專利名稱：基于ifft/fft的預(yù)留子載波降低ofdm系統(tǒng)峰均功率比的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及正交頻分復(fù)用OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)通信系統(tǒng)中的峰均功率比PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)的降低，具體地說是一種基于IFFT/FFT的預(yù)留子載波TR(Tone Reservation)有效降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比PAPR的方法及裝置。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用OFDM技術(shù)以其高效的頻譜利用率、良好的抗多徑衰落性能而被認(rèn)為是第四代移動通信4G的核心技術(shù)之一，目前OFDM技術(shù)已經(jīng)在非對稱數(shù)字用戶線(ADSL)、數(shù)字音頻廣播(DAB)和數(shù)字電視廣播(DVB)、IEEE 802.11、IEEE 802.16以及電力線寬帶數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
OFDM的基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率相對較低的若干個(gè)子信道中進(jìn)行傳輸。由于每個(gè)子信道中的符號周期會相對增加，因此可以減輕無線信道的多徑延遲擴(kuò)展的影響。并且還可以在OFDM符號之間插入保護(hù)間隔，令保護(hù)間隔大于無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣就可以最大限度地消除由于多徑帶來的符號間干擾(ISI)。而且，一般都采用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，從而可以避免由多徑帶來的信道間干擾(ICI)。
功率歸一化的OFDM的時(shí)域抽樣序列{xn}如下xn=1NΣk=0N-1Xkexp(j2πknN)n=0,1,......,N-1···(1)]]>其中N為子載波數(shù)，Xk表示第k個(gè)子載波上的調(diào)制數(shù)據(jù)。
與單載波系統(tǒng)相比，由于OFDM符號是由多個(gè)獨(dú)立的經(jīng)過調(diào)制的子載波信號相加而成的，這樣的合成信號就有可能產(chǎn)生比較大的峰值功率(Peak Power)，由此會帶來較大的峰均功率比PAPR。峰均比可以定義為
PAPR(dB)=10log10max{|xn|2}nE{|xn|2}···(2)]]>大的峰均功率比PAPR對發(fā)射機(jī)內(nèi)放大器的線性提出了很高的要求，當(dāng)OFDM系統(tǒng)內(nèi)這種變化較大的信號通過非線性部件，例如進(jìn)入放大器的非線性區(qū)域時(shí)，信號會產(chǎn)生非線性失真，產(chǎn)生諧波，造成較明顯的頻譜擴(kuò)展干擾以及帶內(nèi)信號畸變，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)性能的下降，同時(shí)還會增加A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜度，降低它們的準(zhǔn)確性。為避免非線性失真，傳統(tǒng)的方法是采用大動態(tài)范圍的線性放大器，或者對非線性放大器工作點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，但這樣使功率放大器的效率大大降低，并且整個(gè)系統(tǒng)的成本大大增高。為解決OFDM通信系統(tǒng)中信號非線性失真問題，目前提出的方法主要有信號預(yù)畸變技術(shù)，包括限幅(Clipping)、壓擴(kuò)變換(Companding Transform)和預(yù)留子載波(Tone Reservation)等；高速編碼技術(shù)，包括選擇性映射(SLM)和部分傳送序列(PTS)；分組編碼技術(shù)，包括Golay互補(bǔ)序列和Reed-Muller編碼等。其中，屬于信號預(yù)畸變技術(shù)的限幅(Clipping)方法是最易實(shí)現(xiàn)的一種方法。其基本原理是將OFDM時(shí)域采樣信號與矩形窗函數(shù)相乘，如果OFDM時(shí)域信號的幅值小于門限值，則該矩形窗函數(shù)的幅值為1；如果信號幅值大于門限值，則該矩形窗函數(shù)的幅值小于1。
