專利名稱：4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)峰均比抑制方法，尤其涉及一種個(gè)人網(wǎng)絡(luò)MC-SS系統(tǒng)的峰均比抑制方法。
背景技術(shù)：
目前已經(jīng)針對(duì)OFDM系統(tǒng)提出了多種抑制峰均功率比的技術(shù)，主要分為IFFT以前的峰均功率比抑制技術(shù)和IFFT之后的峰均功率比抑制技術(shù)兩大類。
現(xiàn)有的針對(duì)OFDM系統(tǒng)的峰均功率比抑制中，在IFFT以前的操作方法，例如冗余分組編碼方法等，大多需要消耗系統(tǒng)頻譜資源，在IFFT以后的操作方法，包括限幅方法、壓縮擴(kuò)展變換方法等，其中壓縮擴(kuò)展變換需要在接收端做逆變換，復(fù)雜度較高，而限幅方法是復(fù)雜度最低的一類方法?，F(xiàn)有的OFDM系統(tǒng)的限幅抑制峰均功率比方法中，主要采用FFT過采樣后即作限幅濾波的結(jié)構(gòu)。
多載波擴(kuò)頻(MC-SS)系統(tǒng)是歐盟組織開發(fā)的個(gè)人網(wǎng)絡(luò)的高數(shù)據(jù)速率空中接口方案。由于功率放大器的非線性特性，多載波系統(tǒng)的峰均功率比會(huì)造成帶外頻譜泄漏、覆蓋范圍減小、功率效率下降、信號(hào)失真等問題。如果MC-SS系統(tǒng)也采用FFT過采樣后即限幅濾波的方法，那么按照MC-SS系統(tǒng)的頻譜規(guī)范要求，需要采用4倍的FFT過采樣，對(duì)于個(gè)人網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，復(fù)雜度過高。如果只考慮濾波器對(duì)頻譜性能的改善來較為隨意地設(shè)計(jì)濾波器，則會(huì)因?yàn)闉V波器引入了符號(hào)間干擾而影響系統(tǒng)的誤幀率性能。
目前個(gè)人網(wǎng)絡(luò)的MC-SS系統(tǒng)方案中，尚未有單位根據(jù)MC-SS系統(tǒng)的特定要求，提出MC-SS系統(tǒng)的峰均比抑制的有效解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)(尤其是個(gè)人網(wǎng)絡(luò)MC-SS系統(tǒng))中，峰均比過高造成的帶外頻譜泄漏、覆蓋范圍減小、功率效率下降、信號(hào)失真等問題，并且保持很低的復(fù)雜度。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
提供一種4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1，首先對(duì)頻域發(fā)送信號(hào)進(jìn)行頻域補(bǔ)零，然后作IFFT變換將信號(hào)變換到時(shí)域，得到2倍過采樣的時(shí)域信號(hào)；步驟2、對(duì)所述的2倍過采樣信號(hào)進(jìn)行削峰處理；步驟3、對(duì)所述削峰處理后的信號(hào)進(jìn)行2倍上采樣，從而使信號(hào)的采樣速率提高到4倍采樣速率；步驟4、對(duì)所述4倍采樣速率的信號(hào)，進(jìn)行濾波。
進(jìn)一步地，在所述步驟1后還包括步驟、對(duì)上述2倍過采樣的時(shí)域信號(hào)，實(shí)施功率控制。
進(jìn)一步地，所述步驟5中的濾波為無符號(hào)間干擾的有限沖激響應(yīng)濾波，即，除了中間一個(gè)抽頭系數(shù)為1，對(duì)應(yīng)于原始信號(hào)外，其偶數(shù)位置的抽頭系數(shù)均為零。
另外，本發(fā)明還提供一種4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，包括如下步驟步驟1，首先對(duì)頻域發(fā)送信號(hào)進(jìn)行頻域補(bǔ)零，然后作IFFT變換將信號(hào)變換到時(shí)域，得到2倍過采樣的時(shí)域信號(hào)；步驟2、對(duì)所述2倍過采樣信號(hào)進(jìn)行2倍上采樣，從而使信號(hào)的采樣速率提高到4倍采樣速率；步驟3、對(duì)所述的4倍采樣速率的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行削峰處理；步驟4、對(duì)所述削峰后的信號(hào)，進(jìn)行濾波。
