專利名稱：一種多載波調(diào)制系統(tǒng)的降低峰均比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)，尤其正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中的降低峰值平均功率比(PAPR)的方法，尤其涉及的是一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)是一種多載波調(diào)制系統(tǒng)，某時(shí)刻，若多個(gè)載波以同一方向進(jìn)行疊加，則會(huì)出現(xiàn)較大峰值，故要求功率放大器具有很大線性區(qū)域。若線性區(qū)域小于信號(hào)最大峰值，在峰值進(jìn)入功放非線性區(qū)域時(shí)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)畸變，從而產(chǎn)生子載波間的互調(diào)干擾和帶外輻射，破壞子載波間的正交性，降低系統(tǒng)性能。若功放工作在大功率補(bǔ)償狀態(tài)下，會(huì)導(dǎo)致非常低的放大效率，并使發(fā)射機(jī)成本非常昂貴。峰均比問題已經(jīng)成為OFDM技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，因此，必須采用一定技術(shù)降低峰均比，使發(fā)射機(jī)中功率放大器高效工作，同時(shí)提高系統(tǒng)的整體性能。
目前解決峰均比問題的技術(shù)主要分為3大類限幅類技術(shù)、編碼類技術(shù)以及概率類技術(shù)。
在限幅類技術(shù)中，當(dāng)信號(hào)幅度超過預(yù)先規(guī)定的門限值時(shí)，超過門限部分的幅度即被砍掉，由此會(huì)引起信號(hào)畸變。故限幅類技術(shù)中非線性操作會(huì)引起帶間干擾，增加符號(hào)間干擾(ISI)和誤碼率(BER)，此外，帶外噪聲還可能引起信道間干擾，降低頻譜利用率。
韓國(guó)三星公司提出了名為“在OFDM通訊系統(tǒng)中減少PAPR的裝置和方法(Apparatus and method for reducing PAPR in OFDM communicationsystem)”的專利，專利號(hào)EP1515504，屬于限幅類技術(shù)，其主要思想是對(duì)將進(jìn)行IFFT的N個(gè)子載波，其中N-L個(gè)子載波傳送數(shù)據(jù)，L個(gè)子載波傳送輔助數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，改變脈沖的相位，使其與N-L個(gè)子載波IFFT后最大峰值的相位相同，用最大峰值和門限功率值的差值來決定產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的縮放比例，然后把脈沖信號(hào)和IFFT的輸出信號(hào)線性相加輸出。但該專利沒有考慮頻譜上相鄰OFDM符號(hào)之間的干擾，由于利用L個(gè)子載波傳送輔助數(shù)據(jù)，必然會(huì)引起頻譜的擴(kuò)展，影響相鄰的OFDM符號(hào)。此外，若直接利用L個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行峰值抵消，不但不能達(dá)到優(yōu)化效果，反而會(huì)惡化峰均比，仿真驗(yàn)證可以看出，要達(dá)到優(yōu)化峰均比的效果，必須在峰值抵消時(shí)對(duì)L個(gè)子載波數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，加權(quán)系數(shù)小于1，加權(quán)的系數(shù)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。
編碼類技術(shù)的主要思想是限制可用于傳輸?shù)男盘?hào)碼字集合，只有幅度峰值低于功放最大范圍的碼字才能用于傳輸，從而完全避開信號(hào)峰值，目前證明性能較好的為Golay編碼技術(shù)。但該編碼技術(shù)在子載波點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，編碼率太低，如FFT點(diǎn)數(shù)N＝256時(shí)，對(duì)應(yīng)編碼率僅為0.05左右，這些冗余信息會(huì)很大程度降低有效信息的頻譜利用率，此外，Golay碼的編碼以及譯碼技術(shù)十分復(fù)雜，在工程實(shí)現(xiàn)中顯然不可取。
概率類技術(shù)的著眼點(diǎn)是降低峰值出現(xiàn)概率，而不是降低信號(hào)幅度最大值，通過線性變化完成，但通常情況下，需要傳輸額外的輔助信息，增加冗余。屬于該類技術(shù)的有選擇映射法(SLM Selected Mapping)、部分傳輸序列法(PTS Partial Transmit Sequence)、沖擊整形(PS Pulse Shaping)等。
