CN101361305A - 多载波通信系统中功率峰均比的降低 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种多载波通信中降低功率峰均比(PAPR)的改进方法。本发明所揭示的技术方案，根据PAPR的总值，如果有必要降低PAPR，所传输信号会发生比特反转。如果判定降低功率峰均比是必要的，那么发射机在考虑所述功率峰均比的总值的情况下，首先判定所述编码信息信号的比特子集中的每一个比特是否将被反转。然后反转所有的判定被反转的比特，由此得到比特反转后编码信息信号。进一步地，对指示符设置值来指示至少有一个比特已经被反转。比特反转后的编码信息信号和这一指示符被发送到接收机。如果认为没有必要降低功率峰均比，那么相应的发射机首先对指示符设置值来指示没有比特被反转，然后发送该编码信息和指示符到接收机。

Description

多载波通信系统中功率峰均比的降低

技术领域

本发明涉及在包括发射机和接收机的多载波通信系统中降低可能的功率峰均比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)的方法，该方法根据功率峰均比的总值通过所述发射机传输到接收机的编码信息信号中至少一个比特的反转来判定是否需要降低功率峰均比。

本发明还分别涉及在这种多载波通信系统中分别用于降低可能的功率峰均比的发射机和接收机。

本发明还涉及相关的通信系统。

背景技术

本发明可以应用于所有的基于如OFDM调制的多载波调制并使用信道编码的通信链路中。现今正发展的3GPP LTE标准就是这种通信系统的一个例子。然而，许多其它的系统也能应用本发明。本申请文件以OFDM 3GPPLTE系统来描述本发明是基于描述起来简单的原因，但是对于一般技术人员来说，显而易见本发明也可以用于上面提到系统之外的任意一个系统中。

像正交频分复用(OFDM)这样的多载波通信方法已经被很多无线标准所采用。这些系统中传输的信号有大信号动态范围的趋势。这一点在当信号没有经过调整以减轻大信号动态范围就进行传输的时候愈加明显。

OFDM信号是调制后的多个载波复用在一起。特别地，该信号的每一个抽样都是相似分布的随机变量的加权和，在OFDM子载波数量变得很大的时候就会形成类似瑞利(Rayleigh)分布的幅度分布。为了传输以这种具有拖尾分布的大信号峰值，发射机中的大功率放大器必须支持非常大的动态范围，而总的来说，这种大功率放大器是昂贵而效率低下的。

因此，高的功率峰均比可能是OFDM系统的一个问题。上面提到的与高功率峰均比的值相关的效率问题进一步带来了非最优的能耗。在通信系统，特别是上行链路中，由于移动终端的能量源有限，能耗常常是一个重要的因素，下行链路中也是同样的情况。高的功率峰均比也会导致发射机电路发热并因此导致能量损失。

降低发射信号功率峰均比(PAPR)的方法会使得发射设备更便宜而且还能节约功率。在后面的叙述中，PAPR会被视为总的PAPR。

与PAPR相关的问题和降低PAPR的技术在现有技术无数的出版物和专利中已经阐述过了。一些解决现有技术的解决方案基于牺牲数据率(带宽)的编码方式。另外一些解决方案基于加扰或者是相位控制技术，而这些技术以传输繁冗的辅助信息为代价。第三种解决方案被称为载波预留方法，是在没有使用的子载波中插入信号来降低峰值功率。在无线系统中，由于这些子载波可能以其它方式被用于数据传输，这种方案会导致额外的功率和带宽的消耗。最后，还存在第四种被称为非双射星座图(non-bijective constellation)方法的解决方法。

在上面这些现有技术的解决方案中，第三种方案，即载波预留方法与第四种解决方案，即非双射星座图方法在现有技术文献[1]和[2]中的示例跟本发明的内容最为相关。说明书的最后有一个现有技术文献的列表。

然而，如果考虑到高效率使用像子载波的利用率和传输功率的利用率这些无线资源，上述现有技术用来降低PARR的方法并非最优的。例如，在载波预留方法中，一些载波被预留来传输某些信号，这些信号用于降低总的OFDM信号的PAPR，亦即降低PAPR总值。这种方法可能会降低PAPR，但同时也存在一些缺点。其中一个缺点是某些载波只能传输用于降低PAPR的信息而不能传输有用的数据信息，这会降低系统的吞吐量。另一个缺点是总的传输功率中有一部分功率需要被用在这些预留的载波上而不是将所有的传输功率使用在携带信息的所有载波上。

此外，上面提到的现有技术的解决方案还有一个缺点，那就是这些方法并未考虑到这样一个事实，即PAPR并不总是一个很高的数值，因此系统并不总存在PAPR的问题。在蜂窝系统的多用户下行链路中，基站发射机的传输功率通常被某一个确定的最大功率标准所限制。但是，总的来说功率随时间波动，基站并不是总是在接近其最大发射功率的功率水平上发射。甚至对于拥有确定动态范围的固定功率放大器来说，并不总是存在与PAPR相关的问题。在上述现有技术的解决方案如载波预留方法中，不管是否有必要降低PAPR，载波始终被预留来降低PAPR。在低PAPR水平的情况下，这是对无线资源的浪费。