進(jìn)一步地，在所述步驟1之后還包括步驟對(duì)上述2倍過采樣的時(shí)域信號(hào)，實(shí)施功率控制。
本發(fā)明不需要采用復(fù)雜度高的4倍過采樣(4倍DFT大小)，只需通過采用2倍過采樣(2倍DFT大小)和2倍上采樣(復(fù)雜度低)相結(jié)合，并后接與之相匹配而設(shè)計(jì)的無符號(hào)間干擾的濾波器，在同時(shí)滿足個(gè)人網(wǎng)絡(luò)的頻譜規(guī)范要求的前提下，通過很低的計(jì)算復(fù)雜度，達(dá)到降低峰均功率比、符號(hào)帶外頻譜規(guī)范等要求，并且在接收端正常同步的前提下，基本上不影響系統(tǒng)誤碼率/誤幀率性能。且在MC-SS系統(tǒng)的接收端，不需要進(jìn)行額外的處理。


圖1是本發(fā)明的峰均功率比抑制方法的流程2是本發(fā)明的IFFT模塊的輸入信號(hào)位置模塊3是23抽頭有限沖激響應(yīng)濾波器的頻譜特性4是MC-SS系統(tǒng)經(jīng)過4db限幅后尚未濾波的信號(hào)頻譜5是MC-SS系統(tǒng)經(jīng)過4db限幅后，通過濾波器濾波后的信號(hào)頻譜6是MC-SS系統(tǒng)通過所述峰均功率比抑制處理后的峰均功率比統(tǒng)計(jì)分布7是功率放大器回退等于8.5dB時(shí)，MC-SS系統(tǒng)經(jīng)峰均功率比抑制后的誤幀率性能圖8是功率放大器回退等于7dB時(shí)，MC-SS系統(tǒng)經(jīng)峰均功率比抑制后的誤幀率性能圖9是功率放大器回退等于5.5dB時(shí)，MC-SS系統(tǒng)經(jīng)峰均功率比抑制后的誤幀率性能圖10是在各種不同的功率放大器回退下，MC-SS系統(tǒng)經(jīng)峰均功率比抑制后的誤幀率性能比較。
具體實(shí)施例方式
下面以40MHz采樣頻率的MC-SS基本系統(tǒng)為例，具體說明本發(fā)明在個(gè)人網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用方法。
對(duì)40MHz采樣頻率的MC-SS系統(tǒng)，其基本系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。
表一40MHz采樣頻率MC-SS系統(tǒng)的基本參數(shù)


定義其子載波序號(hào)為-127，-126，…，127，128，其中DC所對(duì)應(yīng)的子載波序號(hào)為0，有效子載波(包括數(shù)據(jù)子載波和導(dǎo)頻子載波)所對(duì)應(yīng)的序號(hào)為-105，-104，…，-2，-1以及1，2，…，104，105。將頻域發(fā)送信號(hào)表示為S(n)，其中n為子載波序號(hào)。
在發(fā)射端所實(shí)施的峰均功率比抑制方法步驟如下步驟1、對(duì)該MC-SS系統(tǒng)的頻域發(fā)射信號(hào)S(k)，除了在n＝0的直流位置補(bǔ)一個(gè)零和在n＝-128，-126，…，-106以及n＝106，107，…，127的保護(hù)邊帶子載波位置補(bǔ)45個(gè)零外，同時(shí)在n＝-256，-254，…，-129以及n＝128，130，…，255的高頻段子載波位置補(bǔ)256個(gè)零，然后做512點(diǎn)的IFFT將信號(hào)變換到時(shí)域，插入20點(diǎn)的循環(huán)前綴，得到2倍過采樣的MC-SS時(shí)域信號(hào)。
對(duì)于512點(diǎn)的IFFT模塊，該MC-SS系統(tǒng)的頻域信號(hào)S(n)所對(duì)應(yīng)的輸入位置如圖2所示。
該512點(diǎn)IFFT模塊的輸出為時(shí)域信號(hào)s’(m)，m＝0，1，…，511。插入20點(diǎn)的循環(huán)前綴后，該2倍過采樣信號(hào)在一個(gè)MC-SS符號(hào)中的時(shí)域輸出序列s(k)為s’(492)，s’(493)，…，s’(511)，s’(0)，s’(1)，…，s’(511)，長度為532。
步驟2、對(duì)以上2倍過采樣的時(shí)域離散信號(hào)s(k)，實(shí)施功率控制，按照功率控制指令的要求，調(diào)節(jié)時(shí)域信號(hào)的平均發(fā)射功率。
