專(zhuān)利名稱(chēng)：一種改進(jìn)相位序列的疊加訓(xùn)練序列選擇性映射方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
H _ HlE(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing, OFDM)移動(dòng)通信系統(tǒng)中對(duì)OFDM信號(hào)進(jìn)行改善的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用疊加訓(xùn)練序 列的改進(jìn)相位序列的選擇性映射方法及其裝置。
背景技術(shù)：
由于正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)具有頻譜利用率高和抗多徑衰落能力強(qiáng)等特點(diǎn)， 因此在移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于OFDM信號(hào)的一個(gè)固有缺點(diǎn)是存在高 的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)，這就要求移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī) 的功率放大器具有大的動(dòng)態(tài)范圍，否則會(huì)產(chǎn)生線性失真，從而影響OFDM系統(tǒng)性能，也會(huì)增 加發(fā)射機(jī)的設(shè)備成本。在現(xiàn)有的OFDM系統(tǒng)中，業(yè)界已經(jīng)提出了很多種不同的PAPR降低方法。主要可以 分為三類(lèi)第一類(lèi)是信號(hào)畸變技術(shù)，即在信號(hào)經(jīng)過(guò)放大之前，首先對(duì)功率值大于門(mén)限值的信 號(hào)進(jìn)行非線性處理，包括限幅法、壓縮擴(kuò)展法、加窗法等；第二類(lèi)是編碼方法，其基本原理是 利用不同編碼所產(chǎn)生不同的碼組而選擇PAI^R較小的碼組作為OFDM符號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳 輸，主要方法有分組編碼法、M序列、格雷互補(bǔ)碼序列等；第三類(lèi)是信號(hào)擾碼技術(shù)，即利用不 同的加擾序列對(duì)OFDM符號(hào)進(jìn)行加權(quán)處理，優(yōu)化子信道的載波相位，從而選擇PAPR較小的 OFDM符號(hào)及相位組合來(lái)傳輸，如選擇性映射、部分傳輸序列、載波預(yù)留和載波插入等方法。 用于加擾的序列稱(chēng)為權(quán)值向量。目前國(guó)內(nèi)外降低PAI^R的算法很多，各種算法都有優(yōu)點(diǎn)及其 局限性。總的來(lái)說(shuō)，這些算法普遍以系統(tǒng)性能的犧牲為代價(jià)，如信號(hào)畸變技術(shù)是以降低系統(tǒng) BER性能為主要代價(jià)來(lái)獲得低PAI^R性能的。編碼類(lèi)技術(shù)由于需要發(fā)送大量冗余信息而使系 統(tǒng)信息速率大幅度降低，即它是以降低系統(tǒng)功率性能為代價(jià)獲得較好PAI5R性能的。對(duì)于信 號(hào)擾碼類(lèi)技術(shù)具有良好的PAPR降低性能，但它是以較高的系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜度為代價(jià)獲得良 好PAI3R性能的。如何更有效地降低OFDM系統(tǒng)中的PAPR值、便于移動(dòng)通信系統(tǒng)中實(shí)際運(yùn)用是現(xiàn)有 的OFDM系統(tǒng)中遇到的必須要解決的問(wèn)題，也是本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要解決的問(wèn)題。本專(zhuān)利 利用目前研究較少但具有對(duì)信號(hào)峰值平均功率比的抑制作用和降低線性功放效率的影響， 并且能進(jìn)一步提高系統(tǒng)頻帶利用率等優(yōu)點(diǎn)的疊加訓(xùn)練序列方法來(lái)改進(jìn)，以期更有效地降低 系統(tǒng)PAI3R。

發(fā)明內(nèi)容
為更有效地克服OFDM系統(tǒng)中存在的上述缺陷，本發(fā)明目的是提供一種可以提高 降低OFDM系統(tǒng)中峰均功率比的效率，并能夠更有效地應(yīng)用于實(shí)際通信系統(tǒng)中的方法及其
直ο按照本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種降低OFDM系統(tǒng)中PAPR的方法，該方法 步驟如下首先，在發(fā)送端對(duì)輸入信號(hào)序列進(jìn)行串并變換；其次，針對(duì)變換后的部分并行信
