本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系統(tǒng)中的基于峰均比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)的一種針對(duì)峰值的改進(jìn)的峰值抵消方法。

背景技術(shù)：

OFDM屬于多載波技術(shù)，同時(shí)也繼承了多載波系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。在OFDM通信系統(tǒng)中，發(fā)射信號(hào)是多個(gè)子載波上信號(hào)的疊加，這導(dǎo)致信號(hào)幅度有很大的自由度，生成的基帶信號(hào)的幅度具有不穩(wěn)定性。一般用PAPR來(lái)衡量OFDM信號(hào)的峰值波動(dòng)特性。從到目前為止的研究來(lái)看，有兩種解決多載波信號(hào)峰值波動(dòng)問(wèn)題的方式：一種是增大放大器的線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍，但是這增加了發(fā)射機(jī)的成本，同時(shí)也降低了放大器的效率。另一種是受到廣泛研究的方法，即對(duì)多載波基帶信號(hào)進(jìn)行峰值抑制處理。

到目前為止，已經(jīng)有大量針對(duì)PAPR抑制方法的研究成果。常用的直接限幅(Clipping)方法采用直接消掉信號(hào)超過(guò)門(mén)限部分的方式簡(jiǎn)單而有效地抑制了PAPR，但是帶來(lái)了嚴(yán)重的帶外功率泄露。迭代限幅濾波(Repeated Clipping and Filtering，RCF)方法通過(guò)對(duì)限幅后的信號(hào)進(jìn)行濾波，然后重復(fù)進(jìn)行這種處理過(guò)程較好地解決了高帶外功率泄露的問(wèn)題，然而帶來(lái)了很高的復(fù)雜度。峰值抵消(Peak cancellation，PC)方法進(jìn)一步改善了帶外功率泄露和計(jì)算復(fù)雜度的雙重問(wèn)題，該類(lèi)方法利用有限帶寬的加權(quán)抵消窗函數(shù)降低噪聲帶來(lái)的帶外功率輻射，減少了額外濾波從而降低了復(fù)雜度。在這類(lèi)方法中，傳統(tǒng)的峰值抵消方法(Conventional Peak cancellation，CPC)會(huì)使得處于同一抵消單元內(nèi)的多個(gè)峰值抵消窗函數(shù)將相互疊加，這不僅影響抵消窗函數(shù)的峰值抑制效果，還引入大量的額外抵消噪聲。自適應(yīng)窗長(zhǎng)的加窗(Adaptive Peak Windowing，APW)方法通過(guò)優(yōu)化抵消單元內(nèi)的抵消窗函數(shù)加權(quán)值和優(yōu)化抵消單元長(zhǎng)度解決了過(guò)度疊加的問(wèn)題并且較好的抑制了PAPR，卻帶來(lái)了較高的檢測(cè)復(fù)雜度和權(quán)值求解復(fù)雜度。串行峰值抵消方法(Serial Peak cancellation，SPC)通過(guò)串行處理模式，針對(duì)超過(guò)設(shè)定門(mén)限的信號(hào)進(jìn)行抵消，較好地降低了復(fù)雜度，同時(shí)很好地降低PAPR，然而該方法過(guò)度集中的串行抵消處理仍然帶來(lái)了較多的干擾和計(jì)算復(fù)雜度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種OFDM系統(tǒng)中針對(duì)峰值的串行峰值抵消方法，主要思路為：按照時(shí)域OFDM信號(hào)樣點(diǎn)值的索引順序，通過(guò)將信號(hào)幅值和給定門(mén)限TH的比較，以及信號(hào)幅值間的比較，準(zhǔn)確找出一個(gè)超過(guò)門(mén)限的信號(hào)峰值，然后以該峰值為中心減去一個(gè)加權(quán)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的抵消函數(shù)，為了至少使得該峰值的幅度值等于門(mén)限值；完成一次峰值抵消后，順次尋找下一個(gè)超過(guò)門(mén)限的峰值，重復(fù)上述峰值抵消過(guò)程直至遍歷完一個(gè)OFDM符號(hào)的樣點(diǎn)。與現(xiàn)有方法相比較，改進(jìn)的方法在不損失峰均比抑制性能的情況下，能夠改善系統(tǒng)的誤碼率性能，是一種低復(fù)雜度的有效的峰均比抑制方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種用于OFDM系統(tǒng)的峰值抵消方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.確認(rèn)信號(hào)峰值：按照時(shí)域OFDM信號(hào)樣點(diǎn)值的索引順序，通過(guò)將信號(hào)幅值和給定的門(mén)限值進(jìn)行比較，以及信號(hào)幅值間的比較，找出一個(gè)超過(guò)門(mén)限的信號(hào)峰值；