SLM(請(qǐng)參見Stefan H Muller，Johannes B Huber.A comparison of peakpower reduction schemes for OFDM.Global Telecommunications Conference.1997.GLOBECOM’97，IEEE，1997，13～8)方法中，相同數(shù)據(jù)塊乘上不同的M個(gè)相位序列，M個(gè)相位序列長(zhǎng)度為N(N即要進(jìn)行IFFT的點(diǎn)數(shù))，并且它們相互之間統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。數(shù)據(jù)塊與M個(gè)相位序列相乘后分別進(jìn)行IFFT操作，輸出后計(jì)算M路的峰均比，進(jìn)行比較，選出具有最小峰均比的數(shù)據(jù)塊傳輸。SLM方法的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行線性變換，不會(huì)引起信號(hào)畸變。但缺點(diǎn)是需要M個(gè)IFFT處理，占用較大資源，需要利用冗余信息傳輸相位序列信息。
PTS(請(qǐng)參見Stefan H Muller，Johannes B Huber.A comparison of peakpower reduction schemes for OFDM.Global Telecommunications Conference.1997.GLOBECOM’97，IEEE，1997，13～8)方法基于與SLM相同的原理，但其轉(zhuǎn)換向量具有不同的結(jié)構(gòu)，PTS方法首先將輸入數(shù)據(jù)分為M個(gè)子塊，每個(gè)子塊分別進(jìn)行N點(diǎn)的IFFT操作，IFFT后每個(gè)數(shù)據(jù)塊乘一相位因子，最后M路數(shù)據(jù)相加，得到整個(gè)數(shù)據(jù)IFFT結(jié)果，對(duì)于多組相位因子，分別計(jì)算其對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的峰均比，找出其中最小峰均比對(duì)應(yīng)的相位因子(M個(gè))，輸出IFFT結(jié)果以及相位因子信息。PTS方法優(yōu)點(diǎn)是無信號(hào)畸變，缺點(diǎn)是要進(jìn)行M個(gè)IFFT處理，并需要增加冗余來傳輸相位因子信息。
無論P(yáng)TS方法，還是SLM方法，均需要嚴(yán)格保證額外傳輸?shù)南辔恍畔⒌母邷?zhǔn)確性，否則一旦該相位信息發(fā)生錯(cuò)誤，則接收端完全錯(cuò)誤，故為保證相位信息的準(zhǔn)確性，必須引入編碼技術(shù)傳輸該相位信息，由此會(huì)帶來部分信息的冗余。
因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，而有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提供的一種多載波調(diào)制系統(tǒng)的降低峰均比的方法，提出一種新穎的改善峰均比方法，用于降低OFDM系統(tǒng)中的峰均比。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種多載波調(diào)制系統(tǒng)的降低峰均比的方法，其中，其包括以下步驟A、在所述多載波調(diào)制系統(tǒng)的空余子載波上插入特殊數(shù)據(jù)；B、制作查詢表，使原始數(shù)據(jù)與表中查詢對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)線性疊加后，經(jīng)IFFT輸出的峰均比最??；
C、查詢所述查詢表獲得輔助數(shù)據(jù)，與有效數(shù)據(jù)結(jié)合后，進(jìn)行IFFT輸出。
所述的方法，其中，還包括以下步驟N表示要IFFT的長(zhǎng)度；L表示輔助數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；N-L表示有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；M表示將原始數(shù)據(jù)分組的組數(shù)；A1、將有效數(shù)據(jù)x1，x2，...，xN-L-1，xN-L以等間隔抽取方式分成M組；B1、對(duì)于每組數(shù)據(jù)，查詢所述查詢表得到其對(duì)應(yīng)的L/M個(gè)輔助數(shù)據(jù)；C1、重復(fù)所述步驟B1共M次，得到L個(gè)輔助數(shù)據(jù)，將該L個(gè)輔助數(shù)據(jù)分為前后兩部分，長(zhǎng)度分別記為L(zhǎng)1、L2，有L1+L2＝L，并用b1，b2，...，bL1，bL1+1，...，bL表示；D1、將得到的L個(gè)輔助數(shù)據(jù)與所述有效數(shù)據(jù)組合，即b1，b2，...，bL1，x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，bL1+1，...，bL，并進(jìn)行N點(diǎn)IFFT后輸出。
本發(fā)明所提供的一種多載波調(diào)制系統(tǒng)的降低峰均比的方法，和現(xiàn)有改善峰均比的方法相比較，優(yōu)點(diǎn)在于通過一定的存儲(chǔ)資源的利用，取代了其它方法中的計(jì)算量的開銷；而且與SLM、PTS等現(xiàn)有技術(shù)相比較，除了節(jié)省了運(yùn)算開銷，也不需要附加信息的傳送，可靠性較高；與目前眾多的改善峰均比的方法相比，本發(fā)明方法更適合于實(shí)際系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明多載波調(diào)制系統(tǒng)的降低峰均比的方法的流程圖；圖2為本發(fā)明的峰均比改善性能與SLM方法比較結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，將對(duì)本發(fā)明的各較佳實(shí)施例進(jìn)行較為詳細(xì)的說明，以使本發(fā)明的技術(shù)方案及其有益效果顯而易見。