4號(hào)，利用疊加訓(xùn)練序列方法并考慮功率分配因子將訓(xùn)練序列疊加到該并行信號(hào)上；接著，對(duì) 所有并行信號(hào)執(zhí)行與本發(fā)明中所采用的次優(yōu)相位序列組f[N]對(duì)應(yīng)序列元素進(jìn)行相乘運(yùn)算； 之后，對(duì)上述處理后的信號(hào)序列進(jìn)行IFFT變換處理；最后，發(fā)送端對(duì)各個(gè)并行信號(hào)經(jīng)過(guò)上 述處理后的變換輸出結(jié)果分別進(jìn)行峰值功率與平均功率比的計(jì)算，并從中選出一個(gè)峰均比 值最小的結(jié)果進(jìn)行發(fā)送。其中，對(duì)于本發(fā)明中選擇性映射方法采用的次優(yōu)化相位序列的選取采用如下方 法改變一般地從{l，-l，i，_i}中選取的傳統(tǒng)相位序列方法，利用預(yù)設(shè)門(mén)限方法，即采用混 沌序列、m序列和格雷序列等N簇相位序列作相位序列，將發(fā)送信號(hào)序列復(fù)制為N組并依次 利用N簇相位序列執(zhí)行傳統(tǒng)選擇性映射方法。一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)的PAI^R低于或等于門(mén)限，那么 該信號(hào)序列對(duì)應(yīng)的相位序列即為相對(duì)最優(yōu)相位序列，我們稱(chēng)其為次優(yōu)相位序列；若是執(zhí)行 完N簇相位序列，仍沒(méi)有出現(xiàn)小于或等于預(yù)設(shè)門(mén)限的PAI^R值，則選擇最小PAPR值對(duì)應(yīng)的相 位序列為次優(yōu)相位序列。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種降低OFDM系統(tǒng)中PAPR的方法的裝 置，該裝置包括優(yōu)化處理相位序列選擇次優(yōu)相位序列處理裝置、疊加訓(xùn)練序列方法處理模 塊以及選擇性映射方法處理裝置。其中，采用優(yōu)化處理相位序列處理裝置中預(yù)設(shè)門(mén)限方法從N簇相位序列中選擇出 相對(duì)最優(yōu)即次優(yōu)相位序列，對(duì)于門(mén)限值則根據(jù)系統(tǒng)具體需要來(lái)確定；采用疊加訓(xùn)練序列方 法模塊將訓(xùn)練序列按一定功率分配因子疊加在串并變換后的部分信息序列上發(fā)送；采用次 優(yōu)相位序列作為相位序列的選擇性映射方法處理裝置對(duì)融合了疊加訓(xùn)練序列方法后的所 有并行信息序列進(jìn)行處理，以降低峰均功率比，達(dá)到相對(duì)較有效的降低系統(tǒng)峰均功率比的 目的。本發(fā)明的有益效果在于，改變傳統(tǒng)相位序列選取方法，而采用預(yù)設(shè)門(mén)限方法選取， 即利用N簇相位序列依次對(duì)發(fā)送信號(hào)執(zhí)行傳統(tǒng)選擇性映射算法，計(jì)算PAPR并依次與門(mén)限值 相比較，從中選取相對(duì)最優(yōu)即次優(yōu)相位序列；其次，通過(guò)疊加訓(xùn)練序列方法將訓(xùn)練序列按一 定功率分配因子疊加到該部分并行信號(hào)上；最后，以次優(yōu)相位序列作為相位序列對(duì)融合了 疊加訓(xùn)練序列方法后的所有并行信息序列進(jìn)行處理，同時(shí)將其中最小PAI^R值對(duì)應(yīng)的信號(hào) 序列發(fā)送。這種方法能夠達(dá)到相對(duì)原始方法更有效地降低系統(tǒng)中峰均功率比的目的。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用選擇性映射方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的改進(jìn)相位序列的選擇性映射方法的主要實(shí) 現(xiàn)過(guò)程示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的改進(jìn)相位序列的選擇性映射方法中次優(yōu)相
位序列選取的主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖。圖中Pm、P[2]、. · · Pm為信號(hào)序列組；a[1]、a[2].....a[N]
為N簇相位序列，每簇相位序列所選均各不相同，如a[1]為混沌序列，a[2]為m序列，...， a[N]為格雷序列。圖4是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的改進(jìn)相位序列的選擇性映射方法的主要工 作流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的改進(jìn)相位序列的選擇性映射方法的PAPR仿真曲線圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的改進(jìn)相位序列的選擇性映射方法的不同功 率分配因子下疊加復(fù)巴克碼序列的PAI^R仿真曲線圖；圖中b為疊加訓(xùn)練序列的功率分配因子。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合各個(gè)參考附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的主要實(shí)現(xiàn)原理具體實(shí)施方式