同屬于信號預(yù)畸變技術(shù)的預(yù)留子載波Tone Reservation(TR)方法是一種無失真有效降低OFDM系統(tǒng)PAPR的方法，其基本原理是發(fā)射端保留一部分專門的子載波(Tones)，用于產(chǎn)生抑制PAPR的消峰信號，接收機(jī)端則直接忽略這些被保留的用來抑制PAPR的子載波上的數(shù)據(jù)，從其它正常的用來傳輸信息數(shù)據(jù)的子載波恢復(fù)需要的有用信號即可。
具體而言，便是在L個(gè)預(yù)留的子載波上安排適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)，使得這L個(gè)預(yù)留子載波上的數(shù)據(jù)Ck(k＝i1，i2，...，iL；i1，i2，...，iL為預(yù)留子載波的索引)對應(yīng)的時(shí)域信號c(n)恰好可以抑制原來的OFDM符號的峰值，也即在原OFDM符號的峰值處c(n)的幅度恰好為該峰值點(diǎn)信號的幅度與門限值的差，相位則正好與該峰值點(diǎn)信號的相位相反，其原理如圖1所示?？梢奣R方案不用發(fā)送邊帶信息，也不會帶來頻帶干擾，并且接收機(jī)設(shè)計(jì)簡單，不需要特殊的處理。
Clipping方法雖然簡單，但會為OFDM系統(tǒng)帶來相關(guān)的問題。首先，對OFDM符號幅度進(jìn)行畸變，會對系統(tǒng)造成自身干擾，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的誤碼率BER性能降低。其次OFDM信號的非線性畸變會導(dǎo)致帶外輻射功率值的增加，進(jìn)而也會導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率的增加。
傳統(tǒng)的預(yù)存波形TR算法隨機(jī)生成一系列預(yù)留子載波處的數(shù)據(jù)序列，經(jīng)IFFT變換后，作為時(shí)域消峰信號存儲起來。然后將這些消峰信號與預(yù)留子載波處數(shù)據(jù)為“0”的OFDM符號的時(shí)域信號(經(jīng)IFFT變換得到)分別相加，找到其中能使合成信號具有最小PAPR值的那個(gè)序列，將其插入到預(yù)留子載波處，與信息序列一起，再經(jīng)IFFT變換后，作為傳輸信號。因此，傳統(tǒng)的預(yù)存波形TR算法可認(rèn)為是靜態(tài)算法，不能針對動態(tài)的信息序列找到合適的消峰數(shù)據(jù)。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明目的在于避免上述已有技術(shù)的不足，通過分析OFDM系統(tǒng)PAPR問題產(chǎn)生的根本原因，從消減OFDM時(shí)域信號中的高峰值入手，結(jié)合Clipping和TR方案的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種基于IFFT/FFT變換對的TR方案的方法及裝置。該方案實(shí)現(xiàn)簡便，并且只需較少的迭代次數(shù)就可以獲得很好的PAPR抑制效果。
預(yù)留子載波TR方法的要點(diǎn)是在L個(gè)預(yù)留子載波上放置合適數(shù)據(jù)，使這些數(shù)據(jù)經(jīng)FFT變換后，得到合適的消峰信號。
TR算法中某一OFDM頻域信息序列X為X=Xk,k∉{i1,i2,···,iL}0,k∈{i1,i2,···,iL}···(3)]]>其中i1，i2，…，iL為預(yù)留子載波的索引號。對X進(jìn)行IFFT變換得到時(shí)域信號x(n)x(n)＝IFFT(X)(4)根據(jù)某一門限值對x(n)進(jìn)行限幅消峰后，得到消峰后的信號x(n)，則x(n)中超過門限值的峰值部分可看作是時(shí)域理想消峰信號c(n)c(n)＝x(n)-x(n) (5)另外，對某一頻域消峰數(shù)據(jù)序列CC=Ck,k∈{i1,i2,···,iL}0,k∉{i1,i2,···,iL}···(6)]]>若C經(jīng)IFFT變換后，得到時(shí)域消峰信號c(n)與時(shí)域理想消峰信號c(n)相似，則x(n)經(jīng)c(n)消峰后得到的信號x′(n)的PAPR值也會有很大的降低。
x′(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)＝IFFT(X-C)(7)C可表示為C＝FFT(c(n))＝FFT(x(n)-x′(n))＝FFT(x(n))-FFT(x′(n))(8)由式(3)、(6)和(7)可知，消峰序列C與信息序列X合并后，不會對信息序列中的數(shù)據(jù)造成干擾，因此該方法引起的BER為0。
所以，TR的PAPR抑制過程便是選擇合適的c或者相應(yīng)的C，使得下式最小