本發(fā)明多載波調(diào)制系統(tǒng)的降低峰均比的方法，其核心思想是通過查表法，在OFDM系統(tǒng)的空余子載波上插入數(shù)據(jù)，來改善峰均比。空余子載波數(shù)據(jù)處于OFDM符號(hào)內(nèi)兩邊，會(huì)受到相鄰OFDM符號(hào)的干擾，在接收端通常廢棄不用，一般情況補(bǔ)零。在本發(fā)明方法中，對(duì)于空余子載波，插入一些特殊的數(shù)據(jù)，來改善峰均比。本發(fā)明方法的好處是利用了空余子載波，在保持有效數(shù)據(jù)不變的情況下，對(duì)降低峰均比做出貢獻(xiàn)，而且，利用查表法，大大降低了運(yùn)算量。
本發(fā)明方法為了降低存儲(chǔ)表所需的存儲(chǔ)量，需減小表的長(zhǎng)度，故對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分組。
本發(fā)明方法的流程如圖1所示，具體包括步驟如下其中N表示要進(jìn)行IFFT的長(zhǎng)度；L表示輔助數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；N-L表示有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；M表示將原始數(shù)據(jù)分組的組數(shù)。
第一步，將有效數(shù)據(jù)x1，x2，...，xN-L-1，xN-L以等間隔抽取方式分成M組；第二步，對(duì)于每組數(shù)據(jù)，查詢表得到其對(duì)應(yīng)的L/M個(gè)輔助數(shù)據(jù)；第三步，重復(fù)第二步M次，共得到L個(gè)輔助數(shù)據(jù)。這L個(gè)輔助數(shù)據(jù)可分為前后兩部分，長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1、L2，則有L1+L2＝L。用b1，b2..，bL1，bL1+1，..，bL表示；第四步，將得到的L個(gè)輔助數(shù)據(jù)與有效數(shù)據(jù)組合，即b1，b2，...，bL1，x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，bL1+1，...，bL；第五步，將組合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行N點(diǎn)IFFT后輸出。
為驗(yàn)證本發(fā)明方法的性能，在64個(gè)子載波情況下進(jìn)行仿真，即IFFT的點(diǎn)數(shù)N＝64，插入的輔助數(shù)據(jù)長(zhǎng)度L＝16，分組組數(shù)M＝4，有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N-L＝48。
在OFDM系統(tǒng)基帶發(fā)射端，共有48個(gè)有效的子載波數(shù)據(jù)x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，利用序號(hào)為8到31、33到56的子載波傳輸，對(duì)序號(hào)1到7、32以及57到64的子載波，稱為虛子載波，虛子載波處于OFDM符號(hào)內(nèi)兩側(cè)，會(huì)受到相鄰OFDM符號(hào)的干擾，一般情況補(bǔ)零。本發(fā)明方法利用虛子載波傳輸輔助數(shù)據(jù)，輔助數(shù)據(jù)通過查表產(chǎn)生。
作為數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)備工作，本發(fā)明方法要先生成查詢表。其具體步驟如下1.確定分組數(shù)目M。根據(jù)分組數(shù)目M得到各組的數(shù)據(jù)，再根據(jù)分組后的數(shù)據(jù)，制作一張查詢表。查詢表的數(shù)據(jù)使分組后各組的峰均比最?。?.將得到的查詢表存儲(chǔ)，以備查詢。
得到查詢表后，降低峰均比的具體實(shí)施步驟如下1.將48個(gè)有效數(shù)據(jù)放到序號(hào)為8到31、33到56的子載波上，其余位置子載波數(shù)據(jù)為零；2.將有效數(shù)據(jù)以等間隔抽取的方式分為M組；3.對(duì)于每組數(shù)據(jù)，在表中查出能使這組數(shù)據(jù)峰均比最小的插入數(shù)據(jù)；4.進(jìn)行M次查詢以后，得到所有的虛子載波上的L個(gè)插入數(shù)據(jù)，這L個(gè)插入數(shù)據(jù)可分為前后兩部分，長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1、L2，則有L1+L2＝L，用b1，b2，...，bL1，bL1+1，...，bL表示；5.將得到的插入數(shù)據(jù)和有效數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，即b1，b2，...，bL1，x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，bL1+1，...，bL；6.對(duì)組合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行IFFT運(yùn)算；7.將IFFT的結(jié)果輸出。
