專利名稱：一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)中，尤其在正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)中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：
現(xiàn)有技術的正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)是一種多載波調(diào)制系統(tǒng)，某時刻，若多個載波以同一方向進行疊加，則會出現(xiàn)較大峰值，故要求功率放大器具有很大的線性區(qū)域。若線性區(qū)域小于信號最大峰值，則在峰值進入功放非線性區(qū)域時會產(chǎn)生信號畸變，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償狀態(tài)下，會導致非常低的放大效率，并使發(fā)射機成本非常昂貴。峰均比問題已經(jīng)成為OFDM技術廣泛應用的一個瓶頸，因此，必須采用一定技術降低峰均比，使發(fā)射機中功率放大器高效工作，同時提高系統(tǒng)的整體性能。
目前解決峰均比問題的技術主要分為3大類限幅類技術、編碼類技術以及概率類技術。
限幅類技術中，當信號幅度超過預先規(guī)定的門限值時，超過門限部分的幅度即被砍掉，引起信號畸變。故限幅類技術中非線性操作會引起帶間干擾，增加符號間干擾(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。
韓國三星公司所提出的名為“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，歐洲專利號EP1515504，即屬于限幅類技術，其主要思想是對將進行IFFT的N個子載波，其中N-L個子載波傳送數(shù)據(jù)，L個子載波傳送輔助數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個脈沖，改變脈沖的相位，使其與N-L個子載波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)生的脈沖信號的縮放比例，然后把脈沖信號和IFFT的輸出信號線性相加輸出。但該專利沒有考慮頻譜上相鄰OFDM符號之間的干擾，由于利用L個子載波傳送輔助數(shù)據(jù)，必然會引起頻譜的擴展，影響相鄰的OFDM符號。此外，若直接利用L個子載波上的數(shù)據(jù)直接進行峰值抵消，不但不能達到優(yōu)化效果，反而會惡化峰均比，如仿真驗證中的圖2所示，可以看出，要達到優(yōu)化峰均比的效果，必須在峰值抵消時對L個子載波數(shù)據(jù)進行加權，加權系數(shù)小于1，加權的系數(shù)可根據(jù)經(jīng)驗確定。
此外，專利EP1515504中用L個子載波輔助數(shù)據(jù)改善峰均比，其改善性能很大程度取決于L大小，L越大，性能越好，但同時N-L會減少，即有用信息減少，降低了系統(tǒng)的效率。在仿真驗證專利EP1515504時，發(fā)現(xiàn)該方法在進行峰值抵消時，如果未對L個數(shù)據(jù)加權，會造成峰均比惡化，如圖2所示，根據(jù)不同加權值，峰均比變化很大，當加權值為0.2時，峰均比得到改善；而當加權值為0.5時，峰均比反而惡化。故對于專利EP1515504，加權值是一個很重要的參數(shù)，對于它的選擇，需要依靠工程經(jīng)驗確定。
編碼類技術的主要思想是限制可用于傳輸?shù)男盘柎a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，從而完全避開信號峰值，目前證明性能較好的為Golay編碼技術。但該編碼技術在子載波點數(shù)較多時，編碼率太低，如IFFT點數(shù)N＝256時，對應編碼率僅為0.05左右，這些冗余信息會很大程度的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十分復雜，在工程實現(xiàn)中顯然不可取。
概率類技術的著眼點是降低峰值出現(xiàn)概率，而不是降低信號幅度最大值，通過線性變化完成，但在通常情況下，需要傳輸額外的輔助信息，增加冗余。屬于該類技術的有選擇映射法(SLM Selected Mapping)、部分傳輸序列法(PTS Partial Transmit Sequence)、沖激整形(PS Pulse Shaping)等。
