專利名稱：基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低papr的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)是近幾年通信領(lǐng)域的一個熱點技術(shù)，它憑借抗干擾性能強(qiáng)、頻譜利用率高以及強(qiáng)大的抗衰落能力和數(shù)據(jù)傳輸速率，已經(jīng)被當(dāng)前很多熱點通信系統(tǒng)所采用，更被看作是下一代移動通信中的核心技術(shù)。但是OFDM技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中卻面臨著許多需要解決的理論和實際問題，峰值平均功率比問題就是其面臨的一大問題。
相對于單載波系統(tǒng)而言，OFDM系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的輸出信號的瞬時值會有較大幅度的波動，這是因為OFDM符號是由多個獨立的經(jīng)過調(diào)制的子載波信號相加而成的。理論分析表明，當(dāng)OFDM信號的各個子載波間統(tǒng)計獨立時(子載波數(shù)N≥16)，其合成信號的時域波形近似于高斯分布，隨著子載波數(shù)的增加，峰值功率線性增加，帶來了較大的峰值平均功率比，簡稱峰均比(即PAPR)。若功率放大器的線性動態(tài)范圍小于信號峰值的話，非線性失真會導(dǎo)致帶內(nèi)噪聲和帶外頻譜擴(kuò)展，帶內(nèi)噪聲會導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率增大，而頻譜擴(kuò)展則會導(dǎo)致相鄰信道問的干擾。因此必須采用一定的峰均比抑制技術(shù)來降低信號的峰均比，以使發(fā)射機(jī)功率放大器高效工作，提高系統(tǒng)的整體性能。
為了解決OFDM系統(tǒng)的峰均比問題，國內(nèi)外的很多學(xué)者都做出了大量的研究，提出了很多相關(guān)算法。目前，用來降低OFDM信號PAPR算法大致可分為三大類第一類是信號預(yù)畸變技術(shù)，典型的預(yù)畸變技術(shù)有限幅法(Clipping)、壓縮擴(kuò)張等技術(shù)。第二類是擾碼技術(shù)，即利用不同的加擾序列對OFDM符號進(jìn)行加權(quán)處理，從中選擇PAPR較小的OFDM符號來傳輸，如選擇性映射(SLM)和部分傳輸序列(PTS)和冗余序列插入(DSI)。第三類是編碼技術(shù)，即避免使用那些會生成較大峰值功率信號的編碼圖樣，如Golay互補(bǔ)序列映射(GCS)，分組編碼(Block Coding)等。信號預(yù)畸變類技術(shù)的思想是直接對信號的峰值進(jìn)行非線性操作，最直接，最簡單。由于它采用的是非線性操作，產(chǎn)生了帶內(nèi)噪聲和帶外干擾，因此系統(tǒng)的誤碼率比較高。編碼類技術(shù)的思想是只發(fā)送那些具有較低PAPR特性的碼字，從而避免了發(fā)送那些會出現(xiàn)較高PAPR的碼字。該類技術(shù)為線性過程，不會使信號產(chǎn)生畸變，因此也沒有限幅類技術(shù)的缺點。但是，編碼類技術(shù)的計算復(fù)雜度非常高，編解碼都非常麻煩，更重要的是，這類技術(shù)的信息速率降低得很快，因此只適用于子載波數(shù)比較少的情況。信號擾碼類技術(shù)，它的核心思想是降低大PAPR出現(xiàn)的概率，采用的也是線性變換，但是該類技術(shù)復(fù)雜度比較高，需要進(jìn)行多次IFFT運算和搜索過程。
例如，在傳統(tǒng)的預(yù)留子載波算法中，特殊結(jié)構(gòu)的頻域信號C是按照遍歷搜索方式來選取的?；舅枷霝樵贜個子載波中，有L個降低峰值載波，每個降低峰值載波的幅度相位有K種(包括零)可能的取值，通過搜索L個降低峰值載波的所有幅度相位的KL種組合，從中選擇一種使得PAPR最小的最優(yōu)組合?？梢姡@種傳統(tǒng)的子載波預(yù)留算法共需要進(jìn)行KL次IFFT運算，且隨著子載波數(shù)N的增加，或者降低峰值載波數(shù)L的增加所需要進(jìn)行的IFFT運算的次數(shù)也會明顯增加，因此傳統(tǒng)的虛載波預(yù)留算法復(fù)雜度比較大。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法及系統(tǒng)?；诒景l(fā)明，可以在降低系統(tǒng)復(fù)雜度的前提下實現(xiàn)較理想的降低PAPR的效果。
本發(fā)明一種基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR的方法，包括如下步驟參數(shù)確定步驟，依據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，確定消峰序列中的子載波數(shù)目N、所述子載波中的預(yù)留子載波數(shù)目L及所述預(yù)留子載波的位置；并給定PAPR門限值B、幅值比例因子集合R；頻域消峰序列獲取步驟，依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D；依據(jù)所述頻域理想消峰序列D，獲取L個所述預(yù)留子載波上的值，并為其他N-L個子載波分配數(shù)據(jù)0，進(jìn)而確定所述頻域消峰序列C；傳輸信號計算步驟，將所述頻域消峰序列C進(jìn)行反傅立葉變換，得到時域消峰序列c(n)，將x(n)和c(n)相減得到傳輸信號z(n)如下z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X為有用數(shù)據(jù)信息序列。