等 進(jìn)行詳細(xì)描述。請(qǐng)參照?qǐng)D2，該圖是本發(fā)明提出的一種利用疊加訓(xùn)練序列選擇性映射方法處理發(fā) 送信號(hào)的主要實(shí)現(xiàn)原理流程圖，其主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下步驟Al，發(fā)送端將輸入信號(hào)序列進(jìn) 行串并處理；步驟A2，針對(duì)串并變換后的并行傳輸信號(hào)序列，選取其中部分信號(hào)序列進(jìn)行 如下步驟處理步驟Tl，將疊加訓(xùn)練序列r[N]按一定功率分配因子b疊加到選取出的部分信 號(hào)序列上；步驟T2，其中的疊加訓(xùn)練序列所占功率比因子b的設(shè)置，參考圖7的仿真平臺(tái)、 仿真參數(shù)以及仿真結(jié)果，為 保證疊加訓(xùn)練序列對(duì)系統(tǒng)性能的影響較小，一般地我們?cè)? 0. 1之間取功率分配因子值b ；步驟A3，將經(jīng)過(guò)上述處理后的所有并行信號(hào)序列與經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè) 門(mén)限方法處理選取出的次優(yōu)相位序列f[N]] —一對(duì)應(yīng)進(jìn)行相乘運(yùn)算；步驟A4，對(duì)上述處理后 的信號(hào)序列進(jìn)行IFFT變換處理。步驟A5，發(fā)送端對(duì)各個(gè)并行信號(hào)經(jīng)過(guò)上述處理后的變換輸 出結(jié)果分別進(jìn)行峰值功率與平均功率比的計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選出一個(gè)峰均比最小的結(jié) 果進(jìn)行發(fā)送。請(qǐng)參照?qǐng)D3，該圖是本發(fā)明提出的選擇性映射方法中次優(yōu)相位序列f [N]選取的主 要實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖，主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下步驟Bi，預(yù)設(shè)門(mén)限值，將輸入信號(hào)序列經(jīng)過(guò)復(fù)制模 塊I復(fù)制為N組信號(hào)序列組P[1]、p[2]、. . .，p[N]；步驟B2，將所得N組信號(hào)序列依次與相位 序列(即混沌序列a[1]，m序列a[2]，...，格雷序列a[N]等N簇相位序列組)執(zhí)行傳統(tǒng)選擇 性映射方法；步驟B3，首先計(jì)算出P[1]與a[1]經(jīng)處理后所得信號(hào)的PAPR值，并與預(yù)設(shè)門(mén)限 值進(jìn)行比較。若是所得PAI^R小于門(mén)限值，則將其對(duì)應(yīng)的相位序列即a[1]作為次優(yōu)相位序列 輸出，否則執(zhí)行P[2]與a[2]這步；依次處理，一旦出現(xiàn)PAI^R小于或等于門(mén)限值的，就選取該 PAI^R對(duì)應(yīng)的相位序列為次優(yōu)相位序列；若是執(zhí)行完N次選擇性映射方法，仍沒(méi)有出現(xiàn)小于 或等于預(yù)設(shè)門(mén)限的PAPR，則選擇最小PAPR值對(duì)應(yīng)的相位序列為次優(yōu)相位序列，并將其信息 輸出；步驟B4，將選出的次優(yōu)相位序列作相位序列的選擇性映射方法處理后PAPR最小的輸 出結(jié)果進(jìn)行發(fā)送。其中，步驟Bl中預(yù)設(shè)的門(mén)限值根據(jù)系統(tǒng)具體需要來(lái)確定，如要使系統(tǒng) PAI3R值限定不大于7，同時(shí)要保證誤碼率在0. 以下等要求，則可以取門(mén)限值為7。請(qǐng)參照?qǐng)D4，該圖是本發(fā)明提出的用疊加訓(xùn)練序列選擇性映射方法改進(jìn)主要實(shí)現(xiàn) 原理流程圖，其主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下步驟S0，發(fā)送端將輸入信號(hào)序列進(jìn)行串并變換；步驟 Si，從變換后信號(hào)序列中提取部分并行信號(hào)序列執(zhí)行步驟Tl，假設(shè)先取疊加訓(xùn)練序列功 率因子為0. 