CN101087284A - 一种降低ofdm信号峰平比的联合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降低OFDM信号峰平比的联合方法，该方法通过对OFDM调制的基带信号首先进行选择性映射，然后再进行幅度压缩，而在接收端对收到信号进行扩张，并利用边信息解映射以恢复信号。本发明能使信号峰值功率与平均功率的比值大大降低，从而抑制了系统的峰平比，且信号的传输性能与压扩法相当。本发明实现容易，能用于各类采用OFDM进行调制的通信系统。
Description
技术领域：
本发明涉及一种降低OFDM信号峰平比的联合方法，属于使用电磁波技术的数字通信领域，特别涉及数字电视、单载波OFDM通信系统、多载波OFDM通信系统、无线局域网(WLAN)等采用OFDM调制的数字通信系统。
背景技术：
正交频分复用调制(OFDM)因其信道利用率很高、有很好的抗衰落能力而被广泛利用。然而，在OFDM通信系统中，随着载波数增加，叠加后信号的峰平比(PAPR)的数值较大。因此，调制信号的动态范围较大，这就要求系统中功放具有较高的线性放大范围，以避免传输信号的频谱扩散和非线性失真，同时也要求后续的D/A转换器具有较大的转换宽度，这就增加了系统成本和实现难度。
目前，降低OFDM通信系统信号峰平比的方法主要有：限幅法、加窗法、部分传输序列法、选择映射法、基于分组编码法以及压扩法。限幅法给系统引入了新的噪声，导致系统性能下降。加窗法需要在上采样以后的较高速率下对信号进行处理，因此实现较难，且会影响信号频谱特性。部分传输序列法和选择映射法虽然有效降低了PAPR，但是计算量太大，且需要发送边信息。基于分组编码法只发送PAPR小的序列而避免使用PAPR大的序列，为此需挑选序列，当子载波数较大时需要巨大的计算量和庞大的查找表。
选择性映射(SLM)方法是通过特定方法产生M个序列来表示同一信息，在这些序列中选择具有最小PAPR的序列并发送。由于SLM方法选择性地发送M个序列中具有最小PAPR的序列，因此能够改善PAPR的一般特性。但是，在SLM方法中，接收端需要用于恢复原始信号的附加信息，在此，该附加信息可能对系统性能有重要影响；同时，选择性映射方法降低的PAPR的能力有限。
压扩法降低PAPR是一种较新的方法，现有方法主要有以下几种：
在方法W.Xianbin，T.T.Tihung and C.S.Ng，Resuction of Peak-to-Average Power Ratio ofOFDM systems using a companding technique.IEEE Trans.on Broadcasting，1999(45)，Sep.1999，pp：303-307.中，由Wang提出的压扩法对非线性失真很敏感。
对于压扩转换法方法X.Huang，J.Lu，J.Zheng and J.Chuang，Reduetion of peak-to-averagepower ratio of OFDM signals with companding transmform，Electronics letters，April.2001，pp：506-507.和Xianbin Wang，T.T.jhung，and Yiyan Wu，On the SER and spectral analysis ofa-law companded multicarrier modulation，IEEE Trans.on vehicular technology，2003(52)，Sept.2003，1408-1412.，这两种压扩法的表达式均借鉴了语音信号信源编码中非均匀量化方法，且计算复杂度不低。
对于上海交通大学由胡亮亮和周跃峰等人提出的“正交频分复用通信系统峰平比的幅度压扩抑制方法”(专利申请号：02136339.0)提供的压扩算法，其计算复杂度较高。
如上所述，为了解决OFDM通信系统中由于高PAPR引起的问题，给出了多种用于减小PAPR的方法，但每一种都仍然存在一定的问题。
因此，为了进一步降低PAPR，本专利提出了一种将选择性映射法和压扩法相融合的方法，该方法降低PAPR的能力优于SLM方法和压扩法，而其系统传输性能与压扩法相当。
发明内容：
本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种对于OFDM信号降低PAPR能力更强的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：在发射端，在IFFT前，对于OFDM调制后的子载波基带信号，通过特定方法产生M个序列来表示同一信息，在这些序列中对于通过IFFT信号选择具有最小PAPR的序列，这样完成第一次对OFDM信号PAPR的处理，然后再通过并串转换经过压缩器进行第二次对OFDM信号PAPR的处理，经过两次降低PAPR处理后，OFDM信号的PAPR大大降低。同时进行功率调整以补偿幅度压缩中造成的功率改变；在接收端首先进行幅度扩张，恢复出发端压缩之前的信号；然后进行FFT，并通过接收到的边信息恢复出原始信息，在几乎不损伤信号的前提下，降低系统的PAPR。
