專利名稱：：一種疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法及其裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及正交頻分復用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，簡稱OFDM)移動通信系統(tǒng)中對OFDM信號進行改善的
技術領域：
，特別是涉及一種利用疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法及其裝置。
背景技術：
：正交頻分復用OFDM是一種新型高效調制技術，它能夠有效地對抗多徑傳播，使受到干擾的信號能夠可靠地接收，在移動環(huán)境中實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，因而成為當代移動通信系統(tǒng)中的核心技術之一。遺憾的是，OFDM信號具有較高的峰值平均功率比(Peak-to-AveragePowerRatio，簡稱PAPR)這一主要缺點，由于大多數(shù)實際傳輸系統(tǒng)都是峰值功率受限的，因此在系統(tǒng)實現(xiàn)時，必須采用具有大動態(tài)范圍的線性高功率放大器，以保證輸出信號的線性放大，這就增加了系統(tǒng)的造價和實現(xiàn)難度。反過來，功放等器件的非線性也會對動態(tài)范圍較大的信號產生非線性失真，所產生的諧波會造成子信道的相互干擾，從而影響系統(tǒng)的性能。要使OFDM技術廣泛應用，就必須解決其峰平比過高的問題。圍繞如何降低OFDM系統(tǒng)中高PAPR值，目前業(yè)界已經(jīng)提出了很多種不同的PAI3R降低方法。主要可以分為三類第一類是信號畸變技術，最常用的包括限幅加窗技術和壓縮擴展技術；第二類是分組編碼技術，其關鍵技術就是尋找具備良好的編解碼性能，又有較好的檢錯糾錯能力的碼字集合，同時峰均比又要低，其中格雷互補碼和m序列就符合這樣的要求；第三類是符號擾碼技術，包括選擇性映射方法和部分傳輸序列方法等。其中，部分傳輸序列是在選擇性映射方法的基礎上發(fā)展起來的，部分傳輸序列方法降低峰均比的基本思想就是將發(fā)送的信息序列平均分割成M組相互獨立的子組，然后每一個子組再單獨進行IFFT運算，在硬件實現(xiàn)也需要M組IFFT運算模塊，大大增加了系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)復雜度，然后，各個子組再利用M組輔助信息進行相位反轉，經(jīng)過優(yōu)化后各個子組合成峰均比比較低的OFDM信息作為發(fā)送序列，同時還需要M組輔助信息作為邊帶信息發(fā)送給接收端?？偟膩碚f，降低PAPR的算法很多，各種算法都有優(yōu)點及其局限性，如信號畸變技術是以降低系統(tǒng)BER性能為主要代價來獲得低PAI^R性能的；編碼類技術由于需要發(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)功率性能為代價獲得較好PAPR性能的；而信號擾碼類技術具有良好的PAPR降低性能，但它是以較高的系統(tǒng)計算復雜度為代價獲得良好PAPR性能的。如何更有效地降低OFDM系統(tǒng)中的PAPR值，更便于移動通信系統(tǒng)中實際運用是現(xiàn)有的OFDM系統(tǒng)中遇到的必須要解決的問題，也是本領域的技術人員需要解決的問題。本專利利用目前研究較少但具有對信號峰值平均功率比的抑制作用和降低線性功放效率的影響，并且能進一步提高系統(tǒng)頻帶利用率等優(yōu)點的疊加訓練序列方法來改進，以期更有效地降低系統(tǒng)PAI3R。
發(fā)明內容為更有效地克服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有效降低OFDM系統(tǒng)中峰均功率比的效率，并能夠更有效地應用于實際通信系統(tǒng)中的方法及其裝置。按照本發(fā)明的一個方面，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)送端對輸入信號序列進行串并變換并劃分為多個子塊，對劃分出的每一子塊進行逆向快速傅立葉變換；其次，針對變換后的部分子塊信號，利用疊加訓練序列方法并考慮功率分配因子將訓練序列疊加到該子塊信號上；接著，將上一步處理后的各個子塊信號序列與本發(fā)明中所采用的估計旋轉因子序列b[v]對應序列元素進行加權處理；最后，發(fā)送端對各個子塊信號經(jīng)過估計旋轉因子序列加權處理后的輸出結果分別進行峰值功率與平均功率比的計算，并從中選出一個峰均比最小的并行信號變換輸出結果進行發(fā)送。其中，對于本發(fā)明中部分傳輸序列方法采用的估計旋轉因子序列的處理過程如下對發(fā)送信號執(zhí)行傳統(tǒng)部分傳輸序列方法時，同時按照下列原則來估計旋轉因子序列設部分傳輸序列算法的輸出信號y可以表示為對于某個Φ，y的第i個樣點值yi⑷為將y的第i行1列的元素按幅度大小排列為:旋轉因子的幅度選擇為，則有；顯然此時71的幅度是最小的。y—共有N個樣點，因此，我們可以按照上述步驟找到N個旋轉因子，總能使y的第i個信號樣點yi的幅度最小。經(jīng)過這樣一輪估計所得的旋轉因子序列即為本發(fā)明中部分傳輸序列所采用的旋轉因子。