SLM(請參見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個相位序列，M個相位序列長度為N(N即為要進行IFFT的點數(shù))，并且它們相互之間統(tǒng)計獨立。數(shù)據(jù)塊與M個相位序列相乘后分別進行IFFT操作，輸出后計算M路的峰均比，進行比較，選出具有最小峰均比的數(shù)據(jù)塊傳輸。SLM方法的優(yōu)點是進行線性變換，不會引起信號畸變。但缺點是需要M個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，但其轉換向量具有不同的結構，PTS方法首先將輸入的數(shù)據(jù)分為M個子塊，每個子塊分別進行N點的IFFT操作，IFFT后每個數(shù)據(jù)塊乘一相位因子，最后M路數(shù)據(jù)相加，得到整個數(shù)據(jù)IFFT結果，對于多組相位因子，分別計算其對應數(shù)據(jù)的峰均比，找出其中最小峰均比對應的相位因子(M個)，輸出IFFT結果以及相位因子信息。PTS方法優(yōu)點是無信號畸變，但其缺點是要進行M個IFFT處理，需要增加冗余來傳輸相位因子信息。
無論PTS方法，還是SLM方法，均需要嚴格保證額外傳輸?shù)南辔恍畔⒌母邷蚀_性，否則一旦該相位信息發(fā)生錯誤，則接收端完全錯誤。故為保證相位信息的準確性，必須引入編碼技術傳輸該相位信息，從而會帶來部分信息冗余。
因此，現(xiàn)有技術存在缺陷，而有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，提出一種新穎的改善峰均比的方法，用于降低OFDM系統(tǒng)中峰均比，同時產(chǎn)生較小的額外鄰帶干擾。
本發(fā)明的技術方案包括一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，其中，包括以下步驟A、在空余子載波上傳輸多路輔助數(shù)據(jù)，每路輔助數(shù)據(jù)與有效數(shù)據(jù)線性組合；B、計算各路進行IFFT輸出后的峰均比，通過多路比較，選擇最小峰均比；C、對空余子載波上輔助數(shù)據(jù)進行加權。
所述方法還包括步驟N表示要進行IFFT的長度；L表示輔助數(shù)據(jù)的長度；N-L表示有效數(shù)據(jù)的長度；M表示在M組數(shù)據(jù)中選取最小峰均比；A1、產(chǎn)生長度為L的M組MPSK調(diào)制符號b1，b2，...，bL1，bL1+1，...，bL，每組符號分為兩部分，長度分別為L1、L2，且L1+L2＝L；B1、對于產(chǎn)生的兩部分調(diào)制符號，分別乘上加權系數(shù)w1，w2，...，wL1和wL1+1，wL1+2...，wL；C1、將加權后的M組調(diào)制符號分別與有效數(shù)據(jù)組合，將有效數(shù)據(jù)表示為x1，x2，...，xN-L-1，xN-L；則組合后M路數(shù)據(jù)其中一路表示為w1b1，w2b2，...，wL1bL1，x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，wL1+1bL1+1，...，wLbL；D1、對組合后的M路數(shù)據(jù)分別進行N點IFFT輸出；E1、計算經(jīng)過IFFT后M路數(shù)據(jù)的峰均比，并進行比較，選出最小的峰均比輸出。
本發(fā)明所提供的一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，與現(xiàn)有的概率類算法SLM相比，雖均要進行多個IFFT處理，但本發(fā)明方法無需增加額外的冗余傳輸相位因子信息，增加了系統(tǒng)的可靠性；雖然加權后對系統(tǒng)性能有一定影響，但與降低峰均比對系統(tǒng)性能貢獻相比，在允許范圍之內(nèi)。


圖1為本發(fā)明多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法的流程圖；圖2是現(xiàn)有技術的專利EP1515504在不同加權值時峰均比的示意圖；圖3是本發(fā)明方法中不同選擇路數(shù)M下的CCDF(N＝256，QPSK，M＝3，5，7)示意圖；圖4是本發(fā)明的PAPR改善性能與現(xiàn)有技術的專利EP1515504、SLM方法結果對比示意圖；圖5是本發(fā)明方法的虛子載波不插值，即數(shù)據(jù)為零時，數(shù)據(jù)經(jīng)過256點IFFT后的功率譜圖；圖6是本發(fā)明方法的虛子載波插入加權后的值時，并且加權系數(shù)為線性包絡，數(shù)據(jù)經(jīng)過256點IFFT后的功率譜圖。