上述降低PAPR的方法，優(yōu)選所述傳輸信號計算步驟在獲取z(n)后，還包括如下步驟第一判斷步驟，計算所述傳輸信號z(n)的PAPR值，判斷所述PAPR值是否大于所述門限值B；若是，則直接輸出傳輸信號z(n)；若否，執(zhí)行頻域消峰信號更新步驟；頻域消峰信號更新步驟，利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′；多個傳輸信號z′(n)更新的步驟，將所述修改后的頻域消峰信號C′進(jìn)行反傅立葉變換，得到多個時域消峰序列c′(n)，將x(n)和c′(n)相減得到多個更新的傳輸信號z′(n)；具有最小PAPR值的z′(n)步驟，計算所述多個z′(n)的PAPR值，選擇PAPR值最小的z′(n)直接輸出。
上述降低PAPR的方法，優(yōu)選所述頻域消峰信號更新步驟中，所述利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′包括如下步驟幅值比例因子序列S產(chǎn)生步驟，根據(jù)所述幅值比例因子集合R，隨機(jī)產(chǎn)生多個幅值比例因子序列S；頻域消峰信號C′獲取步驟，所述頻域消峰序列C與所述幅值比例因子序列S進(jìn)行對應(yīng)元素相乘，得到多個所述修改后的頻域消峰信號C′。
上述降低PAPR的方法，優(yōu)選所述頻域消峰信號更新步驟中，所述利用幅值比例因子集合R修改C′，獲取更新的C′包括如下步驟幅值比例因子序列S產(chǎn)生步驟，根據(jù)所述幅值比例因子集合R，隨機(jī)產(chǎn)生多個幅值比例因子序列S；更新的C′獲取步驟，所述C′與所述幅值比例因子序列S進(jìn)行對應(yīng)元素相乘，得到多個更新的C′。
上述降低PAPR的方法，優(yōu)選所述頻域消峰序列獲取步驟中，所述依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D包括具有理想PAPR性能的信號序列x(n)計算步驟，將所述有用數(shù)據(jù)信息序列X進(jìn)行反傅立葉變換，獲取時域有用數(shù)據(jù)信息序列x(n)；依據(jù)所述PAPR門限值B，對x(n)進(jìn)行限幅處理，獲取具有理想PAPR性能的信號序列x′(n)，其中，頻域理想消峰序列D獲取步驟，依據(jù)d(n)＝x(n)-x′(n)獲取時域理想消峰序列d(n)；將時域理想消峰序列d(n)經(jīng)過傅立葉變換得到所述頻域理想消峰序列D。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR的系統(tǒng)，包括參數(shù)確定模塊，用于依據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，確定消峰序列中的子載波數(shù)目N、所述子載波中的預(yù)留子載波數(shù)目L及所述預(yù)留子載波的位置；并給定PAPR門限值B、幅值比例因子集合R；頻域消峰序列獲取模塊，用于依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D；依據(jù)所述頻域理想消峰序列，獲取L個所述預(yù)留子載波上的值，并為其他N-L個子載波分配數(shù)據(jù)0，進(jìn)而確定所述頻域消峰序列C；傳輸信號計算模塊，用于將所述頻域消峰序列C進(jìn)行反傅立葉變換，得到時域消峰序列c(n)，將x(n)和c(n)相減得到傳輸信號z(n)如下z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X為有用數(shù)據(jù)信息序列。
上述降低PAPR的系統(tǒng)，優(yōu)選所述信號傳輸計算模塊后，還連接有第一判斷模塊，用于計算所述傳輸信號z(n)的PAPR值，判斷所述PAPR值是否大于所述門限值B；若是，則直接輸出傳輸信號z(n)；若否，執(zhí)行頻域消峰信號更新模塊；頻域消峰信號更新模塊，用于利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′；多個傳輸信號z′(n)更新的模塊，用于將所述修改后的頻域消峰信號C′進(jìn)行反傅立葉變換，得到多個時域消峰序列c′(n)，將x(n)和c′(n)相減得到多個更新的傳輸信號z′(n)；具有最小PAPR值的z′(n)模塊，用于計算所述多個z′(n)的PAPR值，選擇PAPR值最小的z′(n)直接輸出。
上述降低PAPR的方法，優(yōu)選所述頻域消峰信號更新模塊中，所述利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′包括幅值比例因子序列S產(chǎn)生單元，根據(jù)所述幅值比例因子集合R，隨機(jī)產(chǎn)生多個幅值比例因子序列S；頻域消峰信號C′獲取單元，所述頻域消峰序列C與所述幅值比例因子序列S進(jìn)行對應(yīng)元素相乘，得到多個所述修改后的頻域消峰信號C′。