PAPR(x′(n))=maxn|x(n)-c(n)|2E{|x(n)|2}···(9)]]>對式(9)需要說明的是，此處的PAPR定義稍不同于通用的PAPR定義，區(qū)別在于分母并非對x′(n)＝x(n)-c(n)求平均功率，而是僅僅對x(n)求平均功率值，之所以這樣做是為了避免由于x′(n)的平均功率的上升而導(dǎo)致PAPR降低，而未達(dá)到真正的降低峰值信號的目的。而新的PAPR公式(也即式(9))就可以保證PAPR降低的同時(shí)保證相對原始的OFDM符號的峰值功率會有下降。
本發(fā)明在發(fā)射端利用IFFT/FFT變換對尋找頻域消峰序列CL，以降低OFDM系統(tǒng)傳輸信號的PAPR，其具體過程如下(1)數(shù)據(jù)分配，在N個(gè)了載波中，根據(jù)規(guī)定好的L個(gè)預(yù)留子載波的位置，在L個(gè)子載波上放置數(shù)據(jù)“0”，其它的N-L個(gè)數(shù)據(jù)子載波的位置放置進(jìn)行過星座映射后的正常信息數(shù)據(jù)；(2)進(jìn)行IFFT變換，實(shí)現(xiàn)OFDM調(diào)制，得到x(n)；(3)如果x(n)的PAPR滿足要求或迭代次數(shù)達(dá)到了設(shè)定的最大值，則將x(n)作為最終的輸出信號輸出；否則，轉(zhuǎn)第(4)步；(4)根據(jù)設(shè)定的門限值，對x(n)進(jìn)行限幅消峰，得到限幅消峰后的信號x(n)；(5)限幅消峰前的時(shí)域信號x(n)減去限幅消峰后的時(shí)域信號x(n)，得到時(shí)域理想消峰信號c(n)；(6)對c(n)進(jìn)行N點(diǎn)FFT變換得到頻域理想消峰序列C；(7)對C提取預(yù)留L個(gè)子載波對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)得到序列CL；(8)對CL進(jìn)行幅度調(diào)整，得到CL，使CL對應(yīng)的時(shí)域消峰信號c(n)的幅值和步驟(5)所得到的理想消峰信號c(n)的幅值盡量的一致；(9)將CL與N-L個(gè)數(shù)據(jù)子載波上的信息數(shù)據(jù)合并；轉(zhuǎn)第(2)步處理。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述方法的裝置包括發(fā)送端和接收端，發(fā)送端的特點(diǎn)是在傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了數(shù)據(jù)分配單元、數(shù)據(jù)選擇單元、判斷單元、消峰序列產(chǎn)生單元、消峰序列插入單元；接收端的特點(diǎn)是增加了信息提取單元；發(fā)送端的數(shù)據(jù)分配單元用于在預(yù)定好的L個(gè)預(yù)留子載波位置處放置數(shù)據(jù)“0”，在其余的子載波上放置要傳輸?shù)男畔?；發(fā)送端的數(shù)據(jù)選擇單元用于選擇是將數(shù)據(jù)分配單元輸出的信號作為IFFT單元的輸入，還是將消峰信號插入單元的輸出作為IFFT單元的輸入；發(fā)送端的消峰序列插入單元用于預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)與信息子載波處的數(shù)據(jù)合并。
發(fā)送端的消峰序列產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生時(shí)域消峰信號，并將其變換成頻域消峰序列；發(fā)送端的判斷單元用于計(jì)算經(jīng)IFFT變換得到的時(shí)域信號的PAPR值，記錄迭代次數(shù)，并判定將IFFT的輸出傳輸給并串轉(zhuǎn)換單元還是消峰序列產(chǎn)生單元；接收端的信息提取單元用于提取接收端N-L個(gè)信息子載波處的數(shù)據(jù)，把L個(gè)預(yù)留子載波處的數(shù)據(jù)直接丟棄。
所述消峰序列產(chǎn)生單元包括限幅單元、時(shí)域理想消峰信號生成單元、FFT單元、預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)提取單元和預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)放大單元，其中限幅單元用于對IFFT變換的信號進(jìn)行限幅處理，使限幅后信號的幅值小于設(shè)定門限值；時(shí)域理想消峰信號生成單元用于將限幅前的信號與限幅后信號相減，提取峰值超過門限值的部分，即時(shí)域理想消峰信號；FFT單元用于將時(shí)域理想消峰信號變換成頻域理想消峰序列；預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)提取單元用于提取出頻域理想消峰序列中預(yù)留子載波處的數(shù)據(jù)，別的子載波處的數(shù)據(jù)設(shè)為“0”；預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)放大單元用于對提取出的預(yù)留子載波處的消峰數(shù)據(jù)放大一定的倍數(shù)。