b.峰值抵消：以步驟a中得到的信號(hào)峰值為中心減去一個(gè)加權(quán)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的抵消函數(shù)，至少使得該峰值的幅度值等于門(mén)限值；

c.判斷是否遍歷完一個(gè)OFDM符號(hào)的樣點(diǎn)，若是，則結(jié)束；若否，則回到步驟a。

進(jìn)一步的，所述步驟a的具體方法為：

a1.設(shè)置時(shí)域OFDM信號(hào)樣點(diǎn)索引的初始值為n＝0，以及峰值抵消次數(shù)的初始值i＝0；

a2.計(jì)算信號(hào)樣點(diǎn)n對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值|s(n)|；

a3.判斷信號(hào)幅值是否大于給定的門(mén)限值，即|s(n)|>TH是否成立，同時(shí)經(jīng)過(guò)如下峰值判定公式：

判斷樣點(diǎn)n是否為信號(hào)峰值，若是，則進(jìn)入步驟b，若否，則進(jìn)入步驟c；公式1中，n_-＝(n-1)_JN表示當(dāng)前樣點(diǎn)n的前一個(gè)樣點(diǎn)，n₊＝(n+1)_JN表示當(dāng)前樣點(diǎn)n的后一個(gè)樣點(diǎn)，(n)_JN表示n除以JN后的取余數(shù)的模運(yùn)算，J是時(shí)域OFDM信號(hào)的過(guò)采樣倍數(shù)，N是OFDM信號(hào)的子載波個(gè)數(shù)；

所述步驟b的具體方法為：

構(gòu)造抵消函數(shù)α(n_i)w(n-n_i)進(jìn)行峰值抵消，其中w(n)是長(zhǎng)度為L(zhǎng)的窗函數(shù)，α(n_i)為如下公式2所示的權(quán)值：

針對(duì)幅值超過(guò)門(mén)限的峰值點(diǎn)n_i的一次抵消過(guò)程表示為如下公式3：

s_i+1(n)＝s_i(n)+α(n_i)w(n-n_i),n＝0,1,...,JN-1 (公式3)

并且i＝i+1。

所述步驟c的具體方法為：

判斷n<JN-1是否成立，若是，則n＝n+1后回到步驟a2，若否，則結(jié)束循環(huán)過(guò)程，并輸出經(jīng)過(guò)多次串行峰值抵消后的信號(hào)：

其中，I表示峰值抵消的總次數(shù)，0≤I<JN。

上述方案為本發(fā)明的一種具體實(shí)現(xiàn)算法。

更進(jìn)一步的，所述步驟a、b、c的具體方法為：

a1.設(shè)置時(shí)域OFDM信號(hào)樣點(diǎn)索引的初始值為n＝0，以及峰值抵消次數(shù)的初始值i＝0；

a2.計(jì)算信號(hào)樣點(diǎn)n對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值|s(n)|，并判斷|s(n)|>TH是否成立，若是，則進(jìn)入步驟a3，若否，則進(jìn)入步驟c2；