由于SLM法的序列序号对解调正确与否至关重要，而且序号的信息非常少，故可以对SLM序列序号连续发送3遍，在接收端通过“3局两胜制”的方法判定。为防止信道出现非正常情况，序列序号应作3次移相再分别发送。
但在信道环境非常恶劣时，接收端依然可能会对序号误判，从而产生大量的连续误码，变得无法纠正。因此，在对时延不是很敏感的情况下，可以对接收信号作大量交织以降低误码率。
本方案就是一种将SLM方法与压扩方法相融合的降低PAPR方法。
本发明的具体操作步骤如下：
1、将输入序列复制到多个数据块；
2、通过给所述的多个数据块乘以由特定方法产生的M个不同相位序列，从而获得经相位旋转的数据块；
3、将用于标示经相位旋转的数据块的辅助信息插入经相位旋转的数据块的预定位置；
4、对包含辅助信息的经相位旋转的数据块进行快速傅立叶变换；
5、从经过快速傅立叶变换的数据块中选择具有最小的PAPR的数据块；
6、将经过选择获得数据块通过并串转换后，经过压缩器再次对OFDM信号进行处理。显然，本发明在发射端对OFDM信号进行两次降低PAPR的处理，从而大大抑制了系统的峰平比。而常规方法都是仅对OFDM信号PAPR处理一次。
附图说明：
图1是常规的OFDM系统框图。
图2是包含压扩技术抑制PAPR的OFDM系统框图。如图所示，在发送端加入幅度压缩器的位置为OFDM调制以及IFFT后、上采样与成型滤波之前；在接收端加入幅值扩张单元的位置为下采样与成型滤波之后、FFT与OFDM解调之前。
图3为包含本专利技术的选择性映射-压扩法系统框图。在该图中压缩器可以选择A率压缩或者μ率压缩均可。
图4为SLM法、压扩法以及本专利的融合方法三种方法相比较的降低PAPR性能图。由该图可以看出，本融合方法降低PAPR的性能远优于SLM方法和压扩法。
图5为SLM法、压扩法以及本专利的融合方法的传输系统性能比较图。由此图可以看出，本融合方法的传输系统性能与压扩法相当。
具体实施方式：
下面通过具体的实施对本发明的技术方案作进一步的描述。
将本发明应用于OFDM系统。该系统采用QPSK调制，子载波数为128，SNR＝10dB，AWGN信道。具体步骤为：
1、发送端将输入序列复制到多个数据块；
2、通过给所述的多个数据块乘以由特定方法产生的M个不同相位序列，从而获得经相位旋转的数据块；
3、将用于标示经相位旋转的数据块的辅助信息插入经相位旋转的数据块的预定位置；
4、对包含辅助信息的经相位旋转的数据块进行快速傅立叶变换；
5、从经过快速傅立叶变换的数据块中选择具有最小的PAPR的数据块；
6、经过选择获得数据块通过并串转换、并通过压缩器再次对OFDM信号进行处理。此
处压缩器可以选择目前的常规A率压缩或者μ率压缩方法。
7、接收端接收到的基带信号通过做与发射端相反的处理恢复出原始信号。
Claims (5)
1.本发明涉及一种降低OFDM信号峰平比的联合方法，该方法融合了选择性映射法和压扩方法以降低PAPR，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：将输入序列复制到多个数据块；
步骤2：通过给所述的多个数据块乘以由特定方法产生的M个不同相位序列，从而获得经相位旋转的数据块；
步骤3：将用于标示经相位旋转的数据块的辅助信息插入经相位旋转的数据块的预定位置；
步骤4：对包含辅助信息的经相位旋转的数据块进行快速傅立叶变换；
步骤5：从经过快速傅立叶变换的数据块中选择具有最小的PAPR的数据块；
步骤6：将经过选择获得数据块通过并串转换后，经过压缩器再次对OFDM信号进行处理。
2、如权利要求1所说，一种降低OFDM信号峰平比的融合方法，其特征在于：该方法中的压缩器、扩张器可以选择常规压扩法中的相关压缩和扩张方法。
3、如权利要求1所说，一种降低OFDM信号峰平比的融合方法，其特征在于：由于SLM法的序列序号对解调正确与否至关重要，而且序号的信息非常少，故可以对SLM序列序号连续发送3遍，在接收端通过“3局两胜制”的方法判定。为防止信道出现非正常情况，序列序号应作3次移相再分别发送。
4、如权利要求1所说，一种降低OFDM信号峰平比的融合方法，其特征在于：在信道环境非常恶劣时，接收端依然可能会对序号误判，从而产生大量的连续误码，变得无法纠正。因此，在对时延不是很敏感的情况下，可以对接收信号作大量交织以降低误码率。
5、如权利要求1所说，一种降低OFDM信号峰平比的融合方法，其特征在于：可用于单载波、多载波以及无线局域网协议和数字广播电视协议等采用OFDM进行调制的通信系统。
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