1，將該并行信號(hào)序列和疊加訓(xùn)練序列一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行相加；步驟T2，并將相加結(jié) 果和提取后剩余并行信號(hào)序列進(jìn)行并行處理；步驟S2，利用圖3預(yù)設(shè)門(mén)限處理選取出的次 優(yōu)化相位序列，對(duì)所有并行信號(hào)序列一一對(duì)應(yīng)執(zhí)行乘法運(yùn)算；步驟S3，對(duì)上述處理后的信 號(hào)序列執(zhí)行IFFT變換；步驟S4,發(fā)送端對(duì)所有并行信號(hào)經(jīng)上述處理后的變換輸出結(jié)果分別 進(jìn)行峰值功率與平均功率比的計(jì)算；步驟S5，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇出一個(gè)峰均比最小的結(jié)果進(jìn)行發(fā)送。另一方面，本發(fā)明中對(duì)圖二所述的步驟A2，將疊加訓(xùn)練序列疊加到選取出的部分 傳輸序列上，其中的疊加訓(xùn)練序列的功率分配因子b的處理方法如下利用功率分配因子 單元，設(shè)置疊加訓(xùn)練序列所占的功率分配因子大小b ；在利用次優(yōu)相位序列進(jìn)行選擇性映 射方法處理過(guò)程中，適當(dāng)改變b值，本發(fā)明通過(guò)仿真選取疊加訓(xùn)練序列的功率分配因子b分 別為0. 1,0. 3,0. 5,0. 9時(shí)，計(jì)算此時(shí)系統(tǒng)PAI3R值以及系統(tǒng)誤碼率性能，從而尋找出不僅能 降低系統(tǒng)PAPR值，并且能滿(mǎn)足系統(tǒng)性能要求的功率分配因子，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的功率分配因子 即為該系統(tǒng)所選的相對(duì)最佳功率分配因子；最后將上述處理后的輸出結(jié)果進(jìn)行PAI^R計(jì)算。加法單元，用于將疊加訓(xùn)練序列疊加到串并變換后的部分并行信號(hào)上，處理后仍 在這部分并行信號(hào)原來(lái)位置上發(fā)送；參照?qǐng)D4根據(jù)本發(fā)明提出的用疊加訓(xùn)練序列選擇性映射方法改進(jìn)主要實(shí)現(xiàn)原理 流程圖，我們?cè)谄浠A(chǔ)上搭建好的一個(gè)OFDM系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行仿真以驗(yàn)證本發(fā)明提出的方 法的性能。算法仿真參數(shù)為■疊加訓(xùn)練序列采用長(zhǎng)度為32的復(fù)巴克碼序列■每個(gè)OFDM信號(hào)包含128個(gè)子載波■采用QSPK調(diào)制方法■在20條多徑瑞利衰落信道下■使用長(zhǎng)度為7的m序列作為相位序列仿真圖形參見(jiàn)附圖中圖5、圖6。注附圖5中的疊加訓(xùn)練功率分配因子取b = 0. 1。以上所披露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明的權(quán)利保護(hù) 范圍?？梢岳斫?，根據(jù)本發(fā)明所附權(quán)利要求書(shū)中限定的實(shí)質(zhì)和范圍所作的等同變化，仍屬于 本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
一種改進(jìn)相位序列的疊加訓(xùn)練序列選擇性映射方法及裝置，該方法包括如下步驟步驟1發(fā)送端對(duì)輸入信號(hào)序列進(jìn)行串并變換，針對(duì)變換后的部分并行信號(hào)，利用疊加訓(xùn)練序列方法將訓(xùn)練序列按一定功率分配疊加到該并行信號(hào)上；步驟2將經(jīng)過(guò)上述處理后的所有并行信號(hào)序列和次優(yōu)化相位序列f[N]對(duì)應(yīng)序列元素進(jìn)行相乘運(yùn)算；步驟3對(duì)上述處理后的信號(hào)序列進(jìn)行IFFT變換處理；步驟4發(fā)送端對(duì)各個(gè)并行信號(hào)經(jīng)過(guò)上述處理后的變換輸出結(jié)果分別進(jìn)行峰值功率與平均功率比的計(jì)算，并從中選出一個(gè)峰均比值最小的結(jié)果進(jìn)行發(fā)送。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)相位序列的疊加訓(xùn)練序列選擇性映射方法及裝置，其特 征在于改變傳統(tǒng)相位序列選取方法，利用預(yù)設(shè)門(mén)限方法從N簇相位序列組中選取次優(yōu)相位序 列作為本發(fā)明選擇性映射方法中的改進(jìn)相位序列；具體過(guò)程為步驟P1，預(yù)設(shè)門(mén)限值，預(yù)設(shè)的門(mén)限值根據(jù)系統(tǒng)具體需要來(lái)確定；步驟P2， 將輸入信號(hào)序列經(jīng)過(guò)復(fù)制模塊I復(fù)制為N組信號(hào)序列組P[1]、p[2]、...