a3.判斷|s(n)|>|s((n+1)_JN)|是否成立，若是，則進(jìn)入步驟a4，若否，則進(jìn)入步驟c3；

a4.判斷|s(n)|>|s((n-1)_JN)|是否成立，若是，則進(jìn)入步驟b，若否，則進(jìn)入步驟c5；

其中，(n-1)_JN表示當(dāng)前樣點(diǎn)n的前一個(gè)樣點(diǎn)，(n+1)_JN表示當(dāng)前樣點(diǎn)n的后一個(gè)樣點(diǎn)，J是時(shí)域OFDM信號(hào)的過(guò)采樣倍數(shù)，N是OFDM信號(hào)的子載波個(gè)數(shù)；

b.構(gòu)造抵消函數(shù)α(n_i)w(n-n_i)進(jìn)行峰值抵消，其中w(n)是長(zhǎng)度為L(zhǎng)的窗函數(shù)，α(n_i)為如下公式2所示的權(quán)值：

抵消過(guò)程表示為如下公式3：

s_i+1(n)＝s_i(n)+α(n_i)w(n-n_i),n＝0,1,...,JN-1 (公式3)

得到第i次峰值抵消后的信號(hào)s_i+1(n)，并且i＝i+1；

c1.n＝n+N_coef，判斷n≤JN-1是否成立，若是，則回到步驟a2，若否，則結(jié)束處理過(guò)程；

c2.n＝n+1，判斷n≤JN-1是否成立，若是，則回到步驟a2，若否，則結(jié)束處理過(guò)程；

c3.n＝n+1，判斷n≤JN-1是否成立，若是，則進(jìn)入步驟c4，若否，則結(jié)束處理過(guò)程；

c4.判斷|s(n)|>|s((n+1)_JN)|是否成立，若是，則回到步驟b，若否，則回到步驟c3；

c5.n＝n+2，判斷n≤JN-1是否成立，若是，則回到步驟a2，若否，則結(jié)束處理過(guò)程。

上述方案為本發(fā)明的另一種實(shí)現(xiàn)方法，相比于第一種實(shí)現(xiàn)方案，本方案具有更低的復(fù)雜度。

本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明利用串行處理的峰值檢測(cè)和峰值抵消方式，避免了抵消函數(shù)的重新計(jì)算，提升抵消準(zhǔn)確度的同時(shí)減少了抵消的次數(shù)，從而減少了抵消函數(shù)帶來(lái)的干擾。另外，為了更加有效的降低PAPR以達(dá)到要求，通過(guò)重復(fù)峰值抵消算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，可以進(jìn)一步獲得PAPR抑制性能的提升。通過(guò)仿真驗(yàn)證，改進(jìn)的方法在不損失峰值抑制性能的情況下，誤碼率性能得到改善，是一種低復(fù)雜度的有效的峰均比抑制方法。

附圖說(shuō)明

圖1是OFDM系統(tǒng)中改進(jìn)的峰值抵消方法算法1的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖2是OFDM系統(tǒng)中改進(jìn)的峰值抵消方法算法2的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖3是OFDM系統(tǒng)兩種提出的改進(jìn)算法與RCF和SPC方法的PAPR抑制性能比較(TH＝4dB和6dB)；

圖4是OFDM系統(tǒng)兩種提出的改進(jìn)算法與RCF和SPC方法的比特錯(cuò)誤概率(Bit Error Rate，BER)抑制性能比較(TH＝4dB和6dB)；

圖5是OFDM系統(tǒng)兩種提出的改進(jìn)算法與SPC方法的實(shí)數(shù)運(yùn)算復(fù)雜度比較(TH＝4dB和6dB)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明的主要步驟包括：

a.確認(rèn)信號(hào)峰值：按照時(shí)域OFDM信號(hào)樣點(diǎn)值的索引順序，通過(guò)將信號(hào)幅值和給定的門(mén)限值進(jìn)行比較，以及信號(hào)幅值間的比較，找出一個(gè)超過(guò)門(mén)限的信號(hào)峰值；

b.峰值抵消：以步驟a中得到的信號(hào)峰值為中心減去一個(gè)加權(quán)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的抵消函數(shù)，至少使得該峰值的幅度值等于門(mén)限值；

c.判斷是否遍歷完一個(gè)OFDM符號(hào)的樣點(diǎn)，若是，則結(jié)束；若否，則回到步驟a。

與之相對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)算法的主要步驟為：1、信號(hào)幅值和門(mén)限值TH比較；2、峰值檢測(cè)；3、計(jì)算權(quán)值生成抵消函數(shù)；4、峰值抵消。