正如在现有技术文献[3]中所显示的，上面提到的一些问题已经被解决了。文献[3]揭示了一种在发射机中降低PAPR的方法，该方法在OFDM信号的PAPR高于某个参考值时，反转信道编码数据中一个预先确定的比特。在接收机中，用多个部件中的一个信道解码电路来检测发送的信号。该信道解码电路意图通过解码接收到的信号来对由于发射机中的比特反转造成的失真进行补偿。

现有技术文献[3]中的解决方案由此解决了上面提到的一些问题，但在综合考虑降低PAPR和接收机中接收的信号质量来说仍然不是最优的方案。由此现有技术文献[3]中的解决方案提出了PAPR的精确度降低的问题以及与接收机中检测所接收信号信息相关的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能解决上述问题的降低PAPR的方法。

因此，本发明意在提供一种比现有技术更有效的降低PAPR的方法，与此同时还能够提供对接收机中信息信号的高质量检测。

当判定有必要降低PAPR时，本发明的发明目的通过一种发射机执行下列步骤的方法来实现：

在考虑所述PAPR总值的情况下，判断所述编码信息信号的比特子集中的每一个比特是否需要反转；

反转每一个判定要反转的比特，由此产生经过比特反转的编码信息信号；

对指示符设置值来指示至少有一个比特已经被反转，并

发送所述经过比特反转的编码信息信号和所述指示符到接收机；

反之，如果判定没有必要降低PAPR，所述发射机执行以下步骤：

对指示符设置值来指示没有比特被反转，并

发送所述编码信息信号和所述指示符到接收机。

本发明的发明目的也可以通过一种接收机执行下列步骤的方法来实现：

接收从所述发射机发送的输入信号和指示符，所述输入信号包括至少一个可能反转比特；

检测所述指示符的值，并

基于所述指示符的值检测所述输入信号。

本发明的发明目的同样可以通过一种在判定有必要降低PARA时用来执行下列步骤的发射机来实现：

在考虑所述PAPR总值的情况下，判断所述编码信息信号的比特子集中的每一个比特是否需要反转；

反转每一个判定要反转的比特，由此产生经过比特反转的编码信息信号；

对指示符设置值来指示至少有一个比特已经被反转，并

发送所述经过比特反转的编码信息信号和所述指示符到接收机；

反之，如果判定没有必要降低PAPR，所述发射机执行以下步骤：

对指示符设置值来指示没有比特被反转，并

发送所述编码信息信号和所述指示符到接收机。

本发明的发明目的也可以通过一种用来执行下列步骤的接收机来实现：

接收从所述发射机发送的输入信号和指示符，所述输入信号包括至少一个可能反转比特；

检测所述指示符的值，并

基于所述指示符的值检测所述输入信号。

本发明的发明目的同样可以通过一种包括至少一个如上面所述的发射机和/或接收机的通信系统来实现。

根据本发明，降低PAPR的方法的特点在于只在真的需要降低PAPR时才会执行相关操作。并不需要像现有技术的某些解决方案那样为了降低PAPR持续地预留很多无线资源。因此，可用的无线资源将得到更有效的利用。

进一步地，根据本发明提供的降低PAPR的方法中，比特子集会被预先定义或者选择，而比特子集中的每一个比特都会被评估是否应该被反转。该评估会考虑到某一个比特可能的反转会对输出信号PAPR总值产生怎样的影响。根据本发明，这些评估或多或少会以一种详尽的方式执行，因此本发明能得到一个很准确的PAPR降低结果。

而且，根据本发明，会有一个指示符会被设置并传送到被传信号的每一个接收机。该被设置的指示符显示了比特反转是否进行。接收机可以用这一信息来增强接收机中检测过程的性能。本发明因此改进了接收机对编码信息信号的检测质量。

在本发明的实施例中使用了用户指定的指示符，这就使得发射机选择比特反转在那些接收机上使用变得可能。由于不同的用户处于不同的通信环境以及不同的接收机具有不同的检测比特反转信号的能力，这种方法是具有优势的。通过使用一组标记和用户指定的指示符，降低PAPR的方法就可以适用于多用户的环境。

进一步的，使用用户指定的指示符使得每一个用户都知道发送到特定用户的信号是否发生了比特反转。通过这种方法，在接收信号没有发生比特反转的情况下，接收机就不用强制尝试检测接收信号是否进行了反转；但是若在单独的一个指示符用于所有的接收机时就需要接收机来检测接收信号是否进行了反转。因此，既然接收机检测被改进了，用一组用户指定的指示符就能够改进系统的吞吐量。

