專利名稱：正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比抑制的相位擾動(dòng)法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抑制正交頻分復(fù)用(OFDM)峰均功率比(PAR)的相位擾動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)，是一種無線環(huán)境下的高速寬帶傳輸技術(shù)。鑒于無線信道的頻率選擇性響應(yīng)，正交頻分復(fù)用技術(shù)的主要思想是在頻域內(nèi)將所給信道分成多個(gè)子信道，各個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，子載波序列并行傳輸，因此子信道的頻率響應(yīng)是相對(duì)平坦的，而且信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，大大減少了符號(hào)間干擾；相互覆蓋的子載波頻譜由于正交特性，不會(huì)產(chǎn)生相互干擾，提高信道的頻譜利用率。
由于強(qiáng)抗信道失真性以及高頻譜利用率的優(yōu)點(diǎn)，正交頻分復(fù)用技術(shù)已經(jīng)在無線局域網(wǎng)(WLAN)、數(shù)字音頻廣播(DAB)、數(shù)字視頻廣播(DVB)和非對(duì)稱數(shù)字用戶線(ADSL)等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也可能是下一代蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的無線接入技術(shù)。
OFDM調(diào)制的主要缺點(diǎn)是大的峰均功率比(PAR)。這種方式下，子載波傳輸?shù)男畔⒔y(tǒng)計(jì)獨(dú)立，時(shí)域波形近似高斯分布；一旦發(fā)射機(jī)功率放大器的線性放大范圍不夠大，將導(dǎo)致嚴(yán)重的信號(hào)帶內(nèi)失真和頻譜擴(kuò)散，影響通信質(zhì)量。
目前為止，已經(jīng)提出了多種抑制正交頻分復(fù)用峰均功率比的方法。最直接的方案是在OFDM信號(hào)放大前削除波形中的峰值，這使系統(tǒng)的比特差錯(cuò)率(BER)性能變差；編碼方案需要計(jì)算所有信息序列組合的峰均功率比，運(yùn)算量大，僅適用于載波少的OFDM系統(tǒng)；信息碼字映射為格雷序列或者M(jìn)序列的形式發(fā)送，編碼率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種抑制正交頻分復(fù)用峰均功率比的相位擾動(dòng)方法，消除了由調(diào)制矢量中多個(gè)連續(xù)的相同信息元分量引起的超大峰均功率比；綜合運(yùn)用信息元相位擾動(dòng)和抑制元相位擾動(dòng)算法后，MonteCarlo仿真128載波的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)表明，其峰均功率比低于5dB，主要集中在3～4dB；發(fā)射機(jī)硬件復(fù)雜度增加不大，接收機(jī)基本不改變；該相位擾動(dòng)算法的加入，不會(huì)影響接收機(jī)對(duì)信息的正常接收。
本發(fā)明一種抑制正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比的相位擾動(dòng)法，包括信息元相位擾動(dòng)和抑制元相位擾動(dòng)，在采用相位擾動(dòng)法抑制峰均功率比的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中，子載波序列的調(diào)制矢量由信息元分量和抑制元分量構(gòu)成，其特征在于，包括如下步驟1)時(shí)域信號(hào)峰均功率比大于設(shè)定閾值時(shí)，在信息元相位上迭加偽隨機(jī)相位；2)而抑制元的擾動(dòng)相位由梯度算法搜索獲得；
3)接收機(jī)時(shí)域采樣、解調(diào)后，直接刪除相應(yīng)子載波上的頻域信息得到有用信息。
其中調(diào)制矢量的信息元來自于信源，而抑制元人為加入；以信息元分量的相位擾動(dòng)操作為先；為增強(qiáng)對(duì)無線高速移動(dòng)信道頻率選擇性響應(yīng)的抵抗能力，抑制元等頻率間隔分布在調(diào)制矢量中。
首先計(jì)算抑制元分量未進(jìn)行相位擾動(dòng)時(shí)，調(diào)制矢量對(duì)應(yīng)的峰均功率比，如果超過設(shè)定的閾值，在信息元分量上疊加偽隨機(jī)擾動(dòng)相位，否則，信息元分量的相位保持不變；偽隨機(jī)擾動(dòng)相位根據(jù)偽隨機(jī)二進(jìn)制序列生成多項(xiàng)式和正交相移鍵控星座圖映射得到。
其中抑制元相位由梯度算法搜索獲得，最終根據(jù)運(yùn)算量上限或者期望的峰均功率比決定是否停止搜索過程。