如圖1，為本發(fā)明的第一種實(shí)現(xiàn)算法，主要步驟包括：

(1)設(shè)置樣點(diǎn)索引的初始值n＝0，以及峰值抵消次數(shù)的初始值i＝0；

(2)計(jì)算信號(hào)樣點(diǎn)n對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值|s(n)|；

如果信號(hào)樣點(diǎn)幅值大于給定的門(mén)限值，即|s(n)|>TH，同時(shí)經(jīng)過(guò)峰值判定公式

其中，n_-＝(n-1)_JN表示當(dāng)前樣點(diǎn)n的前一個(gè)樣點(diǎn)(也即上升沿的最后一個(gè)樣點(diǎn))，n₊＝(n+1)_JN表示當(dāng)前樣點(diǎn)n的后一個(gè)樣點(diǎn)(即下降沿的第一個(gè)樣點(diǎn))，(n)_JN表示n除以JN后的取余數(shù)的模運(yùn)算，是時(shí)域OFDM信號(hào)的過(guò)采樣倍數(shù)，N是OFDM信號(hào)的子載波個(gè)數(shù)。經(jīng)過(guò)判定后樣點(diǎn)n為信號(hào)峰值，那么轉(zhuǎn)到步驟1-4；否則轉(zhuǎn)到步驟1-5；

(3)計(jì)算抵消函數(shù)并完成一次峰值抵消。抵消函數(shù)是一個(gè)加權(quán)的窗函數(shù)，權(quán)值α(n_i)計(jì)算如下：

然后構(gòu)造抵消函數(shù)α(n_i)w(n-n_i)，其中w(n)是長(zhǎng)度為L(zhǎng)的窗函數(shù)；針對(duì)幅值超過(guò)門(mén)限的峰值點(diǎn)n的一次抵消過(guò)程表示如下：

s_i+1(n)＝s_i(n)+α(n_i)w(n-n_i),n＝0,1,...,JN-1 (3)

并且i＝i+1；

(4)如果n<JN-1，則n＝n+1后轉(zhuǎn)到步驟(2)；否則，結(jié)束循環(huán)過(guò)程，最后輸出經(jīng)過(guò)多次串行峰值抵消后的信號(hào)：

其中，I表示峰值抵消的總次數(shù)。

如圖2所示，為本發(fā)明的第二種實(shí)現(xiàn)算法，主要步驟包括：

(1)設(shè)置樣點(diǎn)索引的初始值n＝0，以及峰值抵消次數(shù)的初始值i＝0；

(2)計(jì)算信號(hào)樣點(diǎn)n對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值|s(n)|，如果|s(n)|>TH，轉(zhuǎn)到步驟(3)；否則轉(zhuǎn)到步驟(7)；