按照本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供了一種降低OFDM系統(tǒng)中PAPR的方法的裝置，該裝置包括疊加訓練序列方法處理模塊，估計旋轉因子處理裝置以及部分傳輸序列方法處理裝置。其中，采用估計旋轉因子處理裝置執(zhí)行傳統(tǒng)部分傳輸序列方法來估算，以獲得性能較優(yōu)的相位因子作為本發(fā)明中部分傳輸序列算法的估計旋轉因子；采用疊加訓練序列方法模塊將訓練序列分配一定功率疊加在發(fā)送信號經(jīng)串并變換及劃分子塊處理后的部分子塊信號序列上；采用部分傳輸序列方法裝置，并基于估計旋轉因子序列對經(jīng)過疊加處理后的所有子塊信號序列進行加權處理，達到有效的降低系統(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)旋轉因子選取方法，采用估計旋轉因子方法并執(zhí)行傳統(tǒng)部分傳輸序列方法，以估算出性能較優(yōu)的旋轉因子序列，并以其作本發(fā)明的疊加訓練序列的部分傳輸序列旋轉因子估計算法中旋轉因子；其次，通過疊加訓練序列方法將訓練序列按一定功率分配疊加到選取出的部分子塊信號上；最后，以估計旋轉因子方法所得旋轉因子對融合了疊加訓練序列方法后的所有子塊信號序列進行加權處理，同時將其中最小PAI^R值對應的信號序列發(fā)送。這種方法能夠達到相對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)有技術中應用部分傳輸序列方法對信號進行處理的主要實現(xiàn)過程示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的利用疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法的主要實現(xiàn)過程示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明圖2中對部分子塊信號進行疊加訓練序列處理的主要實現(xiàn)過程示意圖；圖中b[v]為估計旋轉因子。圖4是根據(jù)本發(fā)明的利用疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法的主要工作流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的利用疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法的PAra仿真曲線圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的利用疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法的不同功率分配因子下疊加復巴克碼序列的PAPR仿真曲線圖；圖中b為疊加訓練序列的功率分配因子。具體實施例方式下面將結合各個參考附圖對本發(fā)明的技術方案的主要實現(xiàn)原理具體實施方式等進行詳細描述。請參照圖2，該圖是本發(fā)明提出的利用疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法處理發(fā)送信號的主要實現(xiàn)原理流程圖，其主要實現(xiàn)過程如下步驟Al，發(fā)送端將輸入信號序列進行串并變換并劃分為V個互不重疊的子塊；步驟A2，分別對劃分出的每一子塊進行逆向快速傅立葉變換；步驟A3，針對變換后的子塊信號，選取其中部分子塊信號序列進行如下步驟處理步驟Tl，將疊加訓練序列r[N]按一定功率分配因子b疊加到選取出的部分信號序列\(zhòng)上；步驟T2，其中的疊加訓練序列所占功率比因子b的設置，參考圖7的仿真平臺、仿真參數(shù)以及仿真結果，為保證疊加訓練序列對系統(tǒng)性能的影響較小，一般地我們在00.1之間取功率分配因子值b，具體過程示圖見圖3所示；步驟A4，將經(jīng)過上述處理之后的所有子塊信號與經(jīng)過估計旋轉因子方法處理獲得的估計旋轉因子一一對應進行加權處理，其中估計旋轉因子處理具體過程見圖4所示；步驟A5，發(fā)送端對所有信號經(jīng)過前面處理后的變換輸出結果分別進行峰值功率與平均功率比的計算，并根據(jù)計算結果選出一個峰均比最小的結果進行發(fā)送。其中，對于本發(fā)明中部分傳輸序列方法采用的估計旋轉因子的處理過程如下對發(fā)送信號執(zhí)行傳統(tǒng)部分傳輸序列方法時，同時按照下列原則來估計旋轉因子序列設部分傳輸序列算法的輸信號y可以表示為旋轉因子的幅度選擇為，則有對于某個Φ，y的第i個樣點值yi⑷為將y的第i行1列的元素按幅度大小排列為:1顯然此時71的幅度是最小的。y—共有N個樣點，因此，我們可以按照上述步驟找到N個旋轉因子，總能使y的第i個信號樣點yi的幅度最小。經(jīng)過這樣一輪估計所得的旋轉因子序列即為本發(fā)明中部分傳輸序列所采用的估計旋轉因子。另一方面，本發(fā)明中對圖2所述的步驟A3，將疊加訓練序列疊加到選取出的子塊信號序列上，其中的疊加訓練序列的功率分配因子處理方法如下利用功率分配因子單元，設置疊加訓練序列所占的功率分配因子大小b；在利用估算所得的估計旋轉因子進行部分傳輸序列方法處理過程中，適當改變b值，本發(fā)明通過仿真選取疊加訓練序列的功率分配因子b分別為0.1,0.3,0.5,0.9時，計算此時系統(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，并且能滿足系統(tǒng)性能要求的功率分配因子，此時所對應的功率分配因子即為該系統(tǒng)所選的相對最佳功率分配因子；最后將上述處理后的輸出結果進行PAPR計算。