其中選取整個(gè)圓周上的多個(gè)等間隔離散相位點(diǎn)，從抑制元相位的初始點(diǎn)出發(fā)，計(jì)算抑制元的某個(gè)離散相位點(diǎn)組合對(duì)應(yīng)的正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比，以小峰均功率比的離散相位點(diǎn)組合取代前一較大峰均功率比組合，最終可以取得初始點(diǎn)附近的一個(gè)局部極小點(diǎn)；抑制元相位搜索過程中，信息元相位保持不變。
其中抑制元的數(shù)目以及抑制元相位搜索中整個(gè)圓周上離散點(diǎn)的數(shù)目人為選擇，實(shí)現(xiàn)信息速率、搜索算法運(yùn)算量與峰均功率比的折中，以適應(yīng)不同的通信環(huán)境和通信要求。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1是抑制峰均功率比的相位擾動(dòng)法運(yùn)算流程框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的基本思路Monte Carlo仿真得到的128載波系統(tǒng)峰均功率比抑制對(duì)比曲線。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一種抑制正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比的相位擾動(dòng)法，包括信息元相位擾動(dòng)和抑制元相位擾動(dòng)，在采用相位擾動(dòng)法抑制峰均功率比的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中，子載波序列的調(diào)制矢量由信息元分量和抑制元分量構(gòu)成，包括如下步驟1)時(shí)域信號(hào)峰均功率比大于設(shè)定閾值時(shí)，在信息元相位上迭加偽隨機(jī)相位，2)而抑制元的擾動(dòng)相位由梯度算法搜索獲得；其中抑制元的數(shù)目以及抑制元相位搜索中整個(gè)圓周上離散點(diǎn)的數(shù)目人為選擇，實(shí)現(xiàn)信息速率、搜索算法運(yùn)算量與峰均功率比的折中，以適應(yīng)不同的通信環(huán)境和通信要求；3)接收機(jī)時(shí)域采樣、解調(diào)后，直接刪除相應(yīng)子載波上的頻域信息得到有用信息。
其中調(diào)制矢量的信息元來自于信源，而抑制元人為加入；以信息元分量的相位擾動(dòng)操作為先；為增強(qiáng)對(duì)無線高速移動(dòng)信道頻率選擇性響應(yīng)的抵抗能力，抑制元等頻率間隔分布在調(diào)制矢量中；首先計(jì)算抑制元分量未進(jìn)行相位擾動(dòng)時(shí)，調(diào)制矢量對(duì)應(yīng)的峰均功率比，如果超過設(shè)定的閾值，在信息元分量上疊加偽隨機(jī)擾動(dòng)相位，否則，信息元分量的相位保持不變；偽隨機(jī)擾動(dòng)相位根據(jù)偽隨機(jī)二進(jìn)制序列生成多項(xiàng)式和正交相移鍵控星座圖映射得到；其中抑制元相位由梯度算法搜索獲得，最終根據(jù)運(yùn)算量上限或者期望的峰均功率比決定是否停止搜索過程；其中選取整個(gè)圓周上的多個(gè)等間隔離散相位點(diǎn)，從抑制元相位的初始點(diǎn)出發(fā)，計(jì)算抑制元的某個(gè)離散相位點(diǎn)組合對(duì)應(yīng)的正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比，以小峰均功率比的離散相位點(diǎn)組合取代前一較大峰均功率比組合，最終可以取得初始點(diǎn)附近的一個(gè)局部極小點(diǎn)；抑制元相位搜索過程中，信息元相位保持不變；圖2是根據(jù)本發(fā)明的基本思路Monte Carlo仿真得到的128載波系統(tǒng)峰均功率比抑制對(duì)比曲線。
OFDM系統(tǒng)中，信息流經(jīng)過數(shù)字映射以及交織處理得到調(diào)制復(fù)數(shù)序列，含有N個(gè)元的復(fù)數(shù)序列可以表示為頻域調(diào)制矢量X→=[X(0),X(1),K,X(N-1)],]]>其中N是OFDM系統(tǒng)中子載波數(shù)目，復(fù)數(shù)元X(k)(0≤k≤N-1)∈C，C是數(shù)字映射星座圖的映射點(diǎn)集合。QPSK調(diào)制方式的一種映射點(diǎn)集合C={exp(jφk)|φk=π4,3π4,5π4,7π4}.]]>時(shí)域模擬OFDM符號(hào)為s(t)=Σk=0N-1X(k)expj(2πkΔft),t∈
]>其中Δf是OFDM子載波的載波間隔，T是OFDM符號(hào)周期，Δf=1T]]>時(shí)各子載波是正交的.IFFT調(diào)制結(jié)果時(shí)域矢量 的分量x(n)(n＝0，1，K，N-1)是OFDM符號(hào)s(t)的時(shí)域采樣值，采樣間隔是Ts，即x(n)＝s(nTs)，(n＝0，1，K，N-1).符號(hào)s(t)的峰均功率比如下定義
