CN101682446B - 用于改进ofdm或ordma通信系统中的papr的方法和装置 - Google Patents

Abstract

最佳PAPR选择和数据输出模块(60)包括循环移位模块(61)、求和模块(62)、PAPR计算模块(63)、数据输出模块(64)、和控制模块(65)。循环移位模块(61)根据由控制模块(65)输入的循环移位信息循环地移位以输出通过P/S转换模块50转换成串行数据序列的每组数据序列。循环移位信息是每组数据序列应当循环地移位的间隔的信息。

Description

用于改进OFDM或ORDMA通信系统中的PAPR的方法和装置

技术领域

本发明涉及OFDM(正交频分复用)或OFDMA通信系统，尤其涉及用于减小OFDM/OFDMA通信系统中的峰值功率-平均功率比(PAPR)的方法和装置。

背景技术

通常，OFDM方案被广泛地用于有线/无线通信领域。该OFDM连同CDMA(码分多址)是通信领域中讨论最频繁的方案。但是，OFDM或CDMA系统具有比其它通信系统差的PAPR。在通信系统中，发射机的输出放大器的性能主要取决于PAPR。如果PAPR增大，则输出放大器的线性区间将相应地变宽。这导致了效率低的通信。

PAPR在OFDM系统中的重要性要远大于其在CDMA系统中的重要性。其原因如以下所解释的。在CDMA系统的情况中，由于在时域中将用户信号加起来，因此能够通过在时域中操纵用户信号来递送用户信号。另一方面，在OFDM系统的情况中，用户数据存在于频域中。因此，应当执行频域与时域之间的转换以得到时域中的PAPR。具体地，域转换工作应当与在OFDM系统中使用各种候选码或方案选择最小PAPR的过程中的应用数成比例地进行。因此，系统复杂度可能增大。

在相关领域中，PAPR改进方案可被分成频域中的改进方案和时域中的改进方案。相位随机化方案、选择映射方案等属于频域中的改进方案。而PTS部分传送序列)方案是时域中的改进方案的代表性的一个。

图1是根据相关技术的用于解释减小频域中的PAPR的方法的框图。

现在参看图1，假定要在OFDM系统中传送的数据向量为 $\stackrel{\→}{d}={[d^0,d^1,...,d^{N-1}]}^T,$ 在时域中传送的信号可通过等式1中所示的快速傅立叶逆变换(IFFT)来获得。

[等式1] $\stackrel{\→}{s}={[s_0,s_1,...,s_{N-1}]}^T=F^{-1}\stackrel{\→}{d}$

在等式1中，F是傅立叶变换矩阵。向量

是要通过被调制成载波频率来经由天线传送的信号。传送信号向量

的绝对值的偏差被表示为PAPR。而且，PAPR可如等式2来定义。

[等式2] $\mathrm{PAPR}=\frac{\underset{k=0,...,N-1}{\max }{\left|s_k\right|}^2}{\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|s_k\right|}^2}$

如可从等式2中所见的，如果向量分量中的任一个具有异常大的值，则PAPR将增大，从而使信号特性降级。为了解决这个问题，在频域中使用的方法可表示成等式3。

[等式3] ${\stackrel{\→}{d}}_x=M_S{M}_P\stackrel{\→}{d}$

在等式3中，M_S是改变

的每个数据分量的相位分量的矩阵(移相矩阵)，M_P是在改变数据分量的序列时起作用的矩阵(位置置换矩阵)(图1中的移相和位置置换框)。

在相关技术的时域中的PAPR改进方案中，为了根据等式3对PAPR进行衰减，使用M_S和M_P的各种组合来得到时域中的信号，并且选择具有最佳性能的信号。因此，为了执行频域中的PAPR改进，应当使用大小为N的(N-sized)IFFT来得到M_S和M_P的各个组合的PAPR。并且，每次变换都增加了N log₂ N的复杂度。

与以上解释的在完成频域中的数据转换之后通过时域转换的性能改进方法不同，PTS方案能够直接改进时域中的PAPR。在PTS方案中，不将这些数据码元转换到频域的情况下将数据码元编组成预定组，并且这些组的每一个被转换到时域。在将时域中经转换的码元求和成一个之前，这些码元被分别乘以不同相位图，随后一起被求和。然而，由于PTS方案需要将码元分别乘以不同相位图的步骤，因此其可能增加了系统实现中的复杂度。

发明内容

因此，本发明涉及一种用于减小OFDM/OFDMA通信系统中的峰值功率．平均功率比(PAPR)的方法和装置，该方法和装置基本上消除了由于相关技术的局限和缺点而导致的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种用于减小OFDM/OFDMA通信系统中的峰值功率-平均功率比(PAPR)的方法和装置，藉此可降低OFDM/OFDMA通信系统中的复杂度。

本发明的另一个目的是提供一种用于减小OFDM/OFDMA通信系统中的峰值功率-平均功率比(PAPR)的方法和装置，藉此可提高实现OFDM/OFDMA通信系统的便利性。

将在以下的描述中阐述本发明的附加特征和优点，并且根据该描述将部分地显而易见，或者可通过本发明的实践而认识到。本发明的目的和其它优点将通过书面说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得。