sPC(k)＝α·s(k)其中α為功率控制用的實(shí)標(biāo)量乘法因子。
步驟3、對(duì)以上功率控制后的2倍過采樣信號(hào)sPC(k)，將功率超過閾值PCL的基帶信號(hào)，保持其相位不變，而將其幅度限制到ACL=PCL,]]>得到限幅以后的信號(hào)sCL(k)。
sCL(k)=sPC(k)|sPC(k)|≤ACLACL·arg{sPC(k)}|sPC(k)|>ACL]]>設(shè)功率放大器的飽和功率為Psat，功率控制指令所規(guī)定的平均發(fā)射功率為Pave，則ACL由兩者之差backoff＝Psat-Pave決定。從backoff值到ACL的值的映射關(guān)系，應(yīng)當(dāng)根據(jù)功率控制步長和所選擇的功率放大器硬件的飽和功率等參數(shù)，通過離線性能優(yōu)化，建立一個(gè)映射表，在線工作時(shí)通過查表的方法，根據(jù)當(dāng)前的backoff值，綜合考慮頻譜、性能、功耗等因素，確定當(dāng)前最優(yōu)的ACL值。8、根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，所述步驟3中的削峰處理方法，還包括最優(yōu)閾值的選擇步驟根據(jù)功率控制步長和所選擇的功率放入大器硬件的飽各功率等參數(shù)，通過離線性能優(yōu)化，建立一個(gè)映射表，在線工作時(shí)通過查表的方法，根據(jù)當(dāng)前的平均發(fā)射功率與飽和發(fā)射功率之間的差異值，綜合考慮頻譜、性能、功耗等因素，確定最優(yōu)的閾值。本具體實(shí)施例中，采用的映射表建立方法的一個(gè)例子為首先根據(jù)功率控制步長，例如1.5dB，確定功放回退參數(shù)的取值集合，例如1dB，2.5dB，4dB，5.5dB，…；然后在每種功放回退參數(shù)取值下，離線用各種削峰閾值進(jìn)行，例如以1dB為步長，可以有1dB，2dB，3dB，…，去除其中使系統(tǒng)頻譜性能不能滿足頻譜規(guī)范要求的削峰閾值，例如功放回退參數(shù)取值為5.5dB時(shí)，削峰閾值若超過4dB，頻譜規(guī)范就不能很好地滿足，因此必須取為4dB以下；此后可以按照系統(tǒng)誤幀率等其它性能要求，選取各功放回退參數(shù)取值所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)削峰閾值。
步驟4、對(duì)以上削峰后的信號(hào)sCL(k)，進(jìn)行2倍上采樣，即在每兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間插入一個(gè)零，獲得4倍采樣速率的信號(hào)sUS(k)。
sUS(2k)＝sCL(k)，sUS(2k+1)＝0，k＝0，1，…，531步驟5、對(duì)以上經(jīng)過上采樣的信號(hào)sUS(k)，進(jìn)行無符號(hào)間干擾的有限沖激響應(yīng)濾波，以控制帶外頻譜達(dá)到頻譜規(guī)范要求。
sFIR(k)＝g(k)*sUS(k)其中g(shù)(k)為FIR濾波器系數(shù)序列，符號(hào)*表示卷積運(yùn)算。
為不引入符號(hào)間干擾，可以利用2倍上采樣信號(hào)的特性，設(shè)計(jì)g(k)序列使其除對(duì)應(yīng)于原信號(hào)的抽頭位置外，其它所有偶數(shù)位置處的抽頭系數(shù)均等于零。這里給出一個(gè)23抽頭的濾波器的系數(shù)作為示例Cfilter＝[-0.0055，0.0000，0.0152，-0.0000，-0.0383，0.0000，0.0839，-0.0000，-0.1836，0.0000，0.6266，1.0000，0.6266，0.0000，-0.1836，-0.0000，0.0839，0.0000，-0.0383，-0.0000，0.0152，0.0000，-0.0055]該有限沖激響應(yīng)濾波器的長度在原信號(hào)s(k)的6倍采樣周期時(shí)間內(nèi)。除了中間一個(gè)抽頭系數(shù)為非零值，對(duì)應(yīng)于原始信號(hào)外(本具體實(shí)施例中，該值為1)，其偶數(shù)位置的抽頭系數(shù)均等于零，因此對(duì)于本發(fā)明中的經(jīng)過2倍上采樣的信號(hào)，可以很好地消除符號(hào)間干擾。