(3)如果信號(hào)滿(mǎn)足|s(n)|>|s((n+1)_JN)|，轉(zhuǎn)到步驟(4)；否則轉(zhuǎn)到步驟(8)；

(4)若信號(hào)滿(mǎn)足|s(n)|>|s((n-1)_JN)|，轉(zhuǎn)到步驟(5)；否則轉(zhuǎn)到步驟(10)；

(5)利用公式(2)和(3)完成抵消函數(shù)的計(jì)算和一次抵消過(guò)程，得到第i次峰值抵消后的信號(hào)s_i+1(n)且i＝i+1；

(6)n＝n+N_coef，如果n≤JN-1，轉(zhuǎn)到步驟(2)；否則結(jié)束處理過(guò)程。

(7)n＝n+1，如果n≤JN-1，轉(zhuǎn)到步驟(2)；否則結(jié)束處理過(guò)程。

(8)n＝n+1，如果n≤JN-1，轉(zhuǎn)到步驟(9)；否則結(jié)束處理過(guò)程。

(9)若信號(hào)滿(mǎn)足|s(n)|>|s((n+1)_JN)|，轉(zhuǎn)到步驟(5)；否則轉(zhuǎn)到步驟(8)；

(10)n＝n+2，如果n≤JN-1，轉(zhuǎn)到步驟(2)，否則結(jié)束處理過(guò)程。

第二種算法是在第一種算法的基礎(chǔ)上通過(guò)優(yōu)化峰值檢測(cè)過(guò)程和引入相關(guān)區(qū)域抵消的方案，減少了門(mén)限比較、幅值運(yùn)算和循環(huán)運(yùn)算的次數(shù)，主要思想：將信號(hào)幅值和門(mén)限比較的過(guò)程與峰值判定的過(guò)程結(jié)合，按照信號(hào)上升沿和下降沿的特性，減少了部分樣點(diǎn)的判定過(guò)程；另外，一次峰值抵消過(guò)程后，強(qiáng)相關(guān)區(qū)域內(nèi)的幾個(gè)樣點(diǎn)的幅值與門(mén)限的判定可以跳過(guò)N_coef(1≤N_coef≤J-1)個(gè)樣點(diǎn)，可以再次減少判定過(guò)程。

本發(fā)明提出了一種針對(duì)峰值的改進(jìn)的峰值抵消方法，主要?jiǎng)?chuàng)新在于通過(guò)對(duì)超過(guò)門(mén)限的峰值點(diǎn)進(jìn)行串行抵消處理，達(dá)到快速抑制PAPR的目的。該方法在一定程度上降低了計(jì)算復(fù)雜度，減少了引入的干擾噪聲，從而提升了系統(tǒng)的BER性能。而且，提出的算法2通過(guò)將信號(hào)幅值和門(mén)限的比較過(guò)程與峰值檢測(cè)的過(guò)程結(jié)合，進(jìn)一步優(yōu)化了峰值檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)速度。

計(jì)算機(jī)仿真中，OFDM信號(hào)的子載波個(gè)數(shù)N＝1024，時(shí)域過(guò)采樣倍數(shù)J＝4，數(shù)字調(diào)制方式為16QAM，抵消窗函數(shù)的長(zhǎng)度L＝101。由于RCF方法是工程中得到應(yīng)用的算法，SPC是近幾年提出的優(yōu)秀的峰值抵消算法，我們以這兩種方法作為參考。RCF方法在TH＝4dB時(shí)，采用了6次迭代；在TH＝6dB時(shí)，采用了4次迭代。SPC和改進(jìn)算法方法均采用了3次迭代處理。其中算法2中的相關(guān)距離為。

圖3顯示改進(jìn)算法能夠獲得與SPC相同的PAPR性能，而優(yōu)于RCF。如在TH＝6dB，CCDF＝10^-3時(shí)，RCF要比另外兩個(gè)方法差0.5dB，當(dāng)門(mén)限降為4dB時(shí)差距擴(kuò)大到0.7dB。圖4表明改進(jìn)算法能夠獲得比SPC和RCF方法更好的BER性能，比如在BER＝10^-2，TH＝4dB時(shí)，改進(jìn)算法比RCF和SPC所需的比特信噪比(Eb/N0)低了1dB。鑒于RCF方法復(fù)雜度太高，圖5只比較了改進(jìn)算法和SPC方法的復(fù)雜度。從圖5中可以看出，改進(jìn)算法1和算法2均能夠獲得比SPC更低的復(fù)雜度，而且算法2的復(fù)雜度更低。比如，在門(mén)限TH＝4dB時(shí)，相比SPC，算法1的乘法和加法運(yùn)算次數(shù)分別下降了8.97％和16.65％，算法2則進(jìn)一步降低，分別下降了17.77％和27.52％。從仿真結(jié)果看，提出的改進(jìn)算法在保證優(yōu)秀的PAPR抑制性能的同時(shí)能夠獲得更低的BER性能損失和低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)。