所述判斷單元包括PAPR計(jì)算器、迭代次數(shù)計(jì)數(shù)器和判決器，其中PAPR計(jì)算器用于計(jì)算經(jīng)IFFT變換得到的時(shí)域信號的PAPR值；迭代次數(shù)計(jì)數(shù)器用于記錄處理一個(gè)OFDM符號迭代過的次數(shù)；判決器用于根據(jù)PAPR計(jì)算器的算出的信號的PAPR值和迭代計(jì)數(shù)器的值，決定將IFFT的輸出傳輸給并串轉(zhuǎn)換器還是消峰序列產(chǎn)生器。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)一.與Clipping方法相比1.Clipping方法對OFDM符號幅度直接進(jìn)行畸變，會對系統(tǒng)造成自身干擾，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的誤碼率BER性能降低；而本發(fā)明基于IFFT/FFT變換對，有效的尋找消峰數(shù)據(jù)，利用消峰數(shù)據(jù)直接使IFFT變換后的時(shí)域信號具有較低的PAPR，因而不會帶來誤碼率BER性能的降低；2、Clipping方法可看作OFDM采樣信號與矩形窗函數(shù)的乘積，因此會帶來頻帶干擾，導(dǎo)致帶外輻射功率的增加；而本發(fā)明由于與Clipping方法降低PAPR的原理不同，因此不會帶來這些問題。
二.與預(yù)存波形的TR算法相比1、預(yù)存波形的TR算法只能在有限的幾個(gè)序列中選擇出一個(gè)作為消峰序列，可選范圍很小，不能有效降低信息序列的PAPR；本發(fā)明基于IFFT/FFT變換對動態(tài)地尋找適合于具體信息序列的消峰序列，因此能有效降低系統(tǒng)地PAPR；2、傳統(tǒng)預(yù)存波形TR算法需要較多的預(yù)留子載波，才能取得一定的PAPR降低效果；而本發(fā)明方案在相同的條件下，可取得更好的PAPR降低效果；3、本發(fā)明實(shí)施方案簡單，各個(gè)模塊都是一些常見的模塊，沒有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且進(jìn)行FFT/IFFT的迭代次數(shù)較少，仿真試驗(yàn)表明，僅需迭代三次，就可以獲得很好的PAPR抑制效果。


圖1是TR算法降低PAPR原理2是本發(fā)明的基于IFFT/FFT變換對的TR方案的迭代過程流程3是本發(fā)明的基于IFFT/FFT變換對的TR方案的OFDM系統(tǒng)框4是本發(fā)明的消峰序列產(chǎn)生單元構(gòu)成框5是本發(fā)明的判斷單元構(gòu)成框6是本發(fā)明的基于IFFT/FFT變換對的TR方案與預(yù)存波形TR方案的互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)CCDF對比7是本發(fā)明基于IFFT/FFT變換對的TR方案不同門限值的互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)CCDF對比圖具體實(shí)施方式
以下參照附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
參照圖2，本發(fā)明用于在OFDM系統(tǒng)中的基于IFFT/FFT變換對的TR方案，按如下步驟進(jìn)行第一步，根據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，在系統(tǒng)N個(gè)子載波中設(shè)定預(yù)留子載波數(shù)的數(shù)目L，并確定預(yù)留子載波的位置，確定信號的PAPR門限值D及最大迭代次數(shù)M。
預(yù)留子載波越多，本發(fā)明方案降低PAPR的效果就越好，但由于預(yù)留子載波處不傳播有用信息，預(yù)留子載波越多，系統(tǒng)的頻帶利用率也就越低。因此，實(shí)施本發(fā)明的方案時(shí)，預(yù)留子載波的數(shù)目與系統(tǒng)的PAPR降低的效果要折中考慮，一般，預(yù)留子載波的數(shù)目L以不超過總的子載波數(shù)目的1/5為益。
預(yù)留子載波位置的選擇以隨機(jī)選擇較好，即在總的N個(gè)子載波中，隨機(jī)選擇L個(gè)位置，并固定下來，接收端接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定處理后，把此L個(gè)子載波處的數(shù)據(jù)丟棄即可。
第二步，數(shù)據(jù)分配，在L個(gè)預(yù)留子載波處分配數(shù)據(jù)“0”，在剩下的N-L個(gè)子載波處依次分配進(jìn)行過星座映射后的正常信息數(shù)據(jù)。
