專利名稱：無帶寬擴展的頻域成形ofdm峰均比降低方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，更進一步涉及正交頻分復用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)系統(tǒng)中信號峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio, PAPR，簡稱峰均比)降低的方法，可用于提高OFDM系統(tǒng)的傳輸性能。
背景技術：
與傳統(tǒng)技術相比，OFDM傳輸技術能夠提供更大的覆蓋范圍、更好的傳輸質量、更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜效率。然而，由于OFDM傳輸系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)符號是由多個獨立經過調制的子載波信號疊加而成的，當各個數(shù)據(jù)信號子載波相位相同或者相近時，信號便會受到相同初始相位信號的調制，從而產生較大的瞬時功率峰值，帶來較高的峰均比。由于一般的功率放大器的動態(tài)范圍都是有限的，當峰均比較高的信號通過高功率放大器時，為了避免信號的非線性失真、頻譜擴展干擾以及帶內信號畸變，功率放大器必須以功率回退方式工作，大大降低了放大器的工作效率和功率利用率。因此，為了更好的發(fā)揮OFDM技術的優(yōu)勢，必須降低OFDM系統(tǒng)中傳輸信號的峰均比。ImranNew ZCT Precoding Based SLM Technique for PAPR Reduction in OFDM Systems"(Circuits and Systems (APCCAS),2010 IEEE Asia Pacific Conference on, Page (s) :1123-1126)中提出一種基于Zadoff-Chu矩陣變換的選擇性映射方法來降低OFDM系統(tǒng)傳輸信號的峰均比。該方法的實施步驟是第一，發(fā)射端信號處理器對輸入信號進行串并變換，獲得一個并行傳輸?shù)男盘栃蛄?；第二，對信號序列分別乘以V個不同的相位旋轉因子，獲得V個不同的加權信號序列，將加權信號序列輸入ZCT預編碼器進行ZCT變換；第三，對所有經過ZCT變換的加權信號序列進行快速逆傅里葉變換之后，進行并串變換；第四，選擇具有最小峰均比的加權信號進行發(fā)射，實現(xiàn)降低傳輸信號峰均比的目的。該方法在一定程度上降低了傳輸信號的峰均比，而且在理想狀況下，沒有誤比特率的性能損失。在特定的通信場景中，能夠滿足用戶對通信系統(tǒng)的性能要求。該方法的不足之處是第一，由于要對信號序列進行多次快速傅里葉變換和矩陣乘法運算，該方法的運算復雜度過高；第二，該方法需要傳輸信號的邊帶信息，一旦接收端對邊帶信息的接收出現(xiàn)錯誤，信號的誤比特率性能會急劇下降；第三，該方法對峰均比的降低幅度不夠大，無法滿足大多數(shù)移動用戶終端設備對峰均比性能值的要求。北京交通大學提出的專利申請“基于虛載波預留算法降低OFDM系統(tǒng)峰均比的方法”(申請日2009年1月9日，申請?zhí)?00910076602. 4，公開號CN 101459648A)中公開了一種基于虛載波的降低OFDM系統(tǒng)信號峰均比的方法。該方法的實施步驟是第一，對設定好的特殊頻域信號進行快速逆傅里葉變換，將變換后得到的時域信號存入存儲器中；第二，將承載有用信息的頻域信號進行快速逆傅里葉變換，得到時域信號；第三，計算有用信息的時域信號的峰均比值，作為峰均比的初值；第四，第四，對有用信息的時域信號與虛擬載波的時域信號進行迭代相加，并與峰均比初值進行比較，獲得具有最小峰均比的時域信號。該方法與傳統(tǒng)的基于虛擬子載波的方法相比，通信系統(tǒng)的運算復雜度較小，并且可以獲