上述降低PAPR的方法，優(yōu)選所述頻域消峰信號更新模塊中，所述利用幅值比例因子集合R修改C′，獲取更新的C′包括如下模塊幅值比例因子序列S產(chǎn)生單元，根據(jù)所述幅值比例因子集合R，隨機(jī)產(chǎn)生多個幅值比例因子序列S；更新的C′獲取單元，用于所述C′與所述幅值比例因子序列S進(jìn)行對應(yīng)元素相乘，得到多個更新的C′。
上述降低PAPR的方法，優(yōu)選所述頻域消峰序列獲取模塊中，所述依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D包括具有理想PAPR性能的信號序列x(n)計算單元，將所述有用數(shù)據(jù)信息序列X進(jìn)行反傅立葉變換，獲取時域有用數(shù)據(jù)信息序列x(n)；依據(jù)所述PAPR門限值B，對x(n)進(jìn)行限幅處理，獲取具有理想PAPR性能的信號序列x′(n)，其中，頻域理想消峰序列D獲取單元，用于依據(jù)d(n)＝x(n)-x′(n)獲取時域理想消峰序列d(n)；將時域理想消峰序列d(n)經(jīng)過傅立葉變換得到所述頻域理想消峰序列D。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點 第一、利用了較少的空閑子載波實現(xiàn)較理想的降低PAPR的效果，相較于傳統(tǒng)的預(yù)留子載波算法，提高的頻帶利用率； 第二、利用了幅值比例因子方法代替迭代方法來尋找最優(yōu)的消峰序列，大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度； 第三、和傳統(tǒng)預(yù)留子載波算法一樣，發(fā)送端無需發(fā)送邊帶信息，降低了接收端的復(fù)雜度。



圖1為本發(fā)明基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法實施例的步驟流程圖； 圖1A為本發(fā)明基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法實施例的步驟流程圖； 圖2為是本發(fā)明基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法實施例的原理圖； 圖3是本發(fā)明本發(fā)明基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法實施例的CCDF曲線圖； 圖4是本發(fā)明本發(fā)明基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明本發(fā)明基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施例方式 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
預(yù)留子載波的思想是用一種具有特殊結(jié)構(gòu)的頻域信號和承載有用信息的頻域信號進(jìn)行疊加，使得前者經(jīng)過IFFT運算后所得到的時域信號可以有效地降低后者所對應(yīng)的時域信號的峰值，從而達(dá)到降低系統(tǒng)PAPR的目的，不需要傳送邊帶信息，與其他降低峰均比算法相比，已經(jīng)具有較低的復(fù)雜度。
在傳統(tǒng)的預(yù)留子載波算法中，特殊結(jié)構(gòu)的頻域信號C是按照遍歷搜索方式來選取的?；舅枷霝樵贜個子載波中，有L個降低峰值載波，每個降低峰值載波的幅度相位有K種(包括零)可能的取值，通過搜索L個降低峰值載波的所有幅度相位的KL種組合，從中選擇一種使得PAPR最小的最優(yōu)組合。可見，這種傳統(tǒng)的子載波預(yù)留算法共需要進(jìn)行KL次IFFT運算，且隨著子載波數(shù)N的增加，或者降低峰值載波數(shù)L的增加所需要進(jìn)行的IFFT運算的次數(shù)也會明顯增加，因此傳統(tǒng)的虛載波預(yù)留算法復(fù)雜度比較大。
本發(fā)明在采用限幅預(yù)留子載波的方法基礎(chǔ)之上，提出了一種基于幅值比例因子的預(yù)留子載波降低PAPR算法，利用了幅度比例因子尋求最優(yōu)的頻域信號C，大大的降低了運算的復(fù)雜度。
下面說明本發(fā)明的思考過程。
首先要建立OFDM系統(tǒng)的物理層基本框圖，包括信道編碼、星座調(diào)制、OFDM調(diào)制、同步、信道估計等。本發(fā)明的基本思想是傳統(tǒng)的預(yù)留子載波算法的，目標(biāo)是尋求最優(yōu)的降低系統(tǒng)PAPR的頻域信號C。
定義頻域消峰序列C中非零值的子載波為降低峰值載波也就是預(yù)留子載波，降低峰值載波的個數(shù)記為L。理論上，該L個降低峰值載波的幅度和相位可取任意值，但這樣取值的集合規(guī)模較大，系統(tǒng)的計算量非常大。所以為了減少計算量，通常降低峰值載波只取特定范圍，拿QAM來說，一般只取{0，±1，±i}。
定義RN＝{0，1，2，...，N-1}為OFDM系統(tǒng)中所有N個子載波的位置序列。定義Rc＝{i0，i1，...，iL-1}為OFDM系統(tǒng)中降低峰值載波在所有N個子載波中所處的位置序列，且0≤i0＜i1＜...＜iL-1＜N。則定義R為RN中去掉Rc后的集合，即Rc的補(bǔ)集R＝RN-Rc。頻域信號X和C滿足原始頻域信號X取值為非零的子載波位置上，頻域信號C取值為零；在原始頻域信號X取值為零的子載波位置上，頻域信號C取值為非零。即 定義采用預(yù)留子載波算法的OFDM系統(tǒng)中的虛載波預(yù)留比(Tone Reservation Ratio，TRR)為降低峰值載波數(shù)L與載波數(shù)N的比值，即TRR＝L/N。通常在OFDM系統(tǒng)中，為了更有效地抑制PAPR，可以適當(dāng)?shù)卦龃骉RR，也就是說增大N個子載波中降低峰值載波數(shù)L。而這就意味著用于傳輸有用信息的子載波數(shù)相對減少，即頻譜效率降低，同時用于傳輸有用信息的能量相對減少，因此應(yīng)該綜合考慮。