具體實施例方式
以下結合附圖，將對本發(fā)明的各較佳實施例進行較為詳細的說明。
本發(fā)明所述的多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，其核心思想是利用OFDM系統(tǒng)中空余子載波改善峰均比。在空余子載波上傳輸多路輔助信息，每路輔助信息與有效數(shù)據(jù)進行線性組合，然后計算各路進行IFFT輸出后的峰均比，通過多路比較，選擇最優(yōu)峰均比。由于空余子載波數(shù)據(jù)處于OFDM符號內(nèi)兩邊，會受到相鄰OFDM符號的干擾，因此在接收端通常廢棄不用，一般情況補零。在本發(fā)明方法中，對于空余子載波，插入一些特殊的數(shù)據(jù)，在多路信號中選取峰均比最好的一路信號。本發(fā)明方法的好處是利用了空余子載波，對降低峰均比做出貢獻，為了防止本發(fā)明方法利用空余子載波而引入的頻譜相鄰符號的干擾，需要對空余子載波數(shù)據(jù)進行加權。此外，所述空余子載波數(shù)據(jù)會分擔一部分功率，使有用信息的功率有所降低。
本發(fā)明方法的流程如圖1所示，具體步驟可包括如下其中N表示要進行IFFT的長度；L表示輔助數(shù)據(jù)的長度；N-L表示有效數(shù)據(jù)的長度；M表示在M組數(shù)據(jù)中選取最優(yōu)峰均比。
第一步，產(chǎn)生長度為L的M組MPSK調(diào)制符號，每組符號分為兩部分，長度分別為L1、L2，則有L1+L2＝L。調(diào)制符號用b1，b2，...，bL1，bL1+1，...，bL表示。
第二步，對于產(chǎn)生的兩組調(diào)制符號，分別乘上加權系數(shù)w1，w2，...，wL1和wL1+1，wL1+2...，wL，對符號進行加權是為了降低插入數(shù)據(jù)對頻譜擴展的影響，減少相鄰頻帶間的干擾。
第三步，將加權后的M組調(diào)制符號分別與有效數(shù)據(jù)組合，若有效數(shù)據(jù)表示為x1，x2，...，xN-L-1，xN-L；則組合后M路數(shù)據(jù)其中一路可表示為w1b1，w2b2，...，wL1bL1，x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，wL1+1bL1+1，...，wLbL；第四步，對組合后的M路數(shù)據(jù)分別進行N點IFFT；第五步，計算經(jīng)過IFFT后M路數(shù)據(jù)的峰均比，并進行比較，選出最小的峰均比。
第六步，將最小峰均比對應的數(shù)據(jù)輸出。
為驗證本發(fā)明方法的性能，根據(jù)802.16協(xié)議中物理層規(guī)定，可進行仿真驗證。
在OFDM系統(tǒng)基帶發(fā)射端，數(shù)據(jù)子載波192個，加上8個導頻子載波，一共200個有效的子載波數(shù)據(jù)，利用序號為28到127、129到228的子載波傳輸，對序號1到27、128以及229到256的子載波，稱為虛子載波，虛子載波處于OFDM符號內(nèi)兩邊，會受到相鄰OFDM符號的干擾，一般情況補零。本發(fā)明方法即利用虛子載波傳輸輔助數(shù)據(jù)，輔助數(shù)據(jù)是隨機產(chǎn)生的MPSK調(diào)制符號經(jīng)過加權后的數(shù)據(jù)，具體實施的步驟如下1.將200個有效數(shù)據(jù)放到序號為28到127、129到228的子載波上，其余位置子載波數(shù)據(jù)為零；2.對數(shù)據(jù)進行N(N＝256)點IFFT變換，得到xN-L(n)；3.產(chǎn)生M路隨機QPSK調(diào)制符號，每路L(L＝55)個調(diào)制符號，分成兩部分一部分27個QPSK調(diào)制符號，加權系數(shù)為w1，w2，...，w27，放到序號為1到27子載波上，另一部分28個QPSK調(diào)制符號，加權系數(shù)為w28，w29，...，w55，放到序號為229到256的子載波上。其余子載波(序號28到228)數(shù)據(jù)全部為零。仿真中w1，w2，...，w27取值為[1/28:1/28:1-1/28]，w28，w29，...，w55取值為[1:-1/28:1/28]；4.對這M路信號分別進行N點的IFFT操作，輸出M路信號xL1(n)，xL2(n)，......，xLM(n)；5.將IFFT輸出的M路信號分別與步驟2產(chǎn)生的xN-L(n)相加，得到x1(n)，x2(n)，...，xM(n)；6.將x1(n)，x2(n)，...，xM(n)共M組輸出分別計算峰均比，并進行比較，輸出最小PAPR對應的數(shù)據(jù)。