加法單元，用于將疊加訓練序列疊加到逆向快速傅立葉變換后的部分子塊信號上，處理后仍在這部分子塊信號原來位置上發(fā)送。圖4為利用疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法的主要工作流程圖。我們在其基礎上搭建好的一個OFDM系統(tǒng)平臺上進行仿真以驗證本專利提出的方法的性能。算法仿真參數(shù)為■疊加訓練序列采用長度為32的復巴克碼序列■每個OFDM信號包含128個子載波■采用QSPK調制方法■在20條多徑瑞利衰落信道下■使用所得估計旋轉因子b[v]作為旋轉因子算法仿真圖形參見附圖中圖5、圖6和圖7。注附圖5中的疊加訓練序列功率因子取b=0.1，其中疊加復巴克碼序列的PTS估計算法即為本發(fā)明提出的利用復巴克碼序列作疊加訓練序列時的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法。以上所披露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，當然不能以此來限定本發(fā)明的權利保護范圍?？梢岳斫?，根據(jù)本發(fā)明所附權利要求書中限定的實質和范圍所作的等同變化，仍屬于本發(fā)明所涵蓋的范圍。權利要求一種利用疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法及其裝置，該方法包括步驟1發(fā)送端對輸入信號序列進行串并變換，并將信號劃分為V個互不重疊的子塊；步驟2對劃分出的每一子塊信號分別進行逆向快速傅立葉變換；步驟3對變換后的部分子塊信號，利用疊加訓練序列方法將訓練序列按一定功率分配疊加到該部分子塊信號上；步驟4將所有子塊信號與經(jīng)過估算處理獲得的估計旋轉因子序列b[v]對應元素進行加權處理；其中，估計旋轉因子處理具體過程如下對發(fā)送信號執(zhí)行傳統(tǒng)部分傳輸序列方法，同時按照下列原則來估計旋轉因子序列設部分傳輸序列算法的輸出信號y可以表示為<mrow><mi>y</mi><mo>=</mo><mi>A</mi><mo>·</mo><mi>φ</mi><mo>=</mo><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mn>11</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>x</mi><mn>21</mn></msub></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mn>1</mn><mi>v</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mn>21</mn></msub></mtd><mtd><msub><mi>x</mi><mn>22</mn></msub></mtd><mtd><mi>L</mi></mtd><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mn>2</mn><mi>v</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>M</mi></mtd><mtd><mi>O</mi></mtd><mtd><mi>M</mi></mtd><mtd></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>N</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>N</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mi>L</mi></mtd><mtd><msub><mi>x</mi><mi>Nv</mi></msub></mtd><mtd></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>·</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><msub><mi>θ</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><msub><mi>θ</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>M</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><msub><mi>θ</mi><mi>v</mi></msub></mrow></msup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>對于某個φ，y的第i個樣點值yi(φ)為將y的第i行l(wèi)列的元素按幅度大小排列為旋轉因子的幅度選擇為則有<mrow><msub><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>φ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>i</mi><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