將具有特殊結(jié)構(gòu)的頻域信號C疊加到有用頻域信號X上，用于降低OFDM系統(tǒng)的PAPR，疊加后所產(chǎn)生的時域信號xT可以表示為 xT＝Q(X+C)＝Q(X)+Q(X)＝x+c(2) 其中Q為離散傅立葉變換IFFT的數(shù)學(xué)描述。x、c分別表示頻域信號X、C經(jīng)過離散傅立葉變換IFFT所得到的時域信號。這樣TR-OFDM系統(tǒng)的峰均比定義可以改為 而由于在采用預(yù)留子載波算法的OFDM系統(tǒng)中，子載波預(yù)留比(TRR)一般較小，所以E{|x+c|2}≈E{|x|2}則上式可以簡化為 所以可以通過選取信號C使得時域信號xT的峰值最小，從而降低PAPR。采用預(yù)留子載波算法的OFDM系統(tǒng)中，發(fā)射端不用傳送任何邊帶信息，解調(diào)非常方便，這一點也是預(yù)留子載波算法的優(yōu)勢之一。在傳統(tǒng)的采用預(yù)留子載波算法的OFDM系統(tǒng)中，特殊結(jié)構(gòu)的頻域信號C是按照遍歷搜索方式來選取的。基本思想為在N個子載波中，有L個降低峰值載波，每個降低峰值載波的幅度相位有K種(包括零)可能的取值，通過搜索L個降低峰值載波的所有幅度相位的KL種組合，從中選擇一種使得PAPR最小的最優(yōu)組合?？梢?，這種傳統(tǒng)的子載波預(yù)留算法共需要進(jìn)行KL次IFFT運算，且隨著子載波數(shù)N的增加，或者降低峰值載波數(shù)L的增加所需要進(jìn)行的IFFT運算的次數(shù)也會明顯增加，因此傳統(tǒng)的虛載波預(yù)留算法復(fù)雜度比較大。
針對傳統(tǒng)預(yù)留子載波算法的不足，通過分析OFDM系統(tǒng)PAPR問題產(chǎn)生的根本原因，從消減OFDM時域信號中的高峰值入手，結(jié)合限幅算法和傳統(tǒng)預(yù)留子載波算法的優(yōu)點，提出了一種基于副值比例因子的限幅預(yù)留子載波算法。該算法的原理圖如圖2所示，基本原理如下 設(shè)某一OFDM頻域信息序列X為 其中i1，i2...iL為預(yù)留子載波的索引號。對X進(jìn)行IFFT變換得到的時域信號x(n) x(n)＝IFFT(X)(6) 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y(n)，則x(n)中超過門限值的峰值部分可看作是時域理想消峰序列d(n) d(n)＝x(n)-y(n)(7) 另外，對某一頻域消峰數(shù)據(jù)序列C 若C經(jīng)過IFFT變換后，得到的時域消峰信號c(n)與時域理想消峰序列d(n)相似，則x(n)經(jīng)c(n)消峰后得到的信號z(n)的PAPR值也會有很大的降低。
z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)＝IFFT(X-C)(9) C可表示為 C＝FFT(c(n))＝FFT(x(n)-z(n))＝FFT(x(n))-FFT(z(n))(10) 由式(5)、(8)和(9)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，因此該方法引起的誤碼率為0。所以預(yù)留子載波方法的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 基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法實施例 參照圖1，圖1為基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法實施例的步驟流程圖，包括如下步驟 參數(shù)確定步驟110，依據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，確定消峰序列中的子載波數(shù)目N、所述子載波中的預(yù)留子載波數(shù)目L及所述預(yù)留子載波的位置；并給定PAPR門限值B、幅值比例因子集合R。
頻域消峰序列獲取步驟120，依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D；依據(jù)所述頻域理想消峰序列，獲取L個所述預(yù)留子載波上的值，并為其他N-L個子載波分配數(shù)據(jù)0，進(jìn)而確定所述頻域消峰序列C。
傳輸信號計算步驟130，將所述頻域消峰序列C進(jìn)行反傅立葉變換，得到時域消峰序列c(n)，將x(n)和c(n)相減得到傳輸信號z(n)如下 z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X為有用數(shù)據(jù)信息序列。