在本发明的实施例中，混合自动重传(Hybrid Automatic Repeat Request，H-ARQ)被用于系统中当使用H-ARQ技术时，本发明对每一个重传使用了不同的子集或不同的映射。这样的好处是增加了传输/重传的分集增益，这一点是非常有益的，因为它增加了有效码率。

在本发明的实施例中，可以这样选择子集：将符号比特包括在该子集中。将符号比特包括在子集中带来了有益效果，当该符号比特被反转时对PAPR总值，也就是说传输信号的PAPR值带来了巨大的影响。

根据本发明的另一个实施例，子集会被发射机预先定义或者自适应选择。也可以这样选择子集，该子集的比特均匀的分布在所使用的载波中。另一种可能选择子集的方法是只有那些在良好的接收条件如好的信噪比(SNR)下发往接收机的比特才发生反转。不同的选择使用的子集的方法有不同的好处。选择子集的多重可能性带来了这样的好处，即一种可能选择就能导致良好的降低PAPR。

为了详细说明本发明降低PAPR的实施方式和有益效果，下面将结合附图和较佳实施例进行说明。

附图说明

图1是本发明实施例的发射机示意图。

图2是系统所使用的多用户频分复用(FDM)示意图。

图3是本发明实施例的接收机示意图。

图4是16-QAM调制的星座图。

图5是本发明实施例评估性仿真结果示意图。

图6是本发明实施例方法的流程图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种比上述现有技术中解决方案更精确的降低PAPR的方法。

在本发明实施例的发射机中，发射的比特中有一个预先定义的子集被定义为进行比特反转的候选比特子集。比特反转的意思是比特“0”被比特“1”所替换，比特“1”被比特“0”所替换。根据本发明的实施例，当PAPR超过门限值时，发射机调用降低PAPR的过程并判定预先设定的子集中的每一个比特是否应该反转。是否反转要根据对最终的OFDM信号(符号)的PAPR总值进行的评估来判定。

既然所有的载波都可被用于传输信息，与现有技术的解决方案如载波预留方法相比，使用比特反转的方法来降低PAPR的方法能使无线资源的浪费降低不少。进一步地，当考虑最终的PAPR值时，判定子集中的每一个比特是否反转会使得根据本发明技术方案高效地降低PAPR，因为在比特反转时可以选择对一个或多个对最终的PAPR值有重大影响的特定的比特进行选择。因此，根据本发明提供的方法，将能够精确的确定子集中的每一个比特是否应该反转，而这一点也能带来有益效果。

这里传输比特的子集并非以在其所在位置上不能传输数据的这种方式进行“预留”。而是，在这些预先定义位置上传输的比特将随机进行反转。只用在PAPR要求相应方法时比特反转才会发生。从无线资源的角度看，本发明技术方案是存在有益效果的。

这种不时的判定是否需要进行反转的方法与使用打孔技术(puncturing)的系统中对编码数据消息进行随机打孔的方法相似。反转比特的方法与打孔技术的差异在于进行的是比特反转而不是打孔技术中的比特删除。进一步地，当打孔技术使用时，接收机会在发射机删除比特的位置加上“0”比特。在解码器中，通过信道编码的能力将这些被打掉的比特恢复。

进一步地，本发明实施例所提供的发射机可以传输包括至少一个比特的标记，该标记作为辅助信息显示在当前的OFDM符号中是否发生了比特反转。频域中进行多用户调度，即频分复用时，该标记被广播以告知所有接收机从当前OFDM符号而来的接收数据是否发生了比特反转。进一步地，在多用户情况下，当使用用户指定标记时，会有一些比特用在该标记上，这些用户指定的标记会被传送到每一个特定的用户以告知该用户在传输给该用户的信息中是否发生了比特反转。

接收机收到比特反转信号，并知道由随机比特反转所判定的预先定义的子集时，有至少两种方法可用于检测：

1、进行平常的检测，并忽略任何比特都可能进行了反转这一情况。

2、以特殊的方法处理比特子集，用已有的信息即在检测中可能发生了比特反转。

本发明用上述的第二种方法进行检测，即在接收机的检测过程中使用了与发射机发送的比特反转相关的信息。

对于接收机来说，知道所接收的任何比特是否发生了反转当然是一个很大的好处。特别是如果接收机知道所定义子集中的哪些比特可能发生了反转，那么接收机在进行信道解码时与接收到的其它比特相比会对这些比特的依赖小一些。这就是说如果接收机知道哪些比特已经被反转了，而且反转比特在接收信号中的位置也已知，那么接收机可以利用这一信息来进行更有效和更精确的信道解码。