第三步，進(jìn)行IFFT變換，實(shí)現(xiàn)OFDM調(diào)制，得到時(shí)域信號x(n)。
第四步，判決處理，對經(jīng)IFFT變換后得到的時(shí)域信號x(n)進(jìn)行PAPR計(jì)算和迭代次數(shù)m的檢測，并分別與設(shè)定的PAPR門限值D和最大迭代次數(shù)M相比較，若信號的PAPR小于等于設(shè)定的門限值D，或迭代次數(shù)m大于等于設(shè)定的次數(shù)M，則該信號就作為最終的傳輸信號輸出；若信號的PAPR大于門限值D且迭代次數(shù)小于設(shè)定值M，則對x(n)進(jìn)行后續(xù)處理。
第五步，根據(jù)設(shè)定的門限值D，對時(shí)域信號x(n)進(jìn)行限幅處理，得到限幅信號x(n)。
限幅操作可以被看作是OFDM采樣信號與矩形窗函數(shù)相乘，如果OFDM信號的幅值小于門限值時(shí)，則該矩形窗函數(shù)的幅值為1，否則，該矩形窗函數(shù)的幅值小于1。
第六步，將限幅前的信號x(n)減去限幅后的信號x(n)，可得到x(n)中信號峰值超過門限的部分c(n)，將c(n)作為時(shí)域理想的消峰信號。
第七步，對理想消峰信號c(n)進(jìn)行FFT變換，得到理想頻域消峰序列C。
第八步，取出C中預(yù)留子載波處的數(shù)據(jù)，即將C中信息子載波處的數(shù)據(jù)置為“0”，得到頻域消峰序列CL。
C本為理想的峰值對消序列，若將原來N個(gè)子載波處的數(shù)據(jù)與C相減，對相減后的信號進(jìn)行IFFT變換后，則得到時(shí)域信號的PAPR完全滿足小于設(shè)定的PAPR門限值的條件，但這樣也就把各信息子載波處的數(shù)據(jù)干擾了，接收端將無法恢復(fù)出信息序列。因此，只能將C中預(yù)留子載波出的數(shù)據(jù)保留下來，信息子載波處的數(shù)據(jù)置為“0”，依據(jù)預(yù)留子載波來逐步降低信號的PAPR。
第九步，對CL進(jìn)行幅度調(diào)整，得到CL，使CL對應(yīng)的時(shí)域消峰信號c(n)的幅值和第五步所得到的理想消峰信號c(n)的幅值盡量的一致。
第十步，將CL與N-L個(gè)信息子載波合并，得到預(yù)留子載波處的數(shù)據(jù)更新后的序列。跳轉(zhuǎn)到第三步繼續(xù)信號的處理。
參照圖3，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的系統(tǒng)裝置包括發(fā)送端和接收端。發(fā)送端的特點(diǎn)是在原有的OFDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了數(shù)據(jù)分配單元4、數(shù)據(jù)選擇單元5、判斷單元7、消峰序列產(chǎn)生單元8及消峰序列插入單元9；接收端的特點(diǎn)是增加了信息提取單元20。
正如圖4所示，發(fā)送端的消峰序列產(chǎn)生單元8由限幅單元23、時(shí)域理想消峰信號生成單元24、FFT單元25、預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)提取單元26、預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)放大單元27組成。
正如圖5所示，發(fā)送端的判斷單元7由PAPR計(jì)算器28、迭代次數(shù)計(jì)數(shù)器29及判決器30組成。
根據(jù)圖3、圖4和圖5所示，本發(fā)明的裝置實(shí)施降低OFDM通信系統(tǒng)PAPR的工作過程如下一、OFDM通信系統(tǒng)的發(fā)送端如圖3所示，從系統(tǒng)隨機(jī)信號發(fā)生單元1產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)據(jù)符號流作為OFDM信號，經(jīng)基帶調(diào)制單元2采用QAM或QPSK調(diào)制后，OFDM信號被映射為了N-L個(gè)復(fù)數(shù)形式的信號，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換單元3把N-L個(gè)串行復(fù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為N-L個(gè)復(fù)數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)分配單元4在N-L個(gè)并行復(fù)數(shù)據(jù)之間選擇出L合適的位置，并在L個(gè)位置處插“0”，使之變?yōu)镹個(gè)并行的數(shù)據(jù)信號，并將該信號作為數(shù)據(