參照圖1A，圖1A為本發(fā)明基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法實施例的步驟流程圖，包括如下步驟 參數(shù)確定步驟110A，依據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，確定消峰序列中的子載波數(shù)目N、所述子載波中的預(yù)留子載波數(shù)目L及所述預(yù)留子載波的位置；并給定PAPR門限值B、幅值比例因子集合R。
頻域消峰序列獲取步驟120A，依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D；依據(jù)所述頻域理想消峰序列，獲取L個所述預(yù)留子載波上的值，并為其他N-L個子載波分配數(shù)據(jù)0，進(jìn)而確定所述頻域消峰序列C。
傳輸信號計算步驟130A，將所述頻域消峰序列C進(jìn)行反傅立葉變換，得到時域消峰序列c(n)，將x(n)和c(n)相減得到傳輸信號z(n)如下 z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X為有用數(shù)據(jù)信息序列。
判斷步驟140A，計算所述傳輸信號z(n)的PAPR值，判斷所述PAPR值是否大于所述門限值B；若是，直接輸出傳輸信號z(n)，若否，執(zhí)行步驟150A。
頻域消峰信號更新步驟150A，利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′。
多個傳輸信號z′(n)更新的步驟160A，將所述修改后的頻域消峰信號C′進(jìn)行反傅立葉變換，得到多個時域消峰序列c′(n)，將x(n)和c′(n)相減得到多個更新的傳輸信號z′(n)如下 z′(n)＝x(n)-c′(n)。
判斷步驟170A，計算所述多個z′(n)的PAPR值，選擇PAPR值最小的z′(n)直接輸出。
下面，對上述各個步驟做進(jìn)一步的說明。
第一、根據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，在系統(tǒng)N個子載波中設(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B及幅值比例因子。理論上預(yù)留子載波越多，保留理想消峰序列的信息越多，降低PAPR的效果越好，但由于預(yù)留子載波處不承載有用信息，預(yù)留的子載波越多，系統(tǒng)的頻帶利用率就越低，因此，預(yù)留子載波的數(shù)目不能選過多。同時，預(yù)留子載波位置的選擇以隨機(jī)選擇較好，但是考慮到工程應(yīng)用中濾波器的設(shè)計，所以預(yù)留子載波適合選在靠近數(shù)據(jù)子載波的位置上，并固定，接收端收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，把此L個子載波的數(shù)據(jù)丟棄即可。
第二、得到時域消峰信號。為進(jìn)一步降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，將數(shù)據(jù)序列X和頻域消峰序列C分別進(jìn)行IFFT，分別得到時域有用數(shù)據(jù)信息序列x(n)和時域消峰序列c(n)，這樣，頻域有用數(shù)據(jù)信息序列X只需進(jìn)行一次IFFT運算即可。為了得到頻域消峰序列C，需要將x(n)按照設(shè)定的門限值進(jìn)行截斷幅值處理，得到截斷后的信號x(n)，x(n)具有理想的PAPR性能。
則時域理想消峰序列d(n)可由下式得到 d(n)＝x(n)-c(n)(13) 將d(n)經(jīng)過FFT變換得到頻域理想消峰序列D，保留L個預(yù)留子載波上的值，將其他N-L個子載波分配數(shù)據(jù)“0”，得到頻域消峰序列C，C經(jīng)過IFFT運算得到時域消峰信號c(n)，將x(n)和c(n)相減得到z(n)如下 z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)(14) 計算z(n)的PAPR值，如果小于門限值B，則將z(n)作為最終的信號傳輸，如果大于門限值B，則對c(n)進(jìn)行步驟3處理，即利用副值比例因子尋找使z(n)的PAPR值最小的c(n)，即頻域消峰序列C。
第三、根據(jù)預(yù)先設(shè)定的幅值比例因子集合R＝{r1，r2...rs}，隨機(jī)產(chǎn)生n個幅值比例因子序列S，S滿足 頻域消峰序列C與幅值比例因子序列S進(jìn)行對應(yīng)元素相乘，得到n個新的頻域消峰序列C′，將這n個序列進(jìn)行IFFT運算，得到n個時域消峰信號c′(n)，將x(n)與c′(n)相減得到n個z(n)，計算z(n)的PAPR值，選出PAPR值最小的z(n)作為最終的信號傳輸。
在頻帶利用率方面，傳統(tǒng)的預(yù)留子載波算法需要用到較多的空閑子載波才能達(dá)到較好的降低PAPR的效果，而本專利提出的算法則需要較少的空閑子載波就可以實現(xiàn)較理想的降低PAPR的效果，比較之下，雖然對頻帶利用率都有所降低，但是本專利的算法則降低較少。