4得更好的峰均比性能和誤比特率性能。該方法的不足之處是第一，對峰均比的降低幅度不夠大，無法滿足大多數(shù)移動用戶終端設備對峰均比性能值的要求；第二，該方法需要占用通信系統(tǒng)額外的信號帶寬和發(fā)射功率，降低了通信系統(tǒng)的頻譜利用率和功率利用率。X. Zhu等人在文章"Reducing the peak-to-average power ratio using unitary matrix transformation" (IET Commun.，2009，Vol. 3，Iss. 2，pp. 161—171)中提出一種基于IDFT矩陣預編碼的降低OFDM系統(tǒng)信號峰均比的方法。該方法的實施步驟是第一，發(fā)射端信號處理器對輸入信號進行串并變換，獲得一個并行傳輸?shù)男盘栃蛄?；第二，將離散逆傅里葉變換矩陣用左乘的方式對信號序列進行加權，完成對信號的預編碼；第三，對經過預編碼的信號進行快速逆傅里葉變換之后，進行并串變換后進行發(fā)射。由于采用了酉矩陣進行預編碼，該方法與傳統(tǒng)的峰均比抑制方法相比，通信系統(tǒng)的運算復雜度較小，并且不會導致誤比特率性能損失。該方法的不足之處是對峰均比的降低幅度不夠大，無法滿足大多數(shù)移動用戶終端設備對峰均比性能值的要求。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，針對OFDM系統(tǒng)提供一種無帶寬擴展的頻域成形OFDM峰均比降低方法，不僅可以大幅度降低OFDM傳輸信號的峰均比，提高發(fā)射機的功率利用率，而且可以降低系統(tǒng)的運算復雜度；不需要占用額外的信號帶寬和傳輸邊帶信息，在多徑瑞利信道下，接收端采用最小均方誤差均衡時，能夠提升系統(tǒng)的誤比特率性能。本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的具體步驟如下(1)發(fā)射端信號處理器對輸入信號進行串并變換，獲得一個并行傳輸?shù)男盘栃蛄校?2)頻域預編碼2a)構造預編碼矩陣將兩個由不同的Chu序列構成的M階對角陣和M階方陣相乘，獲得預編碼矩陣，M為OFDM數(shù)據(jù)符號的長度；2b)預編碼將預編碼矩陣用左乘的方式對步驟(1)中獲得的信號序列進行加權， 完成對輸入信號的頻域預編碼；(3)頻域成形3a)構造成形函數(shù)發(fā)射端信號處理器構造一個類高斯函數(shù)作為頻域成形函數(shù)；3b)頻域成形將頻域成形函數(shù)用左乘的方式對完成頻域預編碼的輸入信號進行加權，完成對輸入信號的頻域成形；(4)獲得傳輸信號4a)信號處理器對完成頻域成形的OFDM數(shù)據(jù)符號進行插零操作，然后進行快速逆傅里葉變換；4b)對信號序列進行并串變換，獲得適于發(fā)射的OFDM傳輸信號；本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點第一，由于本發(fā)明不需要對信號進行多次快速逆傅里葉變化，克服了現(xiàn)有技術存在的運算復雜度過高的缺點，具有復雜度低的優(yōu)點。第二，由于本發(fā)明不需要占用額外的信號帶寬和傳輸邊帶信息，克服了現(xiàn)有技術存在的頻譜利用率低的缺點，避免了由于邊帶信息傳輸錯誤出現(xiàn)的誤比特率性能的降低， 具有系統(tǒng)頻譜利用率高和誤比特率低的優(yōu)點，與傳統(tǒng)的OFDM技術相比，在多徑信道下，接收端采用最小均方誤差均衡時，誤比特率性能會有所提升。第三，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術存在的OFDM信號峰均比降低幅度不夠大的缺點，具有峰均比降低幅度比較大的優(yōu)點，提高了通信系統(tǒng)發(fā)射機的功率利用率，可以滿足移動用戶終端設備對峰均比性能值的要求。
圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明峰均比性能的效果仿真圖；圖3為本發(fā)明接收信號誤比特率的效果仿真圖。
具體實施例方式參照附圖1，對本發(fā)明的實現(xiàn)方法做進一步描述步驟1，串并變換發(fā)射端信號處理器對輸入信號進行串并變換，獲得一個并行傳輸?shù)男盘栃蛄?，此信號序列的形式為M階矩陣，M為OFDM數(shù)據(jù)符號的長度，本發(fā)明實施例中M的值為10M。步驟2，頻域預編碼2a)構造預編碼矩陣。信號處理器將兩個由不同的Chu序列構成的M階對角陣A 和M階方陣Φ相乘，獲得預編碼矩陣，A和Φ分別按照下列公式構造，
權利要求
1.一種無帶寬擴展的頻域成形OFDM峰均比降低方法，包括如下步驟(1)發(fā)射端信號處理器對輸入信號進行串并變換，獲得一個并行傳輸?shù)男盘栃蛄校?2)頻域預編碼2a)構造預編碼矩陣將兩個由不同的Chu序列構成的M階對角陣和M階方陣相乘，獲得預編碼矩陣，M為OFDM數(shù)據(jù)符號的長度；2b)預編碼將預編碼矩陣用左乘的方式對步驟(1)中獲得的信號序列進行加權，完成對輸入信號的頻域預編碼；(3)頻域成形3a)構造成形函數(shù)發(fā)射端信號處理器構造一個類高斯函數(shù)作為頻域成形函數(shù)； 3b)頻域成形將頻域成形函數(shù)用左乘的方式對完成頻域預編碼的輸入信號進行加權，完成對輸入信號的頻域成形；(4)獲得傳輸信號4a)信號處理器對完成頻域成形的OFDM數(shù)據(jù)符號進行插零操作，然后進行快速逆傅里葉變換；4b)對信號序列進行并串變換，獲得適于發(fā)射的OFDM傳輸信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的無帶寬擴展的頻域成形OFDM峰均比降低方法，其特征在于， 步驟加)中所述的M階對角陣，按照下列公式構造
3.根據(jù)權利要求1所述的無帶寬擴展的頻域成形OFDM峰均比降低方法，其特征在于， 步驟加)中所述的M階方陣，按照下列公式構造
4.根據(jù)權利要求1所述的無帶寬擴展的頻域成形OFDM峰均比降低方法，其特征在于， 步驟3a)中所述的類高斯函數(shù)，按照下列公式構造
5.根據(jù)權利要求1所述的無帶寬擴展的頻域成形OFDM峰均比降低方法，其特征在于， 步驟4a)中所述的對OFDM數(shù)據(jù)符號進行插零操作是將N-M個0插入到長度為M的數(shù)據(jù)符號中間M/2處，N為快速逆傅里葉變換的點數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無帶寬擴展的頻域成形OFDM峰均比降低方法，主要解決現(xiàn)有技術出現(xiàn)的OFDM信號峰均比性能過低的問題。具體步驟包括(1)信號處理器對輸入信號進行串并變換，獲得并行傳輸?shù)男盘栃蛄校?2)將兩個由不同的Chu序列構成的對角陣和方陣相乘獲得預編碼矩陣，用預編碼矩陣對信號序列進行加權；(3)構造一個類高斯函數(shù)作為頻域成形函數(shù)，對信號進行加權；(4)對每個數(shù)據(jù)符號進行插零操作和快速逆傅里葉變換之后，對信號序列進行并串變換，獲得適于發(fā)射的OFDM傳輸信號。本發(fā)明具有復雜度低和頻譜利用率高的優(yōu)點，在不損失接收信號誤比特率的情況下顯著降低信號的峰均比，提高了通信系統(tǒng)發(fā)射機的功率利用率。
文檔編號H04L1/00GK102223341SQ20111016823
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權日2011年6月21日
發(fā)明者張海林, 李丹萍, 李勇朝, 王曉元 申請人:西安電子科技大學