jù)選擇單元5的一個(gè)輸入；數(shù)據(jù)選擇單元5的另一個(gè)輸入是消峰序列插入單元9輸出的數(shù)據(jù)序列，數(shù)據(jù)選擇單元5選擇要輸入IFFT單元6的數(shù)據(jù)，當(dāng)一個(gè)OFDM符號第一次被處理時(shí)(L個(gè)預(yù)留子載波處還沒加載消峰序列)，數(shù)據(jù)選擇單元5選擇數(shù)據(jù)分配單元4傳輸過來的數(shù)據(jù)信號作為IFFT單元6的輸入，否則，選擇消峰序列插入單元9輸出的數(shù)據(jù)序列作為IFFT單元6的輸入；信號經(jīng)IFFT單元6處理后，變換成了時(shí)域信號x(n)，實(shí)現(xiàn)了OFDM的調(diào)制；然后該時(shí)域信號被送入到判別單元7，判別單元7根據(jù)判別規(guī)則選擇將信號傳輸?shù)酱⑥D(zhuǎn)換單元10或消峰序列產(chǎn)生單元8；若信號被傳入到消峰序列產(chǎn)生單元8，則消峰序列產(chǎn)生單元8根據(jù)輸入的信號生成出預(yù)留子載波處的頻域消峰數(shù)據(jù)CL，這些數(shù)據(jù)然后被消峰序列插入單元9插入到了L個(gè)預(yù)留子載波處，實(shí)現(xiàn)了L個(gè)預(yù)留子載波的消峰數(shù)據(jù)和N-L個(gè)信息子載波數(shù)據(jù)的合并，該包含有消峰數(shù)據(jù)的信號然后被送入到了數(shù)據(jù)選擇單元5，進(jìn)行迭代處理；若IFFT單元6輸出的信號經(jīng)判別單元7后，被送入了并串轉(zhuǎn)換單元10，則并串轉(zhuǎn)換單元10將該并行輸入的信號轉(zhuǎn)換為串行輸出，為了最大限度地消除符號間干擾ISI，還要通過保護(hù)間隔插入單元11在每一個(gè)OFDM符號之間插入保護(hù)間隔。保護(hù)間隔單元11輸出的數(shù)據(jù)流經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換單元12，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，再經(jīng)過低通濾波器13濾波，輸出的信號發(fā)送到信道14，該信道可以是有線信道也可以是無線信道，如果是無線信道，則需對低通濾波器13輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行上變頻處理，例如采用加性高斯白噪聲(AWGN)信道14。
如圖4所示，在消峰序列生成單元8內(nèi)，限幅單元23根據(jù)設(shè)定的幅值門限值對輸入的信號進(jìn)行限幅處理，使限幅后的信號的幅值不大于門限值；然后時(shí)域理想消峰信號生成單元24依據(jù)限幅前的信號和限幅后的信號提取出理想的時(shí)域消峰信號c(n)，具體實(shí)現(xiàn)為將限幅前的信號減去限幅后的信號，所得的差就是理想時(shí)域消峰信號；接著，F(xiàn)FT單元25將理想時(shí)域消峰信號變換為理想頻域消峰序列CL；然后，預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)提取單元26從理想頻域消峰序列CL中提取出預(yù)留子載波處的消峰數(shù)據(jù)，經(jīng)預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)放大單元27放大后，傳輸給消峰序列插入單元9。
如圖5所示，在判別單元7內(nèi)，PAPR計(jì)算器28計(jì)算出輸入信號的PAPR值，迭代次數(shù)計(jì)數(shù)器29記下處理一個(gè)OFDM符號已迭代過的次數(shù)，判決器30將PAPR計(jì)算器28輸出的PAPR值和迭代次數(shù)計(jì)數(shù)器29的值分別與設(shè)定信號的PAPR門限值和最大迭代次數(shù)相比較，若信號的PAPR小于等于設(shè)定的門限值，或迭代次數(shù)大于等于設(shè)定的次數(shù)，則將判別單元7的輸入信號傳輸?shù)讲⒋D(zhuǎn)換單元10，若信號的PAPR大于門限值且迭代次數(shù)小于設(shè)定值，則將判別單元7的輸入信號傳輸?shù)较逍蛄猩蓡卧?。
二、OFDM通信系統(tǒng)的接收端在OFDM通信系統(tǒng)接收端，首先將經(jīng)過信道傳輸后接收到的信號通過低通濾波器15進(jìn)行濾波，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元16將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過保護(hù)間隔去除單元17去除保護(hù)間隔后，將數(shù)據(jù)送入串并轉(zhuǎn)換單元18，經(jīng)過FFT單元19變換后，將時(shí)域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，再通過信息提取單元20將信息子載波處的數(shù)據(jù)信息提取出來，將預(yù)留子載波處的數(shù)據(jù)丟棄，然后通過并串轉(zhuǎn)換單元21將并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流，最后經(jīng)過基帶解調(diào)器22將串行數(shù)據(jù)流解調(diào)為所要接收的OFDM信號發(fā)出。