PAR(dB)=10log2max{|s(t)|2}E{|s(t)|2}]]>抑制元的相位擾動(dòng)從時(shí)域角度著手，比較抑制矢量各分量不同擾動(dòng)相位對(duì)應(yīng)的峰均功率比，選取峰均功率比最小對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)相位，而信息元的相位擾動(dòng)基于對(duì)信息矢量的頻域隨機(jī)相位迭加的思想。
構(gòu)造信息矢量 和抑制矢量 滿足X→=XF→+XR→.]]>為增強(qiáng)對(duì)無線高速移動(dòng)信道頻率選擇性響應(yīng)的抵抗能力，抑制元等頻率間隔分布在調(diào)制矢量 中，如下定義 抽取抑制矢量 中的抑制元組成搜索矢量 XOP→=[XR(N/R-1),XR(2N/R-1),K,XR(N-1)]]]>=[X[(N/R-1),X(2N/R-1),K,X(N-1)]=XOP(0),XOP(1),K,XOP(R-1)].]]>信息元相位擾動(dòng)利用偽隨機(jī)二進(jìn)制序列發(fā)生器生成附加偽隨機(jī)相位，從頻域消除多個(gè)相位相同的信息元的連續(xù)狀態(tài).偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的生成多項(xiàng)式為7階S(x)＝x7+x4+1，預(yù)置非全零狀態(tài)字.建立如下的映射f1+j2↔00,-1+j2↔01,-1-j2↔11,1-j2↔10,]]>頻率交織模塊輸出的復(fù)數(shù)信息元，經(jīng)過該映射，得到相應(yīng)的二進(jìn)制序列，輸入相位擾動(dòng)器，輸出的二進(jìn)制序列按照逆映射f-1規(guī)則變換成為擾動(dòng)后的信息元。
設(shè)調(diào)制矢量 中插入了R個(gè)抑制元xr(n)(n＝0，1，K，R-1)。抑制元的模和幅角取值滿足|xr|＝1，∠xr＝2πκr/Nsd，(κr＝0，1，Λ，Nsd-1)，其中Nsd為抑制元擾動(dòng)相位搜索的細(xì)分度，κr是特定抑制元的擾動(dòng)相位對(duì)應(yīng)取值。調(diào)制矢量 中信息元數(shù)目F＝N-R，為說明問題方便，假設(shè)N和R是2的整數(shù)次冪。
設(shè)R維空間的單位搜索矢量為v(1)＝[υ，0，K，0]，v(2)＝
K，v(R)＝
，統(tǒng)一表示為v(i)=
,i=1,2,K,R,υ=exp(j2π/Nsd).]]>分別沿各個(gè)矢量v(i)的方向搜索使得峰均功率比最小的解.選取一初始矢量 由 沿第一個(gè)單位搜索矢量v(1)的方向在矢量集V(1)＝{nυ(1)|n＝0，1，K，Nsd-1}中求最優(yōu)解，得到 以 為起點(diǎn)，沿第二個(gè)單位搜索矢量v(2)的方向在矢量集V(2)＝{nυ(2)|n＝0，1，K，Nsd-1}中求最優(yōu)解，得到 依次類推，一直到沿第R個(gè)單位搜索矢量v(R)的方向在矢量集V(R)＝{nυ(R)|n＝0，1，K，Nsd-1}中求最優(yōu)解，得到 這時(shí)，如果達(dá)到峰均功率比的要求PAR＜ε(或者最大運(yùn)算量的上限ξ)，停止迭代，否則重復(fù)上述迭代過程。
對(duì)于由R維搜索矢量 張成的離散點(diǎn)空間EE={XOP→|XOP(k)=0,υ,K,(Nsd-1)υ,k=0,1,K,R-1},]]>抑制元擾動(dòng)相位搜索的梯度算法力求獲得滿足要求 的矢量 搜索運(yùn)算的結(jié)果是初始矢量 附近的一個(gè)極小點(diǎn)，而不是離散點(diǎn)空間E中使得PAR達(dá)到最小值的最優(yōu)矢量，因此抑制元擾動(dòng)相位是次最優(yōu)的。
根據(jù)FFT算法實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制的基本思想，可以認(rèn)為時(shí)域采樣值等同于D/A轉(zhuǎn)換和濾波后的模擬信號(hào)，有如下關(guān)系s(t)=Σk=0N-1X(k)exp(j2πkΔft)=Σk=0N-1X(k)exp(j2πkn/N)=N·IFFT(X(k))]]>=N·IFFT(XF(k))+N·IFFT(XR(k))=xF(n)+xR(n),0≤n≤N-1,t∈
]>抑制元擾動(dòng)相位確定過程中，信息矢量 固定，IFFT(XF(k))只運(yùn)算一次，而抑制矢量的每次變換都要重新計(jì)算IFFT(XR(k))，時(shí)域信息信號(hào)xF(n)和時(shí)域抑制信號(hào)xR(n)相加是時(shí)域OFDM信號(hào)，運(yùn)算IFFT(XF(k))和IFFT(XR(k))在物理結(jié)構(gòu)上由同一部分實(shí)現(xiàn)。
考慮到實(shí)際FM波段的無線信道特性以及數(shù)字邊帶信號(hào)的可用帶寬，實(shí)驗(yàn)中選擇了128個(gè)子載波仿真.抑制矢量維數(shù)R、抑制元分量擾動(dòng)相位搜索的細(xì)分度Nsd和抑制元擾動(dòng)相位搜索過程結(jié)束條件等參數(shù)可以設(shè)定。