图1是本发明实施例的发射机示意图。在发射机中，信道编码器将信息比特序列转换为编码比特序列。这些编码比特(通过交织、映射到子信道和调制星座符号)被映射成传输比特。通常，信道编码器会在信息比特中加入冗余比特用于差错校正。卷积码、分组码、Turbo码和低密度奇偶校验(low DensityParity Check，LDPC)码就是这样的码。本领域中一般技术人员都很清楚，任何差错校正码都可以在信道编码中使用，这是基础的知识。

传输比特的最终序列中被预先定义的子集成为比特反转的候选。所说的比特反转即“0”比特变成“1”比特或者反之。预先定义的子集可以通过一个先前的定义进行设置，即该子集总是固定的并为发射机和接收机所共知，或者通过信令进行设置，即发射机选择子集和信号作为发送到接收机的信息以显示会使用的特定子集。子集信息的信令可以通过辅助信道、广播信道、控制信道或其它类似的信道来传输。

然后发射机通过对最终信号(即OFDM符号)的PAPR进行评估来判定对传输的每一个比特是否应该进行比特反转。根据本发明，可以通过一些方法来判定比特子集中的多个比特中的一个是否应该被反转。可以通过详尽的搜索，即检查使用的子集中比特反转和不反转的所有可能组合，然后验证这些组合产生的OFDM符号的PAPR，来判定。也可以通过使用某些次优的可能是迭代的算法来判定。这样的次优算法可以通过评估每一个比特对PAPR的影响来判定该比特的值。次优算法更适宜按照顺序来判定每一个比特的值，以便子集中的第一个比特会被首先确定是否发生了反转，并被赋予判定后的值，然后子集中的第二个比特被判定是否发生了反转，以此类推。在做每一个判定时都考虑到了它们对输出信号的PAPR总值的影响。

根据本发明，对比特子集中的比特的一个或者一些进行这样智能的选择对于降低PAPR有积极的影响。这种方法比现有技术文献[3]中提出的降低PAPR的方法要更有效。

根据本发明，发射机将发送作为辅助信息的标记来显示在当前OFDM符号(或者是OFDM符号的复用)的发送比特是否发生了比特反转。标记消息可以是向所有用户广播的1比特标记，也可以是用户指定的单独发送给每一个用户的标记。在下面将会提到，至少容纳一个比特的标记会被单独发送到每一个用户，因此，用在这些标记上的比特总数与被发送了单独的标记的接收机总数相符合。

当指示符的标记被单独发送到每一个接收机时，发射机向每一个接收机单独发送一组接收机指定的标记，每组标记通常每个1比特并作为辅助信息发送，用以显示在子载波中是否发生了比特反转，这些子载波承载当前发送往特定接收机的OFDM符号中的数据。如下面所描述的，这种方法在多用户环境中是非常有用的。

图2是系统所使用的用户频分复用示意图。在多用户环境中，系统内有许多用户，这同样意味着有很多接收机。在某个指定的时刻，这些不同的用户通常可能具有不同的接收环境。对传送给所有的这些用户的信号进行比特反转并非总是一种最佳的解决方案，特别是因为接收机中比特反转会导致轻微的解码性能降低。如果某些接收机的接收环境很差，对这些特定用户进行比特反转所带来的轻微退化会叠加在这样的接收问题上，因此这是很不利的。

在多用户环境中，根据本发明提供的方案，诸如基站收发信机(BTS)、基站(NodeB)或者其它类似的发射机，可以在这些接收机中选择可以对编码信息信号进行比特反转的接收机。可以对发送到所有接收机上的编码信息信号上进行比特反转，也可以只对发送到有限数量接收机上的编码信息进行比特反转。

也就是说，可以这样选择被反转的比特子集，以便比特反转只发生在发往一部分接收机的比特中，而非发生在发送到所有接收机的比特中。使用这种方法，发射机可以控制系统中哪些用户必须进行比特反转。通常，如果接收机不能对具有已经反转比特的信号进行正确的检测，那么比特反转将不会在发送往这些接收机的信号上进行。具体地说，在本发明的实施例中，如果信号传送到的接收机的信噪比很差，就不宜对该信号进行比特反转。相反，如果信号传送到的接收机的接收条件很好，如有很好的信噪比，那么在该信号上适合进行比特反转。对那些应该进行比特反转的用户所进行的选择增加了系统的总吞吐量。

为了最大程度的利用可由用户选择的比特反转，仍有进一步的优化问题需要解决。如果使用了用户选择的比特反转，而且比特反转将在传送到的一部分而非所有的接收机的信号上进行，那么只要所有的接收机都用一个指示符，该指示符就必须被选中以表示发生了比特反转。因此，对于接收到比特反转信号的接收机来说，指示符所显示的指示是正确的，而对于接收到没有进行比特反转信号的接收机来说，指示符所显示的指示是不正确的。

如果接收机认为在所接收到的信号上发生了比特反转，即使实际上并没有发生，该接收机就会像该信号已经发生了比特反转一样对它进行加权和解码。这会导致接收性能和整体的系统吞吐量的退化。

