專利名稱：降低ofdm信號峰均比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別是在OFDM系統(tǒng)中降峰均比技術(shù)?？捎糜贠FDM中 降峰均比設(shè)計，這種方法結(jié)合了降峰均比方法中PTS和SLM方法線性失真小和限幅法實現(xiàn) 簡單且降峰均比直接的優(yōu)點，在損失很小的誤碼率性能前提下提高了降峰均比能力和降低 了實現(xiàn)的復(fù)雜度。
背景技術(shù)：
隨著移動通信和無線網(wǎng)絡(luò)需求的不斷增加，越來越需要更加先進(jìn)的無線傳輸技 術(shù)。高速無線通信系統(tǒng)設(shè)計的一個最直接的挑戰(zhàn)是克服無線信道帶來的嚴(yán)重的頻率選擇性 衰落。正交頻分復(fù)用(OFDM, Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)技術(shù)可以很 好地克服無線信道的頻率選擇性衰落，由于其高效的傳輸特點，OFDM已成為實現(xiàn)未來高速 無線通信的核心技術(shù)之一。OFDM系統(tǒng)最主要的缺點之一是具有較大的峰均比(PAPR)，它直接影響著整個系 統(tǒng)的運(yùn)行成本和效率。在某個時刻，若多個載波以同一個方向進(jìn)行累加時就會產(chǎn)生很大的 峰值功率，從而要求功率放大器具有很寬的線性放大區(qū)域。否則，當(dāng)信號峰值落在功率放大 器的非線性區(qū)域時，就會發(fā)生信號的畸變，從而產(chǎn)生子載波間的互相干擾和帶外輻射，破壞 了子載波的正交性，降低系統(tǒng)性能。為了避免這種情況，功率放大器應(yīng)該工作在大功率補(bǔ)償 狀態(tài)下。然而，這會導(dǎo)致非常低的功率放大效率，并且使得發(fā)射機(jī)的成本變得非常昂貴。另 一方面，若OFDM技術(shù)應(yīng)用在移動通信中，由于移動終端的能量很有限，從而要求高效的功 率放大。因此，在OFDM多載波系統(tǒng)中，必須采用一定的技術(shù)來降低信號的峰均功率比，使得 發(fā)射機(jī)中的功率放大器能夠高效工作并提高系統(tǒng)的整體性能。目前解決OFDM中峰均比問題的方法總體上可以分為三大類預(yù)畸變類方法，編碼 類方法和擾碼類方法。每種方法都有自己的特色，但都存在著各自的缺陷。預(yù)畸變類方法 直接對信號的峰值進(jìn)行非線性操作，它最直接最簡單，但因為它采用了非線性操作因此會 帶來帶內(nèi)噪聲和帶外干擾，從而降低系統(tǒng)的誤碼率性能和頻譜效率。編碼類方法利用編碼 將原來的信息碼字映射到一個具有比較好的PAI^R特性的傳輸碼集上，從而避開了那些會 出現(xiàn)信號峰值的碼字，這類方法為線性過程，它不會使信號產(chǎn)生畸變，因此也沒有預(yù)畸變類 方法的缺點，但是編碼類方法的計算復(fù)雜度非常高并且編解碼都比較麻煩，重要的是這類 方法的信息速率降低很快，因此只適用于子載波數(shù)比較少的情況。擾碼類方法不像編碼類 方法那樣完全避開信號的峰值，而是著眼于努力使信號峰值出現(xiàn)的概率降低。這類技術(shù)也 采用線性過程，因此它不會對信號產(chǎn)生畸變，這類方法能夠很好地降低信號的PAPR，它的缺 點也是計算復(fù)雜度太大。擾碼類方法中最具有代表性的是選擇映射法(SLM)和部分傳輸序 列(PTS)方法。理論上擾碼類方法最有希望解決OFDM中峰均比問題，但這種方法比較復(fù)雜，而且 在接收端恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)還需要進(jìn)行PAPR的逆操作，這也增加了接收機(jī)成本。從實用的角 度看預(yù)畸變方法簡單且最實用，更重要的是若用直接限幅法接收機(jī)成本低，盡管他會產(chǎn)生帶來一定的干擾和系統(tǒng)性能損失。因此到目前為此很多人都在努力研究這類技術(shù)并已提出 了很多有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種聯(lián)合擾碼類方法和限幅法的降峰均比方法，這種方法結(jié)合部分 傳輸序列(PTS)和選擇映射(SLM)兩種擾碼類方法在降峰均比過程中引起的系統(tǒng)性能損失 小和限幅法降峰均比直接有效且實現(xiàn)簡單的優(yōu)點，在保證降峰均比能力且系統(tǒng)誤碼率性能 的前提下降低其實現(xiàn)的復(fù)雜度。在PTS和SLM兩種基于擾碼類降峰均比方法中都是將原始數(shù)據(jù)乘以一些旋轉(zhuǎn)因 子，產(chǎn)生多種可選的序列，然后從中選擇PAI3R最小的一種傳輸；這類方法具有一定的隨機(jī) 性，具體選擇哪種旋轉(zhuǎn)因子根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不同而不同，其降峰均比的能力也隨著可選序 列的增加而加強(qiáng)，從PTS的SLM的結(jié)構(gòu)看來這種選擇的可能性越多需要的IFFT次數(shù)也越 多，因此這種方法在實現(xiàn)上復(fù)雜度比較高，PTS和SLM方法中邊帶信息的傳輸方式為數(shù)據(jù)進(jìn) 行降峰均比模塊前，預(yù)留出傳送邊帶信息的位置，即把存放邊帶信息的位置設(shè)置為零，該數(shù) 據(jù)符號的形式是 IX，a2，***a1 0,0, ...，0，],其中，a^ay 禾口 am,…，