本發(fā)明的效果可以通過圖6和圖7進(jìn)一步說明。
圖6給出了本發(fā)明基于IFFT/FFT變換對TR方案與傳統(tǒng)TR方案的OFDM系統(tǒng)的互補(bǔ)累積分布函數(shù)CCDF仿真對比曲線。圖7給出了基于IFFT/FFT變換對TR方案的不同門限值下的CCDF仿真曲線?；パa(bǔ)累積分布函數(shù)，即計(jì)算峰均功率比超過某一門限值的概率，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為Pr{PAPR＞PAPR0}＝1-(1-e-PAPR0)NPAPR0＞0 (10)仿真條件如下OFDM信號由隨機(jī)信號源產(chǎn)生，QPSK調(diào)制，子載波數(shù)為256，仿真次數(shù)是20000。
仿真1為了說明本發(fā)明基于IFFT/FFT變換對的TR方案比傳統(tǒng)的TR方案具有更好的降低OFDM系統(tǒng)信號PAPR的效果，圖6給出了這兩種方案CCDF仿真曲線的對比圖。其中本發(fā)明基于IFFT/FFT變換對的TR方案的PAPR門限值為7dB，迭代次數(shù)為3，傳統(tǒng)預(yù)存波形TR方案預(yù)存有16個(gè)波形。從圖6可以看出，本發(fā)明所采用的方案的PAPR比傳統(tǒng)預(yù)存波形TR方案有很大的改進(jìn)，在CCDF為10-4時(shí)，PAPR大約降低了3dB。
仿真2圖7為本發(fā)明基于IFFT/FFT變換對的TR方案預(yù)留16個(gè)子載波，迭代3次，PAPR門限值不同的CCDF仿真曲線圖。從圖中可以直觀的看出，該方案在門限較高的情況下具有很好的抑制PAPR的性能，例如在門限為8dB與9dB的情況下，可以使處理后信號的PAPR完全落在門限內(nèi)，說明在門限值較大時(shí)，本發(fā)明基于IFFT/FFT變換對的TR方案在PAPR降低上與Clipping具有相同的效果。
權(quán)利要求
1.基于IFFT/FFT的預(yù)留子載波降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的方法，其特征在于在系統(tǒng)的發(fā)送端利用IFFT/FFT變換對產(chǎn)生頻域消峰序列CL，以降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比PAPR，其具體過程如下(1)數(shù)據(jù)分配，在系統(tǒng)N個(gè)子載波所規(guī)定的L個(gè)預(yù)留子載波的位置上，放置數(shù)據(jù)“0”，其它的N-L個(gè)子載波的位置放置星座映射后的正常信息數(shù)據(jù)；(2)進(jìn)行IFFT變換，實(shí)現(xiàn)OFDM調(diào)制，得到時(shí)域信號x(n)；(3)如果x(n)的PAPR滿足要求或迭代次數(shù)達(dá)到了設(shè)定的最大值，則將x(n)作為最終的輸出信號輸出；否則，轉(zhuǎn)第(4)步；(4)根據(jù)設(shè)定的門限值，對x(n)進(jìn)行限幅消峰，得到限幅消峰后的信號x(n)；(5)用限幅消峰前的時(shí)域信號x(n)減去限幅消峰后的時(shí)域信號x(n)，得到理想消峰信號c(n)；(6)對c(n)進(jìn)行N點(diǎn)FFT變換得到頻域序列C；(7)對C提取預(yù)留L個(gè)子載波對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)，得到序列CL；(8)對CL進(jìn)行幅度調(diào)整，得到CL，使CL對應(yīng)的時(shí)域消峰信號c(n)的幅值和步驟(5)所得到的理想消峰信號c(n)的幅值盡量的一致；(9)將CL與N-L個(gè)數(shù)據(jù)子載波上的信息數(shù)據(jù)合并；轉(zhuǎn)第(2)步處理；