根据本发明的实施例，在多用户情况中，用户特定的指示符从发射机发送到每一个接收机，该指示符显示发送到特定用户的信号中什么位置发生了比特反转。当然，许多用户特定的指示符可以有相同的取值，如果发射机以相同的方式处理这些用户的信号。像标记这样的用户特定指示符使得每一个用户根据接收到的信号是否发生了比特反转的信息来对接收信号进行加权和/或解码成为可能，这种可能性通过多用户系统中与使用单独的标记相关的问题得以缓和而实现。因此使用一组用户指定指示符增强了接收性能和系统的吞吐量。

对于在一个OFDM符号中进行频分复用的用户，可以通过使用发送给接收机的指示符来指示一些接收机的信号由于采用比特反转来降低PAPR而受到了影响。与将比特反转适用于不同用户检测比特反转信号的能力一样，将比特反转适用于系统中不同用户的需求也能带来很大的有益效果，如导致得到高质量的最终信号。

如果像混合自动重传这样的重传技术在系统中使用，对于每一个重传来说，编码比特与传输比特之间的映射可以是不同的。依靠这种变化的映射，在每一个重传中，受控于可能的比特反转的编码比特也会发生变化，并因此导致了能增加有效码率的编码消息的分集。该映射可以预先定义并依靠于H-ARQ的传输/重传编号。使用这种方法，接收机只要知道传输/重传的编号就能够知道哪个或者哪些比特可能被反转了。

根据本发明的另一个实施例，在每一个ARQ传输/重传中使用不同的预先定义子集。根据每一个传输/重传的编号可以预先定义子集，因此接收机只要知道传输/重传的编号就可以知道哪个或哪些编码比特可能被反转了。

因此，包括了重传的实施例具有分集优势并增加了有效码率。

图3是本发明实施例的接收机示意图。本发明中的接收机通过现有信息或者发射机发射的信令知道传输比特的预先定义子集。接收机因此知道受控于可能的比特反转的比特子集，并因此通过一般的检测或者通过特殊的方法对特定的比特子集进行处理来对接收信号进行检测。

在一般的检测流程中，接收机简单的忽略了比特可能已经被反转了这一事实。反转比特可能会由于所使用的差错校正编码的鲁棒性而被信道解码器所校正。进行反转的比特与由于噪声传输信道导致的错误传输的比特采用相同的方式进行处理。

本发明使用的是对比特子集进行特殊处理流程的方法。接收机因此根据现有信息来确定子集中的可能被反转的比特。在对信号进行信道解码前，这种信息可以被用于给接收信号的软检测值分配较低的权值。这种对可能反转的比特分配较低权值的方法增强了接收机信道解码的效率。

这种使用权值分配方法和使用打孔技术的系统中的接收机进行的比特加权相似。在使用打孔的接收机中，会在发射机中比特被打孔的位置上补上了很多比特。这些补上的比特与信号中其它的比特相比被分配了更低的权值。通常，由于完全不知道所加入比特的值，这些加入的比特被分配了零权值。然后开始对该信号进行信道解码。在使用打孔技术的系统中，解码前的加权带来了很多解码效率方面的好处。像使用打孔技术系统中的加权一样，本发明中比特加权有着由加权步骤带来的同样明显的好处。即使打孔技术，亦即在发射机中删除比特，在接收机中增加比特，在本发明提出的降低PAPR的方法中并未使用

图4是16-QAM调制的典型星座图。通过对星座图的研究可以理解对同一个符号中的不同比特进行反转可以对输出信号产生不同的影响，并因此对输出信号的PAPR造成不同的影响。这一点将在后面描述。星座图中的每一个符号有四个比特。可以看出，在星座图的左半部分，在Q轴的左边，与星座点相关的每一个符号的第一个符号比特都是“0”。相反，在星座图的右半部分，在Q轴的右边，与星座点相关的每一个符号的第一个符号比特都是“1”。类似地，在星座图的上半部分，与星座点相关的每一个符号的第三个符号比特都是“0”。相反，在星座图的下半部分，与星座点相关的每一个符号的第三个符号比特都是“1”。对于所有的符号来说，在星座图的同半个平面上，符号的这些比特有着相同的取值，而在另一半平面上这些比特有着不同的取值，这样的比特被视为符号比特。

根据本发明的实施例，被反转的比特子集可以被这样的方式选取，该子集中包括了符号比特。带来的好处是这样一个符号比特的反转导致从星座图某半个平面的星座点移动到相反平面的星座点上这种到星座图另半个平面的星座点的移动所经历的很长的欧几里得(Euclidean)距离会对输出信号产生很大的影响，并因此对PAPR也产生很大的影响，这个影响要比在同样半个平面星座点之间短的欧几里得距离移动产生的影响大得多。