是數(shù)據(jù)，0，0，…，0是預(yù)留的傳送邊帶信息的位置；通過比較得出邊帶信息后得到邊 帶信息符號的形式是W，0，-,0, S1, s2, sk,0,0,…，0]，其中，S1, &，…，％是邊帶信 息，通過反傅立葉變換IFFT后得到邊帶信息符號的時域信息，將邊帶信息和數(shù)據(jù)信息在時 域相加即得到最終輸出，接收端通過傅立葉變換FFT從相應(yīng)的位置即可得到邊帶信息。直接限幅法的基本思想是將大于某一閾值的數(shù)據(jù)以閾值傳輸將小于閾值的數(shù)據(jù) 以原始數(shù)據(jù)傳輸，相當(dāng)于對信號進(jìn)行如下處理
嘩)=^創(chuàng)lH感趣角為了標(biāo)志限幅的程度，定義CR為限幅率，令O2為平均功率，則有CR的定義如下
權(quán)利要求
1.一種降低OFDM信號峰均比的方法，其特征是采用級聯(lián)法降峰均比，具體是先用分組 數(shù)較少的SLM方法或PST方法初步降低信號的峰均比，再用直接限幅法或過采樣限幅法兩 中限幅法中的一種，通過設(shè)定適當(dāng)?shù)南薹蔬M(jìn)一步降低信號的峰均比；對于分組數(shù)較少的SLM方法或PST方法初步降低信號的峰均比的邊帶信息傳輸方法 為在數(shù)據(jù)進(jìn)入降峰均比模塊前，預(yù)留出傳送邊帶信息的位置，即把存放邊帶信息的位置設(shè) 置為零，該數(shù)據(jù)符號的形式是[a1; ει2，… ，0，0，-,0,am,…，，屮]，其中，Ei1, ει2，-B1 和am，…， 是數(shù)據(jù)，0，0，…，0是預(yù)留的傳送邊帶信息的位置；通過比較得出邊帶信 息后得到邊帶信息符號的形式是W，0，-,0, S1, s2, sk,0,0,…，0]，其中，Sl，&，…， sk是邊帶信息；通過反傅立葉變換IFFT后得到邊帶信息符號的時域信息，將邊帶時域信息 和數(shù)據(jù)時域信息相加，即得到最終輸出，接收端通過傅立葉變換FFT從相應(yīng)的位置即可得 到邊帶信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低OFDM信號峰均比的方法，其特征是所述級聯(lián)法降峰均比 中，對級聯(lián)方式的參數(shù)進(jìn)行折衷在降峰均比的過程中會引起信號的失真，且在實現(xiàn)時還應(yīng)考慮實現(xiàn)的復(fù)雜度；SLM方法和PTS方法的降峰均比能力跟分組數(shù)有關(guān)，分組數(shù)越多降峰均比能力越強(qiáng)、而 實現(xiàn)越復(fù)雜；兩種限幅法降峰均比中，降峰均比能力跟限幅率有關(guān)，限幅率越高降峰均比能 力越強(qiáng)而引起的信號失真越大；因此，根據(jù)工程應(yīng)用的具體要求，適當(dāng)選擇PTS方法或SLM方法的分組數(shù)和兩種限幅法 的限幅率CR，在保證降峰均比性能要求的前提下，降低誤碼率和實現(xiàn)的復(fù)雜度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低OFDM信號峰均比的方法，其特征是SLM方法和PTS方法 在分組數(shù)相同的情況下，用PTS方法的降峰均比性能優(yōu)于SLM方法；直接限幅法和過采樣限幅法兩種方案中，直接限幅法實現(xiàn)簡單，且降峰均比性能明顯， 但會引起帶內(nèi)和帶外的干擾；過采樣限幅法相對于直接限幅法實現(xiàn)復(fù)雜，且限幅率相同時， 其降峰均性能不如直接限幅法，但過采樣限幅法濾除了信號的帶外噪聲，能降低了誤碼率 和帶外干擾；因此，對于工程應(yīng)用中對實現(xiàn)復(fù)雜度要求高時，優(yōu)選PTS方法+直接限幅法的級聯(lián)方 式；對于工程應(yīng)中對誤碼率要求高時，優(yōu)選PTS方法+過采樣限幅法。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種降低OFDM信號峰均比(PAPR)的方法，這種方法通過級聯(lián)SLM方法或PTS方法與限幅法來降PAPR。首先通過采用分組數(shù)較少的SLM或者PTS來初步降低信號峰均比，然后對PTS或者SLM輸出的時域數(shù)據(jù)用限幅法通過設(shè)定限幅率將PAPR降到目標(biāo)值。與只用PTS或者SLM方法相比這種方法因使用的分組數(shù)比較少，實現(xiàn)復(fù)雜度低，與只用限幅法相比這種方法在限幅前已初步降低了信號的PAPR，因而在同樣的限幅率時引起信號的失真比較少。這種方法融合了PTS或SLM方法引起的信號失真少和限幅法降峰均比直接且實現(xiàn)簡單的優(yōu)點。在高斯信道情況下其誤碼率性能與原始數(shù)據(jù)相比有一定的下降，但在設(shè)計所關(guān)心的信噪比范圍內(nèi)性能損失不大。
文檔編號H04L27/26GK102075483SQ20111000694
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者吳建輝, 周傳海, 周應(yīng)棟, 張萌, 時龍興, 羅毅 申請人:東南大學(xué)