2.用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，包括發(fā)送端和接收端，其特征在于發(fā)送端增加了數(shù)據(jù)分配單元、數(shù)據(jù)選擇單元、判斷單元、消峰序列產(chǎn)生單元、消峰序列插入單元；接收端增加了信息提取單元；發(fā)送端數(shù)據(jù)分配單元用于在預(yù)定好的L個(gè)預(yù)留子載波位置處放置數(shù)據(jù)“0”，在其余的子載波上放置要傳輸?shù)男畔?；?shù)據(jù)選擇單元用于選擇數(shù)據(jù)分配單元或消峰信號插入單元的輸出信號作為IFFT單元的輸入；發(fā)送端的消峰序列插入單元用于預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)與信息子載波處的數(shù)據(jù)合并；消峰序列產(chǎn)生單元用于提取時(shí)域消峰信號，并將其變換成頻域消峰序列；判斷單元用于計(jì)算經(jīng)IFFT變換得到的時(shí)域信號的PAPR值、記錄迭代次數(shù)，并判定IFFT的輸出傳輸給并串轉(zhuǎn)換單元還是消峰序列產(chǎn)生單元；接收端的信息提取單元用于提取接收端N-L個(gè)信息子載波處的數(shù)據(jù)，把L個(gè)預(yù)留子載波處的數(shù)據(jù)直接丟棄。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于IFFT/FFT的預(yù)留子載波降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的裝置，其特征在于所述消峰序列產(chǎn)生單元包括限幅單元、時(shí)域理想消峰信號生成單元、FFT單元、預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)提取單元和預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)放大單元，其中限幅單元用于對IFFT變換的信號進(jìn)行限幅處理，使限幅后信號的幅值小于設(shè)定門限值；時(shí)域理想消峰信號生成單元用于將限幅前的信號與限幅后信號相減，提取峰值超過門限值的時(shí)域理想消峰信號；FFT單元用于將時(shí)域理想消峰信號變換成頻域理想消峰序列；預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)提取單元用于提取出頻域理想消峰序列中預(yù)留子載波處的數(shù)據(jù)，別的子載波處的數(shù)據(jù)設(shè)為“0”；預(yù)留子載波處消峰數(shù)據(jù)放大單元用于對提取出的預(yù)留子載波處的消峰數(shù)據(jù)放大一定的倍數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于IFFT/FFT的預(yù)留子載波降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的裝置，其特征在于所述判斷單元包括PAPR計(jì)算器、迭代次數(shù)計(jì)數(shù)器和判決器，其中PAPR計(jì)算器用于計(jì)算經(jīng)IFFT變換得到的時(shí)域信號的PAPR值；迭代次數(shù)計(jì)數(shù)器用于記錄處理一個(gè)OFDM符號迭代過的次數(shù)；判決器根據(jù)PAPR計(jì)算器計(jì)算值和迭代計(jì)數(shù)器記錄值，決定將IFFT的輸出傳輸給并串轉(zhuǎn)換器還是消峰序列產(chǎn)生器。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于IFFT/FFT的預(yù)留子載波降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的方法和裝置，其方法是在系統(tǒng)的發(fā)送端利用IFFT/FFT變換對產(chǎn)生頻域消峰序列，以降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比PAPR，所述的方法步驟包括數(shù)據(jù)分配，進(jìn)行IFFT變換，實(shí)現(xiàn)OFDM調(diào)制，得到時(shí)域信號，判斷門限值和迭代次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值，進(jìn)行限幅消峰處理，通過FFT變換提取頻域消峰序列。其裝置包括發(fā)送端和接收端，在發(fā)送端增加了數(shù)據(jù)分配單元、數(shù)據(jù)選擇單元、判斷單元、消峰序列產(chǎn)生單元、消峰序列插入單元；接收端增加了信息提取單元。本發(fā)明在產(chǎn)生消峰序列過程中不會導(dǎo)致誤碼率的增加，降低PAPR的效果明顯，其裝置結(jié)構(gòu)簡單，進(jìn)行FFT/IFFT的迭代次數(shù)較少。
文檔編號H04L27/26GK101035105SQ20071001762
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者楊剛, 楊錚杰, 李玉山 申請人:西安電子科技大學(xué)