到另一組序列；分別計(jì)算這組序列中每個(gè)序列的峰均比，選擇出對(duì)應(yīng)于最小峰均比的序列作為發(fā)射序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)頻序列的位置不需任何改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述OFDM符號(hào)中包含相同數(shù)目的導(dǎo)頻符號(hào)。
4.一種利用導(dǎo)頻符號(hào)序列降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的峰均比的裝置，其特征在于包括改變導(dǎo)頻的極性和功率模塊(M100)，輸入端接導(dǎo)頻序列模塊的輸出端，輸出端接矩陣IDFT模塊(M101)的輸入端；IDFT模塊(M102)，輸入端接數(shù)據(jù)序列模塊的輸出端；加法運(yùn)算模塊(M103)接收矩陣IDFT模塊(M101)和IDFT模塊(M102)的輸出，并將運(yùn)算結(jié)果輸出給序列選擇模塊(M104)；序列選擇模塊(M104)，選擇具有最小峰均比的序列作為輸出序列。
全文摘要
一種利用導(dǎo)頻符號(hào)序列降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的峰均比的方法，包括步驟改變OFDM符號(hào)中的原有導(dǎo)頻序列的極性和功率，得到一組所有可能的序列；對(duì)這組序列中的每個(gè)序列進(jìn)行逆傅里葉變換；將經(jīng)過(guò)編碼和交織的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行逆傅里葉變換，并將計(jì)算結(jié)果和前面導(dǎo)頻變換后得到的一組序列中的每個(gè)序列進(jìn)行加法運(yùn)算，得到另一組序列；分別計(jì)算這組序列中每個(gè)序列的峰均比，選擇出對(duì)應(yīng)于最小峰均比的序列作為發(fā)射序列。本發(fā)明通過(guò)改變OFDM系統(tǒng)中導(dǎo)頻序列的極性和發(fā)射功率，采用低復(fù)雜度、高效率的算法，在不需要傳輸附加信息和不增加接收機(jī)復(fù)雜度的前提下，降低了OFDM系統(tǒng)的峰均比。
文檔編號(hào)H04L27/34GK1567763SQ0314753
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
發(fā)明者許昌龍, 王海, 王家城, 周潘渝 申請(qǐng)人:北京三星通信技術(shù)研究有限公司, 三星電子株式會(huì)社