作为与图4中16-QAM星座图相关的示例。如果将符号“0000”的第一个比特进行反转，我们可以得到一个比特反转的符号“1000”。如果将符号“0000”的第二个比特进行反转，相应的我们可以得到一个比特反转的符号“0100”。从星座图中很容易看出，该符号的第一个比特反转导致的在星座点之间移动的欧几里得距离要比第二个比特反转导致的欧几里得距离长。表示符号“0000”和“0100”的星座点在星座图上彼此相邻，相反，表示符号“0000”和“0100”的星座点在星座图上处于相邻的位置。相比较相邻星座点之间的移动，移动到相对半个平面很可能对最终的信号，并因此对信号的放大有着更大的影响。

根据本发明，在选择子集时考虑到这个因素，因而由于子集中的比特反转而获得了所需的PAPR下降值。

在这里使用了格雷(Gray)映射的16-QAM调制方案来验证符号中不同比特对PAPR的影响。当然，这也适用于其它调制方案，在这些调制方案中呈现了不同的比特，星座点与PAPR之间的相对关系。所以，本方案同样适用于所有本质上这样定义了星座点和映射的调制方案，使得在该定义中调制符号中至少一个比特的反转导致了星座点从一个象限到另一个象限的变化。换而言之，本方案适用于所有有符号比特的调制方案。本发明从本质上可应用于任何的调制方案而不限于16-QAM调制。本发明也应用于采用和格雷映射不同映射方式的调制方案，只要该映射方式定义中有符号比特。

根据本发明的实施例，发射机可以自适应的选择被认为将被反转的比特子集，然后向接收机发送该子集的识别信息。当发射机自适应的选择将被用到的子集时，该发射机在考虑不同比特对降低PAPR的影响(在上文已经阐述)的同时也会考虑到瞬时的PAPR环境。根据本发明，依靠上面的方法，发射机能够以非常精确的方式使得降低PAPR的过程适用于系统中瞬间的PAPR环境。

进一步地，根据本发明提供方法中的步骤，可以判定应该反转子集中哪个或哪些比特。从上面的讨论可知，在预先确定的比特子集中选择不同的比特来反转可以导致PAPR不同的变化。既然不同比特的反转会在星座图上产生不同的移动，那么子集内不同比特的选择也会对降低PAPR产生影响。因此，根据本发明，如果在选择子集哪个或哪些比特进行反转的同时考虑了输出信号PAPR总值，就可以非常有效的降低PAPR。

进一步地，也可以这样选择子集，该子集的比特在所使用的载波中均匀的分布开。这种方法对PAPR总值，即输出信号的PAPR有积极的影响。

下面将要描述分别使用了本发明中所叙述的发射机方法步骤和接收机方法步骤的发射机和接收机。

本发明中发射机用以判定是否需要降低PAPR。进一步地，在考虑到PAPR总值的情况下，发射机对子集中所选的比特进行比特反转、并发送经过比特反转后的信号和比特反转指示符。

根据本发明，接收机用于接收在发射机可能进行了比特反转的输入信号。进一步地，接收机用于检测指示符的值并根据该值检测输入信号。

本发明中所说的发射机和接收机可以适用于进行本发明所述任何步骤的操作。当然，这些步骤分别涉及发射机和接收机，这只是微不足道的条件。本发明同样包括一个通信系统，该通信系统至少包含了本发明所述发射机和接收机其中之一。

图5是本发明评估仿真结果。在仿真中假定本发明降低PAPR的方法应用于所有的OFDM符号，因此并未使用应用了辅助信息标记的on/off开关。

在每一个子信道上，进行了256子信道和16-QAM调制的OFDM符号仿真。降低PAPR时使用了8个符号比特和4个子信道。

图5显示了PAPR性能的提高。可以注意到，使用本发明提供的方法，99.9％的OFDM符号的PAPR值小于9.5dB，而使用现有技术中的“载波预留”方法，PAPR值大约为9.9dB，如果参照系统没有使用降低PAPR的技术，PAPR值为10.5dB。因此，与没有降低PAPR时的参照发射机相比，本发明中使用的发射机可以获得的功率回退低了1dB。实际应用中，即使线性放大器能保证保持最大功率水平，这也意味着平均功率可以提升1dB。进而意味着网络中的用户与参考系统中的用户相比会获得高1dB的信噪比体验。

可以注意到辅助信息的传输花销与性能曲线并不相关。然而，与OFDM符号中传输的数据比特的数量相比，用以表示是否发生了比特反转的单个标记(所有的用户一个比特或是每个用户一个比特)的传输数量常常显得微不足道。

接收机并不能完全补偿接收机中对反转比特进行检测所造成的损失。然而，对于本发明来说，以分组差错率形式(BLER)表现的损失在0.01BLER处也不过0.2dB。可以注意到，由于在所有的OFDM符号中使用了降低PAPR的方法，因此BLER值显示的是BLER退化最严重的情形。