，p[N]；步驟P3，將所 得N組信號(hào)序列依次與混沌序列a[1]，m序列a[2]，...，格雷序列a[N]等N簇相位序列組依次 執(zhí)行傳統(tǒng)選擇性映射方法，將每次PAPR值與門(mén)限值比較，一旦出現(xiàn)PAPR小于或等于門(mén)限值 的，就選取該P(yáng)ATO對(duì)應(yīng)的相位序列為次優(yōu)相位序列；若是執(zhí)行完N次選擇性映射方法，仍沒(méi) 有出現(xiàn)小于或等于預(yù)設(shè)門(mén)限的PAPR，則選擇最小PAI^R值對(duì)應(yīng)的相位序列為次優(yōu)相位序列， 并將其信息輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)相位序列的疊加訓(xùn)練序列選擇性映射方法及裝置，其特 征在于針對(duì)串并變換后的部分并行信號(hào)利用疊加訓(xùn)練序列方法處理，設(shè)置相應(yīng)的疊加訓(xùn)練序 列所占功率分配因子b ；其中疊加訓(xùn)練序列所占功率分配因子b的選取取決于疊加訓(xùn)練序 列對(duì)系統(tǒng)性能的影響以及實(shí)際對(duì)系統(tǒng)性能的要求而定，一般地在0 0. 1之間取值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)相位序列的疊加訓(xùn)練序列選擇性映射方法及裝置，其特 征在于，該裝置包括如下單元串并變換單元，用于發(fā)送端將輸入信號(hào)序列進(jìn)行串并變換處理； 功率分配因子單元，用于設(shè)置疊加訓(xùn)練序列與信號(hào)序列功率分配所占比例大??； 乘法單元，其一，用于疊加訓(xùn)練序列與其所占功率分配因子進(jìn)行相乘運(yùn)算；其二，用于 將所述串并變換單元變換后的所有并行信號(hào)(其中包括加法單元處理后的部分并行信號(hào)) 和N簇相位序列組中的一個(gè)對(duì)應(yīng)序列依次進(jìn)行相乘運(yùn)算； 提出單元，用于提取串并變換后的部分信號(hào)序列；加法單元，用于將疊加訓(xùn)練序列疊加到串并變換后的部分并行信號(hào)上，處理后仍在這 部分并行信號(hào)位置上發(fā)送；并行單元，用于將疊加訓(xùn)練序列處理后的部分并行信號(hào)序列與未處理并行信號(hào)序列并 行合并處理；逆向快速傅立葉變換單元，用于對(duì)串并變換單元變換后的所有并行信號(hào)(其中包括加 法單元處理后的部分并行信號(hào))和相位序列相乘運(yùn)算后的信號(hào)序列執(zhí)行逆向快速傅立葉 變換；選擇單元，用于對(duì)上述逆向快速傅立葉變換單元變換后的信號(hào)進(jìn)行PAI^R計(jì)算，選擇出 一個(gè)PAH 值最小的并行信號(hào)變換輸出結(jié)果進(jìn)行發(fā)送； 預(yù)設(shè)門(mén)限單元，用于根據(jù)系統(tǒng)具體需要確定門(mén)限值；門(mén)限比較選擇單元，用于將計(jì)算出的PAPR值與門(mén)限值進(jìn)行比較，選擇出使系統(tǒng)具有相 對(duì)最低PAPR值的相對(duì)最優(yōu)即次優(yōu)相位序列。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種改進(jìn)相位序列的疊加訓(xùn)練序列選擇性映射方法及裝置，該方法包括發(fā)送端將輸入信號(hào)序列進(jìn)行串并變換，從變換后信號(hào)序列中提取部分并行信號(hào)序列執(zhí)行；考慮功率分配，將該并行信號(hào)序列和疊加訓(xùn)練序列一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行相加；并將相加結(jié)果和提取后剩余并行信號(hào)序列進(jìn)行并行處理；將所有并行信號(hào)依次與N簇相位序列組中一個(gè)序列對(duì)應(yīng)元素相乘，并對(duì)相乘結(jié)果執(zhí)行逆向快速傅立葉變換；發(fā)端計(jì)算其對(duì)應(yīng)PAPR值，一旦出現(xiàn)PAPR值比預(yù)設(shè)門(mén)限值小或相等，則選取此相位序列為相對(duì)最優(yōu)即次優(yōu)相位序列，否則取最小PAPR對(duì)應(yīng)的作次優(yōu)相位序列；最后，將次優(yōu)相位序列中對(duì)應(yīng)的PAPR值最小的并行信號(hào)作為結(jié)果進(jìn)行發(fā)送。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101883066SQ200910138939
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月9日
發(fā)明者伍曉瓊, 劉盈, 羅仁澤, 高頔, 黃家盛 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)中山學(xué)院