接收機(jī)時(shí)域采樣和傅立葉變換后，由于抑制元在調(diào)制相量中位置已知，直接刪除相應(yīng)子載波上的頻域信息得到有用信息；根據(jù)已知的信息元相位擾動(dòng)器初始狀態(tài)和偽隨機(jī)相位生成多項(xiàng)式求得當(dāng)前頻域信息元的迭加相位，由模2加和映射關(guān)系f可以還原信息元分量的原始相位。
權(quán)利要求
1.一種抑制正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比的相位擾動(dòng)法，包括信息元相位擾動(dòng)和抑制元相位擾動(dòng)，在采用相位擾動(dòng)法抑制峰均功率比的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中，子載波序列的調(diào)制矢量由信息元分量和抑制元分量構(gòu)成，其特征在于，包括如下步驟1)時(shí)域信號(hào)峰均功率比大于設(shè)定閾值時(shí)，在信息元相位上迭加偽隨機(jī)相位；2)而抑制元的擾動(dòng)相位由梯度算法搜索獲得；3)接收機(jī)時(shí)域采樣、解調(diào)后，直接刪除相應(yīng)子載波上的頻域信息得到有用信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比抑制的相位擾動(dòng)法，其特征在于，其中調(diào)制矢量的信息元來自于信源，而抑制元人為加入；以信息元分量的相位擾動(dòng)操作為先；為增強(qiáng)對(duì)無線高速移動(dòng)信道頻率選擇性響應(yīng)的抵抗能力，抑制元等頻率間隔分布在調(diào)制矢量中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比抑制的相位擾動(dòng)法，其特征在于，首先計(jì)算抑制元分量未進(jìn)行相位擾動(dòng)時(shí)，調(diào)制矢量對(duì)應(yīng)的峰均功率比，如果超過設(shè)定的閾值，在信息元分量上疊加偽隨機(jī)擾動(dòng)相位，否則，信息元分量的相位保持不變；偽隨機(jī)擾動(dòng)相位根據(jù)偽隨機(jī)二進(jìn)制序列生成多項(xiàng)式和正交相移鍵控星座圖映射得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比抑制的相位擾動(dòng)法，其特征在于，其中抑制元相位由梯度算法搜索獲得，最終根據(jù)運(yùn)算量上限或者期望的峰均功率比決定是否停止搜索過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比抑制的相位擾動(dòng)法，其特征在于，其中選取整個(gè)圓周上的多個(gè)等間隔離散相位點(diǎn)，從抑制元相位的初始點(diǎn)出發(fā)，計(jì)算抑制元的某個(gè)離散相位點(diǎn)組合對(duì)應(yīng)的正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比，以小峰均功率比的離散相位點(diǎn)組合取代前一較大峰均功率比組合，最終可以取得初始點(diǎn)附近的一個(gè)局部極小點(diǎn)；抑制元相位搜索過程中，信息元相位保持不變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比抑制的相位擾動(dòng)法，其特征在于，其中抑制元的數(shù)目以及抑制元相位搜索中整個(gè)圓周上離散點(diǎn)的數(shù)目人為選擇，實(shí)現(xiàn)信息速率、搜索算法運(yùn)算量與峰均功率比的折中，以適應(yīng)不同的通信環(huán)境和通信要求。
全文摘要
一種抑制正交頻分復(fù)用信號(hào)峰均功率比的相位擾動(dòng)法，包括信息元相位擾動(dòng)和抑制元相位擾動(dòng)，在采用相位擾動(dòng)法抑制峰均功率比的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中，子載波序列的調(diào)制矢量由信息元分量和抑制元分量構(gòu)成，其特征在于，包括如下步驟1)時(shí)域信號(hào)峰均功率比大于設(shè)定閾值時(shí)，在信息元相位上迭加偽隨機(jī)相位；2)而抑制元的擾動(dòng)相位由梯度算法搜索獲得；3)接收機(jī)時(shí)域采樣、解調(diào)后，直接刪除相應(yīng)子載波上的頻域信息得到有用信息。
文檔編號(hào)H04K3/00GK1601940SQ03160229
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2003年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月28日
發(fā)明者劉揚(yáng), 石寅 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所