仿真驗(yàn)證中M值是可以變化的，M的選擇是影響性能和資源的要點(diǎn)，M越小，改善峰均比的效果越好，但同時(shí)，隨著M的減小，要存儲(chǔ)的表的長(zhǎng)度也急劇增加，需要的存儲(chǔ)空間也變得很龐大。所以，需要在改善效果和存儲(chǔ)資源之間平衡，根據(jù)不同系統(tǒng)的需要，可以通過仿真來找到最佳的M取值。如圖2顯示了在分組數(shù)M＝4時(shí)，本發(fā)明改善峰均比的情況與SLM中兩路選擇情況下的對(duì)比。從圖中對(duì)比可以看出，兩種方法降低峰均比的效果是很接近的，但是本發(fā)明比SLM法減少了一次IFFT，因此運(yùn)算量大大降低，而且，本發(fā)明不需要傳輸邊帶信息。
本發(fā)明方法和現(xiàn)有改善峰均比的方法相比較，優(yōu)點(diǎn)在于通過一定的存儲(chǔ)資源的利用，取代了其它方法中的計(jì)算量的開銷；而且與SLM、PTS等現(xiàn)有技術(shù)相比較，除了節(jié)省了運(yùn)算開銷，也不需要附加信息的傳送，可靠性較高；與目前眾多的改善峰均比的方法相比，本發(fā)明方法更適合于實(shí)際系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)。
須注意的是，在本發(fā)明中，分組組數(shù)是一個(gè)重要的參數(shù)。分組數(shù)越多，則表的長(zhǎng)度越短，需要的存儲(chǔ)空間就越小，但峰均比改善的效果越小。所以，在存儲(chǔ)空間允許的情況下，要盡量減少分組的組數(shù)，來提高峰均比的改善效果。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述針對(duì)具體實(shí)施例的描述較為具體，并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多載波調(diào)制系統(tǒng)的降低峰均比的方法，其特征在于，其包括以下步驟A、在所述多載波調(diào)制系統(tǒng)的空余子載波上插入特殊數(shù)據(jù)；B、制作查詢表，使原始數(shù)據(jù)與表中查詢對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)線性疊加后，經(jīng)IFFT輸出的峰均比最??；C、查詢所述查詢表獲得輔助數(shù)據(jù)，與有效數(shù)據(jù)結(jié)合后，進(jìn)行IFFT輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟N表示要IFFT的長(zhǎng)度；L表示輔助數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；N-L表示有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；M表示將原始數(shù)據(jù)分組的組數(shù)；A1、將有效數(shù)據(jù)x1，x2，...，xN-L-1，xN-L以等間隔抽取方式分成M組；B1、對(duì)于每組數(shù)據(jù)，查詢所述查詢表得到其對(duì)應(yīng)的L/M個(gè)輔助數(shù)據(jù)；C1、重復(fù)所述步驟B1共M次，得到L個(gè)輔助數(shù)據(jù)，將該L個(gè)輔助數(shù)據(jù)分為前后兩部分，長(zhǎng)度分別記為L(zhǎng)1、L2，有L1+L2＝L，并用b1，b2，...，bL1，bL1+1，...，bL表示；D1、將得到的L個(gè)輔助數(shù)據(jù)與所述有效數(shù)據(jù)組合，即b1，b2，...，bL1，x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，bL1+1，...，bL，并進(jìn)行N點(diǎn)IFFT后輸出。
全文摘要
本發(fā)明的一種多載波調(diào)制系統(tǒng)的降低峰均比的方法，其包括以下步驟在所述多載波調(diào)制系統(tǒng)的空余子載波上插入特殊數(shù)據(jù)；制作查詢表，使原始數(shù)據(jù)與表中查詢對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)線性疊加后，經(jīng)IFFT輸出的峰均比最?。徊樵兯霾樵儽慝@得輔助數(shù)據(jù)，與有效數(shù)據(jù)結(jié)合后，進(jìn)行IFFT輸出。本發(fā)明方法通過對(duì)一定存儲(chǔ)資源的利用，取代了其它方法中的計(jì)算量的開銷；而且與SLM、PTS等現(xiàn)有技術(shù)相比較，除了節(jié)省了運(yùn)算開銷，也不需要附加信息的傳送，可靠性較高；與目前眾多的改善峰均比的方法相比，本發(fā)明方法更適合于實(shí)際系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1913510SQ20051009008
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者郭陽, 鄭新春, 石苗 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司