所述步驟3和步驟4可以交換，不影響性能，但復(fù)雜度會(huì)略有一點(diǎn)增加。
該濾波器的頻譜特性如圖3所示。
在進(jìn)行4dB限幅的條件下，濾波前的信號(hào)sCL(k)的頻譜特性如圖4所示。由于采用了2倍上采樣，所以在兩側(cè)形成了鏡像頻譜。在進(jìn)行4dB限幅的條件下，經(jīng)過上述有限沖激響應(yīng)濾波器濾波后的信號(hào)sFIR(k)的頻譜特性如圖5所示。在圖4和圖5中，紅色的折線為MC-SS系統(tǒng)的頻譜規(guī)范要求。
濾波后的峰均功率比的統(tǒng)計(jì)分布特性如圖6所示。由圖可見，由于采用了2倍過采樣，所以通過有限沖激響應(yīng)濾波后產(chǎn)生的峰值再生并不大，可以通過控制限幅閾值參數(shù)，來控制濾波后的峰均功率比的統(tǒng)計(jì)分布。
圖7，圖8和圖9分別給出了當(dāng)功率放大器回退等于8.5dB，7dB和5.5dB時(shí)，經(jīng)過以上峰均功率比抑制處理后，MC-SS系統(tǒng)的誤幀率性能。采用QPSK調(diào)制，1/2卷積編碼，MATRICE功率放大器模型，HIPERLAN2多徑衰落信道。
在以上三個(gè)誤幀率的仿真圖中，限幅閾值的取值范圍均保證了帶外頻譜能夠滿足MC-SS系統(tǒng)要求。橫坐標(biāo)為總的Eb/N0，即同時(shí)考慮了功率放大器回退之后的比特信噪比水平。
通過進(jìn)行以上這樣一些仿真，即可以確定在每個(gè)功率回退取值(即對(duì)應(yīng)于發(fā)射功率值)時(shí)，在滿足帶外頻譜要求的前提下，誤幀率性能最優(yōu)的限幅閾值參數(shù)。
圖10是根據(jù)以上結(jié)果得出的不同功率回退取值時(shí)，采用最優(yōu)限幅閾值的MC-SS系統(tǒng)誤幀率性能。為公平比較，橫坐標(biāo)采用當(dāng)功率放大器采用飽和功率時(shí)的參考Eb/N0水平。參考Eb/N0水平同前面所用的總Eb/N0的換算關(guān)系為總Eb/N0＝采用飽和發(fā)射功率時(shí)的參考Eb/N0-功率放大器回退。例如當(dāng)功率放大器回退等于7dB時(shí)，12dB的參考Eb/N0對(duì)應(yīng)于5dB的總Eb/N0。
由圖10可見，通常情況下，隨著功率放大器回退的增大，誤碼率性能變差，這是因?yàn)榘l(fā)射功率降低對(duì)MC-SS系統(tǒng)誤幀率性能的影響，超過了最優(yōu)削峰閾值增大使信號(hào)非線性失真減小對(duì)MC-SS系統(tǒng)性能的改善。
當(dāng)信道信噪比較好時(shí)，參考Eb/N0較大，若干種參數(shù)配置下的誤幀率性能都滿足系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量要求，此時(shí)可以采用功率放大器回退最大的配置，以降低發(fā)射機(jī)功耗。此時(shí)最優(yōu)削峰閾值很高，系統(tǒng)基本上工作于線性區(qū)。當(dāng)信道信噪比較大時(shí)，參考Eb/N0較小，只有當(dāng)功率放大器回退小于一定的值時(shí)，誤幀率才能夠滿足系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量要求，此時(shí)發(fā)射機(jī)功率必須提高到足夠的水平。當(dāng)信道狀況非常差時(shí)，參考Eb/N0非常低，此時(shí)無論怎樣提高發(fā)射機(jī)功率，都不能夠在滿足帶外頻譜規(guī)范的同時(shí)，達(dá)到系統(tǒng)的誤幀率性能要求。因此，通過以上一些過程，就可以獲得在不同信道條件下，峰均功率比抑制模塊的最優(yōu)參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1，首先對(duì)頻域發(fā)送信號(hào)進(jìn)行頻域補(bǔ)零，然后作IFFT變換將信號(hào)變換到時(shí)域，得到2倍過采樣的時(shí)域信號(hào)；步驟2、對(duì)所述2倍過采樣信號(hào)進(jìn)行削峰處理；步驟3、對(duì)所述削峰處理后的信號(hào)進(jìn)行2倍上采樣，從而使信號(hào)的采樣速率提高到4倍采樣速率；步驟4、對(duì)所述4倍采樣速率的信號(hào)，進(jìn)行濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，所述步驟4中的濾波為無符號(hào)間干擾的有限沖激響應(yīng)濾波，即，除了中間一個(gè)抽頭系數(shù)為非零值，對(duì)應(yīng)于原始信號(hào)外，其偶數(shù)位置的抽頭系數(shù)均為零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，步驟3中進(jìn)行2倍上采樣的方法是在每兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間插入一個(gè)零。