在降低系統(tǒng)復(fù)雜度方面，傳統(tǒng)的預(yù)留子載波算法，是在N個子載波中，有L個降低峰值載波，每個降低峰值載波的幅度相位有K種(包括零)可能的取值，通過搜索L個降低峰值載波的所有幅度相位的KL種組合，從中選擇一種使得PAPR最小的最優(yōu)組合。可見，這種傳統(tǒng)的預(yù)留子載波算法共需要進(jìn)行KL次IFFT運算，且隨著子載波數(shù)N的增加，或者降低峰值載波數(shù)L的增加所需要進(jìn)行的IFFT運算的次數(shù)也會明顯增加，而本專利提出的算法，首先結(jié)合了限幅算法和傳統(tǒng)預(yù)留子載波算法的優(yōu)點，利用了較少的空閑子載波來降低PAPR，其次根據(jù)傅里葉變換的性質(zhì)，將數(shù)據(jù)子載波和消峰子載波分別進(jìn)行IFFT/FFT處理，使得數(shù)據(jù)子載波只需進(jìn)行一次IFFT運算，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，最后利用了幅值比例因子的方法尋找最優(yōu)的頻域消峰序列C，而非采用迭代法，大大的簡化了系統(tǒng)的運算復(fù)雜度。
在降低PAPR性能方面，因為OFDM信號功率峰值觀察到的可能性很小，因此，測量OFDM信號的峰值統(tǒng)計分布更具理論分析價值，一般都用互補(bǔ)累計概率分布函數(shù)(CCDF)來描述OFDM信號PAPR的分布特性，圖3是本發(fā)明基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法實施例的CCDF曲線圖，其中，曲線a為基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法的CCDF曲線，曲線b為未采用降低PAPR方法的原始CCDF曲線；從圖中可以看出，該算法可以有效的降低系統(tǒng)的PAPR。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR的系統(tǒng)。參照圖4，圖4是本發(fā)明本發(fā)明基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。包括 參數(shù)確定模塊42，依據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，確定消峰序列中的子載波數(shù)目N、所述子載波中的預(yù)留子載波數(shù)目L及所述預(yù)留子載波的位置；并給定PAPR門限值B、幅值比例因子集合R。
頻域消峰序列獲取模塊44，依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D；依據(jù)所述頻域理想消峰序列，獲取L個所述預(yù)留子載波上的值，并為其他N-L個子載波分配數(shù)據(jù)0，進(jìn)而確定所述頻域消峰序列C。
傳輸信號計算模塊46，將所述頻域消峰序列C進(jìn)行反傅立葉變換，得到時域消峰序列c(n)，將x(n)和c(n)相減得到傳輸信號z(n)如下 z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X為有用數(shù)據(jù)信息序列。
參照圖5，圖5是本發(fā)明本發(fā)明基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
參數(shù)確定模塊51，依據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，確定消峰序列中的子載波數(shù)目N、所述子載波中的預(yù)留子載波數(shù)目L及所述預(yù)留子載波的位置；并給定PAPR門限值B、幅值比例因子集合R。
頻域消峰序列獲取模塊52，依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D；依據(jù)所述頻域理想消峰序列，獲取L個所述預(yù)留子載波上的值，并為其他N-L個子載波分配數(shù)據(jù)0，進(jìn)而確定所述頻域消峰序列C。
傳輸信號計算模塊53，將所述頻域消峰序列C進(jìn)行反傅立葉變換，得到時域消峰序列c(n)，將x(n)和c(n)相減得到傳輸信號z(n)如下 z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X為有用數(shù)據(jù)信息序列。
第一判斷模塊54，計算所述傳輸信號z(n)的PAPR值，判斷所述PAPR值是否大于所述門限值B，若是，直接輸出傳輸信號z(n)；若否，轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊55。
頻域消峰信號更新模塊55，利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′。
多個傳輸信號z′(n)更新的模塊56，將所述修改后的頻域消峰信號C′進(jìn)行反傅立葉變換，得到時域消峰序列c′(n)，將x(n)和c′(n)相減得到多個更新的傳輸信號z′(n)如下 z′(n)＝x(n)-c′(n)。
具有最小PAPR值的z′(n)57，計算所述多個z′(n)的PAPR值，選擇PAPR值最小的z′(n)直接輸出。
其中，頻域消峰信號更新模塊55中，利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′包括幅值比例因子序列S產(chǎn)生單元和頻域消峰信號C′獲取單元。幅值比例因子序列S產(chǎn)生單元用于根據(jù)所述幅值比例因子集合R，隨機(jī)產(chǎn)生多個幅值比例因子序列S；頻域消峰信號C′獲取單元用于所述頻域消峰序列C與所述幅值比例因子序列S進(jìn)行對應(yīng)元素相乘，得到多個所述修改后的頻域消峰信號C′。