因此，为了维持BLER性能，接收机必须提高0.2dB的平均功率。既然降低PAPR能带来大约1dB的增益，那么PAPR增益的净值就是0.8dB

图6是本发明实施例发射机方法步骤的流程图。在流程图的第一步中，发射机根据PAPR总值，即输出信号的PAPR值判断是否需要降低PAPR。

如果判定有必要降低PAPR，则在接下来的步骤中，在考虑到PAPR总值的情况下，发射机首先判定编码信息信号的比特子集中的每一个比特是否需要被反转。然后，在接下来的步骤中，发射机反转每一个被判定反转的比特。由此发射机产生了比特反转编码信息信号。进一步地，发射机会设置至少一个指示符的值以显示至少有一个比特被反转，并在后面的步骤中向至少一个接收机发送比特反转编码信息信号和至少一个指示符。

如果认为没有必要降低PAPR，发射机就直接跳到设置指示符的值以显示没有比特被反转，接着向接收机发送没有进行比特反转的编码信息信号以及指示符。这也是在权利要求中为什么使用“可能的峰均功率”这一措词的原因，这里“可能的”意味着在需要时才会降低PAPR。

与上面所述的示范性实施例相比，本发明降低PAPR的方法可以为本领域中一般技术人员所修改。

现有技术文献

[1]M.Sharif，C.Florens，M.Fazel，B.Hassibi，″Amplitude and SignAdjustment for Peak-to-Average-Power Reduction(用于降低功率峰均比的振幅和符号调节)″，IEEE Transactions on Communications，Vol.53，no.8，August 2005.

[2]B.S.Krongold and D.L.Jones，″PAR Reduction in OFDM via ActiveConstellation Extension(OFDM中通过主动星座扩展降低PAR)″，IEEETransactions on Broadcasting，Vol.49，no.3，September 2003.

[3]US patent application(美国专利申请)US 2006/0120269 A1，Nam-Il Kimet al.

Claims (37)

1.一种在包括了发射机和接收机的多载波通信系统中降低可能的功率峰均比PAPR的方法，所述方法根据PAPR总值来判断是否需要通过所述发射机发送到所述接收机的编码信息信号中至少一个比特的反转来降低PAPR，其特征在于，如果判定需要降低PAPR，所述发射机将会执行以下步骤：

在考虑所述PAPR总值的情况下，判断所述编码信息信号的比特子集中的每一个比特是否要反转；

反转每一个判定要反转的比特，由此产生经过比特反转的编码信息信号；

对指示符设置值来指示至少有一个比特已经被反转，并且

发送所述经过比特反转的编码信息信号和所述指示符到接收机；

反之，如果判定没有必要降低PAPR，所述发射机执行以下步骤：

对指示符设置值来指示没有比特被反转，并且

发送所述编码信息信号和所述指示符到接收机。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述编码信息信号或所述经过比特反转的编码信息信号从所述发射机发送到所述系统中的至少两个接收机。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述对指示符设置值的步骤包括对所述指示符设置唯一的值用于所有从所述发射机接收信号的接收机，表示比特反转被用于所有接收机中。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述唯一的值被广播到所有接收机。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述对指示符设置值的步骤包括对每一个接收机设置一个接收机特定值来指示该特定的接收机中是否使用了比特反转。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述接收机特定值被发送到所述的每一个接收机。

7.根据权利要求2所述的方法，其中选择所述比特子集，以便在发送给一定数量接收机的比特中进行可能的比特反转，所述一定数量接收机的数量少于接收所述发射机信号的所有接收机的数量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中选择所述比特子集，以便在发送给接收条件良好的接收机的比特中进行可能的比特反转。

9.根据权利要求7所述的方法，其中选择所述比特子集，以便在发送给信噪比SNR高的接收机的比特中进行可能的比特反转。

10.根据权利要求1所述的方法，所述比特子集是固定的并为所述发射机和接收机所知。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述比特子集包括所述多载波通信系统中至少一个载波的至少两个比特。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述比特子集中的所述比特在所述多载波通信系统中的载波上均匀分布。

13.根据权利要求1所述的方法，其中比特子集是可变的。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述发射机选择将要使用的所述比特子集。

15.根据权利要求14所述的方法，其中与所述被选的比特子集相关的信息从所述发射机发往所述接收机。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统使用重传错误校正，并且对不同的重传使用不同的比特子集。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统使用重传错误校正，并且在每一个重传中，从编码比特到传输比特的映射不同。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中所述重传错误校正是混合自动重传HARQ。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述判断所述比特子集中的每一个比特是否要反转的步骤包括：在所述比特子集中的每一个比特反转与不反转的所有相关组合中选择一个组合，并且所述选择基于所述PAPR总值。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述判断所述比特子集中每一个比特是否要反转的步骤包括基于PAPR总值顺序地判断每一个比特是否要反转。