仿真驗證中的M值可以變化，M的選擇是影響性能和資源的要點，M越大，選擇路徑就越多，改善峰均比的效果越好，但同時，隨著M的增大，要進行256點IFFT運算增大，占用資源也增大，需要在效果和資源之間找一個平衡，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3顯示了在不同M值時改善峰均比的情況。
如圖5和圖6則顯示了對輔助數(shù)據(jù)不加權和加權后的頻譜圖示。
為了與其他方法相比較，對SLM算法以及專利EP1515504也進行仿真，比較結果如圖4所示，本發(fā)明方法與現(xiàn)有的概率類算法SLM相比，雖均要進行多個IFFT處理，但本發(fā)明方法無需增加額外的冗余傳輸相位因子信息，增加了系統(tǒng)的可靠性。與專利EP1515504相比，均利用插入數(shù)據(jù)降低峰均比，但實際使用時，專利EP1515504并未對因增加數(shù)據(jù)引起的頻譜擴展問題進行解決，而本發(fā)明方法利用給OFDM符號內(nèi)兩邊輔助數(shù)據(jù)進行加權以減少頻譜干擾，由仿真結果可得出結論雖然加權后對系統(tǒng)性能有一定影響，但與降低峰均比對系統(tǒng)性能貢獻相比，在允許范圍之內(nèi)，得到了非常好的效果。
應當指出的是，上述針對具體實施例的描述較為具體，并不能因此而理解為對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本發(fā)明的專利保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，其特征在于，包括以下步驟A、在空余子載波上傳輸多路輔助數(shù)據(jù)，每路輔助數(shù)據(jù)與有效數(shù)據(jù)線性組合；B、計算各路進行IFFT輸出后的峰均比，通過多路比較，選擇最小峰均比；C、對空余子載波上輔助數(shù)據(jù)進行加權。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括步驟N表示要進行IFFT的長度；L表示輔助數(shù)據(jù)的長度；N-L表示有效數(shù)據(jù)的長度；M表示在M組數(shù)據(jù)中選取最小峰均比；A1、產(chǎn)生長度為L的M組MPSK調(diào)制符號b1，b2，...，bL1，bL1+1，...，bL，每組符號分為兩部分，長度分別為L1、L2，且L1+L2＝L；B1、對于產(chǎn)生的兩部分調(diào)制符號，分別乘上加權系數(shù)w1，w2，...，wL1和wL1+1，wL1+2...，wL；C1、將加權后的M組調(diào)制符號分別與有效數(shù)據(jù)組合，將有效數(shù)據(jù)表示為x1，x2，...，xN-L-1，xN-L；則組合后M路數(shù)據(jù)其中一路表示為w1b1，w2b2，...，wL1bL1，x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，wL1+1bL1+1，...，wLbL；D1、對組合后的M路數(shù)據(jù)分別進行N點IFFT輸出；E1、計算經(jīng)過IFFT后M路數(shù)據(jù)的峰均比，并進行比較，選出最小的峰均比輸出。
全文摘要
本發(fā)明的一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，包括以下步驟在空余子載波上傳輸多路輔助信息，每路輔助信息與有效數(shù)據(jù)線性組合；計算各路進行IFFT輸出后的峰均比，通過多路比較，選擇最優(yōu)峰均比；對空余子載波數(shù)據(jù)進行加權。本發(fā)明方法無需增加額外的冗余傳輸相位因子信息，增加了系統(tǒng)的可靠性；雖然加權后對系統(tǒng)性能有一定影響，但與降低峰均比對系統(tǒng)性能貢獻相比，在允許范圍之內(nèi)。
文檔編號H04L27/26GK1913511SQ20051009008
公開日2007年2月14日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權日2005年8月12日
發(fā)明者郭陽, 鄭新春, 石苗 申請人:中興通訊股份有限公司