頻域消峰序列獲取模塊中，所述依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D包括x(n)計算單元和域理想消峰序列D獲取單元。有理想PAPR性能的信號序列x(n)計算單元用于將所述有用數(shù)據(jù)信息序列X進(jìn)行反傅立葉變換，獲取時域有用數(shù)據(jù)信息序列x(n)；依據(jù)所述PAPR門限值B，對x(n)進(jìn)行限幅處理，獲取具有理想PAPR性能的信號序列x′(n)，其中，頻域理想消峰序列D獲取單元用于依據(jù)d(n)＝x(n)-x′(n)獲取時域理想消峰序列d(n)；將時域理想消峰序列d(n)經(jīng)過傅立葉變換得到所述頻域理想消峰序列D。
以上對本發(fā)明所提供的基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR方法及系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR的方法，其特征在于，包括如下步驟
參數(shù)確定步驟，依據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，確定消峰序列中的子載波數(shù)目N、所述子載波中的預(yù)留子載波數(shù)目L及所述預(yù)留子載波的位置；并給定PAPR門限值B、幅值比例因子集合R；
頻域消峰序列獲取步驟，依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D；依據(jù)所述頻域理想消峰序列D，獲取L個所述預(yù)留子載波上的值，并為其他N-L個子載波分配數(shù)據(jù)0，進(jìn)而確定所述頻域消峰序列C；
傳輸信號計算步驟，將所述頻域消峰序列C進(jìn)行反傅立葉變換，得到時域消峰序列c(n)，將x(n)和c(n)相減得到傳輸信號z(n)如下
z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X為有用數(shù)據(jù)信息序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低PAPR的方法，其特征在于，所述傳輸信號計算步驟在獲取z(n)后，還包括如下步驟
第一判斷步驟，計算所述傳輸信號z(n)的PAPR值，判斷所述PAPR值是否大于所述門限值B；若是，則直接輸出傳輸信號z(n)；若否，執(zhí)行頻域消峰信號更新步驟；
頻域消峰信號更新步驟，利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′；
多個傳輸信號z′(n)更新的步驟，將所述修改后的頻域消峰信號C′進(jìn)行反傅立葉變換，得到多個時域消峰序列c′(n)，將x(n)和c′(n)相減得到多個更新的傳輸信號z′(n)；
具有最小PAPR值的z′(n)步驟，計算所述多個z′(n)的PAPR值，選擇PAPR值最小的z′(n)直接輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降低PAPR的方法，其特征在于，所述頻域消峰信號更新步驟中，所述利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′包括如下步驟
幅值比例因子序列S產(chǎn)生步驟，根據(jù)所述幅值比例因子集合R，隨機(jī)產(chǎn)生多個幅值比例因子序列S；
頻域消峰信號C′獲取步驟，所述頻域消峰序列C與所述幅值比例因子序列S進(jìn)行對應(yīng)元素相乘，得到多個所述修改后的頻域消峰信號C′。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降低PAPR的方法，其特征在于，所述頻域消峰信號更新步驟中，所述利用幅值比例因子集合R修改C′，獲取更新的C′包括如下步驟
幅值比例因子序列S產(chǎn)生步驟，根據(jù)所述幅值比例因子集合R，隨機(jī)產(chǎn)生多個幅值比例因子序列S；
更新的C′獲取步驟，所述C′與所述幅值比例因子序列S進(jìn)行對應(yīng)元素相乘，得到多個更新的C′。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低PAPR的方法，其特征在于，所述頻域消峰序列獲取步驟中，所述依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D包括
具有理想PAPR性能的信號序列x(n)計算步驟，將所述有用數(shù)據(jù)信息序列X進(jìn)行反傅立葉變換，獲取時域有用數(shù)據(jù)信息序列x(n)；依據(jù)所述PAPR門限值B，對x(n)進(jìn)行限幅處理，獲取具有理想PAPR性能的信號序列x′(n)，其中，
頻域理想消峰序列D獲取步驟，依據(jù)d(n)＝x(n)-x′(n)獲取時域理想消峰序列d(n)；將時域理想消峰序列d(n)經(jīng)過傅立葉變換得到所述頻域理想消峰序列D。
6.一種基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR的系統(tǒng)，其特征在于，包括
參數(shù)確定模塊，用于依據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，確定消峰序列中的子載波數(shù)目N、所述子載波中的預(yù)留子載波數(shù)目L及所述預(yù)留子載波的位置；并給定PAPR門限值B、幅值比例因子集合R；