21.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述编码信息信号的所述比特子集是基于所述比特子集中比特的反转对所述PAPR值的潜在影响。

22.根据权利要求21所述的方法，其中选择所述编码信息信号的所述比特子集，以便所述比特子集中至少一个比特的反转导致调制方案中的星座点发生变化，该星座点从一个象限中的星座点变到另一个象限中的另一个星座点。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述比特子集包括至少一个符号比特。

24.根据权利要求1所述的方法，其中在所述发射机的信道编码器之后并在所述发射机的映射器之前的位置进行所述比特反转。

25.根据权利要求1所述的方法，其中在所述发射机的映射器之后的位置进行所述比特反转。

26.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述PAPR总值超过了PAPR门限则判定需要降低PAPR。

27.一种在包括了发射机和接收机的多载波通信系统中降低可能的功率峰均比PAPR的方法，所述方法根据PAPR总值来判断是否需要通过所述发射机发送到所述接收机的编码信息信号中至少一个比特的反转来降低PAPR，其特征在于，所述接收机执行以下步骤：

接收从所述发射机发送的输入信号和指示符，所述输入信号包括至少一个可能反转比特；

检测所述指示符的值，并且

基于所述指示符的值检测所述输入信号。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述检测所述指示符的值的步骤包括检测向接收所述发射机信号的所有接收机广播的唯一值。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述检测所述指示符的值的步骤包括检测发送到至少一个特定接收机的接收机特定值。

30.根据权利要求27所述的方法，其中如果所述指示符的检测值显示进行过比特反转，则所述检测输入信号的步骤包括在信道解码前对输入信号的比特进行加权。

31.根据权利要求30所述的方法，其中基于所述指示符的值进行所述加权。

32.根据权利要求31所述的方法，其中进行所述加权，以便所述包括可能反转比特的比特子集中至少有一个比特被分配低权值。

33.根据权利要求27所述的方法，其中接收并检测与所述包括可能反转比特的比特子集相关的信息。

34.一种在包括了发射机和接收机的多载波通信系统中用于降低可能的功率峰均比PAPR的发射机，所述发射机被设置成根据PAPR总值来判断是否需要通过所述发射机发送到所述接收机的编码信息信号中至少一个比特的反转来降低PAPR，其特征在于，如果判定需要降低PAPR，则所述发射机被设置成执行以下步骤：

在考虑所述PAPR总值的情况下，判断所述编码信息信号的比特子集中的每一个比特是否要反转；

反转每一个判定要反转的比特，由此产生经过比特反转的编码信息信号；

对指示符设置值来指示至少有一个比特已经被反转，并且

发送所述经过比特反转的编码信息信号和所述指示符到接收机；

反之，如果判定没有必要降低PAPR，所述发射机被设置成执行以下步骤：

对指示符设置值来指示没有比特被反转，并且

发送所述编码信息信号和所述指示符到接收机。

35.根据权利要求34所述的发射机，其中所述发射机进一步被设置成：

向所述系统中至少两个接收机发送所述编码信息信号或所述经过比特反转的编码信息信号，并且

设置所述指示符，以便对每一个所述接收机设置一个接收机特定值来指示该特定用户是否使用了比特反转。

36.一种在包括了发射机和接收机的多载波通信系统中用于降低可能的功率峰均比PAPR的接收机，所述接收机被设置成根据PAPR总值来判断是否需要通过所述发射机发送到所述接收机的编码信息信号中至少一个比特的反转来降低PAPR，其特征在于，所述接收机被设置成执行以下步骤：

接收从所述发射机发送的输入信号和指示符，所述输入信号包括至少一个可能反转比特；

检测所述指示符的值，并且

基于所述指示符的值检测所述输入信号。

37.一种在包括了发射机和接收机的多载波通信系统中用于降低可能的功率峰均比PAPR的电信系统，所述发射机被设置成根据PAPR总值来判断是否需要通过所述发射机发送到所述接收机的编码信息信号中至少一个比特的反转来判断是否需要降低PAPR，其特征在于，所述电信系统包括以下部件中至少之一：

发射机，其被设置成如果判定需要降低PAPR就执行以下步骤：

在考虑所述PAPR总值的情况下，判断所述编码信息信号的比特子集中的每一个比特是否要反转；

反转每一个判定要反转的比特，由此产生经过比特反转的编码信息信号；

对指示符设置值来指示至少有一个比特已经被反转，并且

发送所述经过比特反转的编码信息信号和所述指示符到所述接收机；

反之，如果判定没有必要降低PAPR，所述发射机被设置成执行以下步骤：

对指示符设置值来指示没有比特被反转，并且

发送所述编码信息信号和所述指示符到接收机，和；

接收机，其被设置成执行以下步骤：

接收从所述发射机发送的输入信号和指示符，所述输入信号包括至少一个可能反转比特，

检测所述指示符的值，并且

基于所述指示符的值检测所述输入信号。

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