><msub><mi>θ</mi><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub></msub></mrow></msup><mo>+</mo><msub><mi>x</mi><msub><mi>ik</mi><mn>2</mn></msub></msub><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><msub><mi>θ</mi><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub></msub></mrow></msup><mo>+</mo><mo>,</mo><mi>L</mi><mo>,</mo><mo>+</mo><msub><mi>x</mi><msub><mi>ik</mi><mi>v</mi></msub></msub><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><msub><mi>θ</mi><msub><mi>k</mi><mi>v</mi></msub></msub></mrow></msup><mo>=</mo><msup><mrow><mo>|</mo><msub><mi>x</mi><msub><mi>ik</mi><mn>1</mn></msub></msub><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup><mrow><mo>|</mo><msub><mi>x</mi><msub><mi>ik</mi><mn>2</mn></msub></msub><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mo>,</mo><mi>L</mi><mo>,</mo><mo>+</mo><msup><mrow><mo>|</mo><msub><mi>x</mi><msub><mi>ik</mi><mi>v</mi></msub></msub><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow>顯然此時yi的幅度是最小的。y一共有N個樣點，因此，我們可以按照上述步驟找到N個旋轉因子，總能使y的第i個信號樣點yi的幅度最小。經(jīng)過這樣一輪估計所得的旋轉因子序列即為本發(fā)明中部分傳輸序列所采用的估計旋轉因子。步驟5發(fā)送端對所有信號經(jīng)過前面處理后的變換輸出結果分別進行峰值功率與平均功率比的計算，并根據(jù)計算結果選出一個峰均比最小的結果進行發(fā)送。F2009101414361C0000012.tif,F2009101414361C0000013.tif2.根據(jù)權利要求1所述的疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法及其裝置，其特征在于針對傅立葉逆變換后的部分子塊信號利用疊加訓練序列方法處理，設置相應的疊加訓練序列所占功率分配因子b；其中疊加訓練序列所占功率分配因子b的選取取決于疊加訓練序列對系統(tǒng)性能的影響以及實際對系統(tǒng)性能的要求而定，一般地在00.1之間取值。3.根據(jù)權利要求1所述的疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法及其裝置，其特征在于，該裝置包括如下單元串并變換單元，用于發(fā)送端將輸入信號序列進行串并變換處理；劃分子塊單元，用于將串并處理后的信號進行分割為互不重疊的子塊信號；逆向快速傅立葉變換單元，用于對所有劃分出的子塊信號執(zhí)行逆向快速傅立葉變換；功率分配因子單元，用于設置疊加訓練序列與信號序列功率分配所占比例大小；提出單元，用于提取逆向快速傅立葉變換后的部分子塊信號；加法單元，用于將疊加訓練序列疊加到提取出的部分子塊信號上，處理后仍在這部分子塊信號原位置上傳輸；估計旋轉因子處理單元，用于執(zhí)行傳統(tǒng)部分傳輸序列方法時，按照特定過程來估算出性能優(yōu)良的估計旋轉因子；乘法單元，其一，用于疊加訓練序列與功率分配因子進行相乘運算；其二，用于將所有子塊信號(其中包括加法單元處理后的部分子塊信號)和估計旋轉因子序列中旋轉因子一一對應進行加權運算；選擇單元，用于對相位因子與所有子塊信號進行加權處理后的信號進行加權序列和計算，選擇出一個PAPR值最小的信號變換輸出結果進行發(fā)送。全文摘要本發(fā)明披露了一種利用疊加訓練序列的旋轉因子估計的部分傳輸序列算法及其裝置，該方法包括發(fā)送端將輸入信號序列進行串并變換及其信號劃分子塊處理；對所有子塊信號執(zhí)行IFFT變換；對變換后子塊信號中部分子塊信號執(zhí)行考慮功率分配，將各子塊信號序列和疊加訓練序列一一對應進行相加處理，并將相加結果置于原子塊信號位置上發(fā)送；利用估計旋轉因子處理所得的估計旋轉因子b[v]對所有子塊信號執(zhí)行加權運算；最后，計算加權序列和對應的峰值平均功率比，將其中最小峰均比值對應信號序列變換輸出結果進行發(fā)送。本發(fā)明可以有效地改善OFDM信號的PAPR性能。文檔編號H04L27/26GK101883071SQ20091014143公開日2010年11月10日申請日期2009年5月9日優(yōu)先權日2009年5月9日發(fā)明者伍曉瓊,劉盈,羅仁澤,高頔,黃家盛申請人:電子科技大學中山學院