頻域消峰序列獲取模塊，用于依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D；依據(jù)所述頻域理想消峰序列，獲取L個所述預(yù)留子載波上的值，并為其他N-L個子載波分配數(shù)據(jù)0，進(jìn)而確定所述頻域消峰序列C；
傳輸信號計算模塊，用于將所述頻域消峰序列C進(jìn)行反傅立葉變換，得到時域消峰序列c(n)，將x(n)和c(n)相減得到傳輸信號z(n)如下
z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X為有用數(shù)據(jù)信息序列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的降低PAPR的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號傳輸計算模塊后，還連接有
第一判斷模塊，用于計算所述傳輸信號z(n)的PAPR值，判斷所述PAPR值是否大于所述門限值B；若是，則直接輸出傳輸信號z(n)；若否，執(zhí)行頻域消峰信號更新模塊；
頻域消峰信號更新模塊，用于利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′；
多個傳輸信號z′(n)更新的模塊，用于將所述修改后的頻域消峰信號C′進(jìn)行反傅立葉變換，得到多個時域消峰序列c′(n)，將x(n)和c′(n)相減得到多個更新的傳輸信號z′(n)；
具有最小PAPR值的z′(n)模塊，用于計算所述多個z′(n)的PAPR值，選擇PAPR值最小的z′(n)直接輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降低PAPR的系統(tǒng)，其特征在于，所述頻域消峰信號更新模塊中，所述利用所述幅值比例因子集合R修改所述頻域消峰序列C，獲取修改后的頻域消峰信號C′包括
幅值比例因子序列S產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述幅值比例因子集合R，隨機(jī)產(chǎn)生多個幅值比例因子序列S；
頻域消峰信號C′獲取單元，用于將所述頻域消峰序列C與所述幅值比例因子序列S進(jìn)行對應(yīng)元素相乘，得到多個所述修改后的頻域消峰信號C′。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降低PAPR的系統(tǒng)，用于其特征在于，所述頻域消峰信號更新模塊中，所述利用幅值比例因子集合R修改C′，獲取更新的C′包括
幅值比例因子序列S產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述幅值比例因子集合R，隨機(jī)產(chǎn)生多個幅值比例因子序列S；
更新的C′獲取單元，用于所述C′與所述幅值比例因子序列S進(jìn)行對應(yīng)元素相乘，得到多個更新的C′。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的降低PAPR的系統(tǒng)，其特征在于，所述頻域消峰序列獲取模塊中，所述依據(jù)所述PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D包括
具有理想PAPR性能的信號序列x(n)計算單元，用于將所述有用數(shù)據(jù)信息序列X進(jìn)行反傅立葉變換，獲取時域有用數(shù)據(jù)信息序列x(n)；依據(jù)所述PAPR門限值B，對x(n)進(jìn)行限幅處理，獲取具有理想PAPR性能的信號序列x(n)，其中，
頻域理想消峰序列D獲取單元，用于依據(jù)d(n)＝x(n)-x′(n)獲取時域理想消峰序列d(n)；將時域理想消峰序列d(n)經(jīng)過傅立葉變換得到所述頻域理想消峰序列D。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于幅值比例因子的限幅預(yù)留子載波降低PAPR的方法及系統(tǒng)。該方法包括依據(jù)OFDM系統(tǒng)的參數(shù)要求，確定消峰序列中的子載波數(shù)目N、子載波中的預(yù)留子載波數(shù)目L及預(yù)留子載波的位置；并給定PAPR門限值B、幅值比例因子集合R；依據(jù)PAPR門限值B，獲取頻域理想消峰序列D；依據(jù)頻域理想消峰序列，獲取L個預(yù)留子載波上的值，并為其他N-L個子載波分配數(shù)據(jù)0，進(jìn)而確定頻域消峰序列C；將頻域消峰序列C進(jìn)行反傅立葉變換，得到時域消峰序列c(n)，將x(n)和c(n)相減得到傳輸信號z(n)。本發(fā)明利用了幅值比例因子方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)迭代方法來尋找最優(yōu)的消峰序列，大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。
文檔編號H04L27/26GK101771652SQ20091024460
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者李旭, 陳誠 申請人:北京交通大學(xué)