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，在所述步驟1后還包括步驟、對(duì)上述2倍過采樣的時(shí)域信號(hào)，實(shí)施功率控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，所述的功率控制公式為sPC(k)＝α·s(k)其中α為功率控制用的實(shí)標(biāo)量乘法因子，s(k)時(shí)域離散信號(hào)，Spc(K)是功率控制后的信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，步驟2中的削峰處理方法為將功率超過閾值限制的基帶信號(hào)，保持其相位不變，而將其功率減小到閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，所述的閾值由功率控制指令所規(guī)定的平均發(fā)射功率，同非線性功率放大器的飽和發(fā)射功率之間的差異決定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，所述步驟1中，在IFFT變換后插入相應(yīng)的循環(huán)前綴。
9.一種4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1，首先對(duì)頻域發(fā)送信號(hào)進(jìn)行頻域補(bǔ)零，然后作IFFT變換將信號(hào)變換到時(shí)域，得到2倍過采樣的時(shí)域信號(hào)；步驟2、對(duì)所述2倍過采樣信號(hào)進(jìn)行2倍上采樣，從而使信號(hào)的采樣速率提高到4倍采樣速率；步驟3、對(duì)所述的4倍采樣速率的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行削峰處理；步驟4、對(duì)所述削峰后的信號(hào)，進(jìn)行濾波。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，其特征在于，在所述步驟1之后還包括步驟對(duì)上述2倍過采樣的時(shí)域信號(hào)，實(shí)施功率控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種4倍帶寬范圍內(nèi)頻譜規(guī)范的多載波系統(tǒng)的峰均比抑制方法，包括如下步驟步驟1，首先對(duì)頻域發(fā)送信號(hào)進(jìn)行頻域補(bǔ)零，然后作IFFT變換將信號(hào)變換到時(shí)域，得到2倍過采樣的時(shí)域信號(hào)；步驟2，對(duì)所述的2倍過采樣信號(hào)進(jìn)行削峰處理；步驟3，對(duì)所述削峰處理后的信號(hào)進(jìn)行2倍上采樣，從而使信號(hào)的采樣速率提高到4倍采樣速率；步驟4，對(duì)所述4倍采樣速率的信號(hào)，進(jìn)行濾波。通過很低的計(jì)算復(fù)雜度，達(dá)到降低峰均功率比、符號(hào)帶外頻譜規(guī)范等要求，并且在接收端正常同步的前提下，基本上不影響系統(tǒng)誤碼率/誤幀率性能。且在系統(tǒng)的接收端，不需要進(jìn)行額外的處理。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1972265SQ20051011073
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者戎璐, 薛奕冰, 李力, 李明齊, 張小東, 卜智勇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 上海無線通信研究中心