为了实现这些和其它优点并且根据本发明的用途，如所体现和宽泛描述的，在OFDM或OFDMA通信系统中，根据本发明的减小PAPR(峰值功率-平均功率比)的方法包括：根据要被应用于从频域转换到时域的至少一个数据序列中的每一个的循环移位信息进行循环移位以输出至少一个数据序列的第一步骤；组合从该第一步骤输出的至少一个数据序列的第二步骤；计算出在该第二步骤中组合的整个数据序列的PAPR的第三步骤；以及输出与从使用不同循环移位信息重复第一到第三步骤至少一次而获得的多个PAPR中选出的特定PAPR相对应的整个数据序列的第四步骤。

为了进一步实现这些和其它优点并且根据本发明的用途，在OFDM或OFDMA通信系统中，一种用于减小PAPR(峰值功率-平均功率比)的装置包括：循环移位模块，它根据要被应用于从频域转换到时域的至少一个数据序列中的每一个的循环移位信息进行循环移位以输出至少一个数据序列；组合模块，它组合从该循环移位模块输出的至少一个数据序列；以及PAPR计算模块，它计算出由该组合模块所组合的整个数据序列的PAPR。

应当理解，前述一般描述和以下详细描述是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求权利的本发明的进一步的解释。

附图简述

被包括在本说明书中以提供对本发明的进一步理解、并结合在本申请中且构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，其与说明书一起用于解释本发明的原理。

在这些附图中：

图1是根据相关技术的用于解释减小频域中的PAPR的方法的框图；

图2是根据本发明的一个优选实施例的用于PAPR改进的传送装置的框图；

图3是图2中所示的最佳PAPR选择和数据输出模块的详细框图；以及

图4是用于比较本发明的效果与相关技术的效果的仿真结果的曲线图。

实现本发明的优选模式

现在详细参考本发明的优选实施例，在附图中示出了这些实施例的示例。

图2是根据本发明的一个优选实施例的用于减小PAPR的传送装置的框图。

参看图2，根据本发明的一个优选实施例的发射机包括S/P转换模块30、IFFT模块40、P/S转换模块50以及最佳PAPR选择和数据输出模块60。

S/P转换模块30将串行输入数据向量 $\stackrel{\→}{d}={[d^0,d^1,...,d^{N-1}]}^T$ 变换成被分成多个组的并行数据，并将冗余位分别添加到这些组的需要位置，然后输出这些组的每一个。按组划分的数据码元配置了等式4中所示的G个向量。

[等式4]

$\stackrel{\→}{d}={\stackrel{\→}{d}}_1+{\stackrel{\→}{d}}_2+\·\·\·+{\stackrel{\→}{d}}_G,$ 其中G为组的数码。

通过S/P转换模块30添加冗余位的每组数据向量 ${\stackrel{\→}{d}}_k(k=1,...,G)$ 可通过等式5给出。

[等式5]

${\stackrel{\→}{d}}_k=\{0_{1\×(k-1)N/G},d_{1+(k-1)N/G},d_{2+(k-1)N/G},\·\·\·d_{N/G-1+(k-1)N/G},0_{1\×(N-k)N/G}\}$

或者，S/P转换模块30能够在等式4中按原样输出未添加冗余位的每组并行数据序列。

IFFT模块40通过快速傅立叶逆变换(IFFT)将由S/P转换模块40输出的每组数据向量变换到时域来产生信号 ${\stackrel{\→}{s}}_k(k=1,...,G).$ P/S转换模块50将由IFFT模块40进行IFFT变换的每组并行数据序列转换成串行数据序列，并在随后输出这些串行数据序列。

最佳PAPR选择和数据输出模块60使用通过P/S转换模块50转换成串行数据序列的每组数据序列来输出与最佳PAPR相对应的所有数据序列。图3是最佳PAPR选择和数据输出模块60的详细框图。

参看图3，最佳PAPR选择和数据输出模块60包括循环移位模块61、求和模块62、PAPR计算模块63、数据输出模块74和控制模块65。

循环移位模块61根据由控制模块65输入的循环移位信息

循环地移位以输出通过P/S转换模块50转换成串行数据序列的每组数据序列。该循环移位信息

是每组数据序列应当循环地移位的间隔的信息，并且可表示为等式6。

[等式6]

$\stackrel{\→}{c}={[c_1,c_2,...,c_G]}^T$

例如，如果第k组的数据序列 $({\stackrel{\→}{s}}_k=[s_k^0,s_k^1,...,s_k^{N-1}\left]\right)$ 通过循环移位信息(c_k)来循环地移位，则结果为 ${{\stackrel{\→}{s}}_k}^{c_k}=[s_k^{N-c_k},s_k^{N-c_k+1},...,s_k^{N-1},s_k^0,s_k^1,...,s_k^{N-c_k-1}].$

循环移位模块61可通过以下方式的简单配置来实现：将由P/S转换模块50转换成串行数据序列的每组数据序列的每一个存储在存储器中并随后根据由控制模块65输入的循环移位信息改变的次序输出所存储的数据序列。

组合(求和)模块62进行求和以将从循环移位模块61输出的每组数据序列组合在一起。所有经求和的数据序列可被表示成等式7。

[等式7]

$\stackrel{\→}{s}=\underset{k=1}{\overset{G}{\mathrm{\Σ}}}{{\stackrel{\→}{s}}_k}^{c_k}$

PAPR计算模块63计算由组合模块62组合在一起的所有数据序列的峰值功率-平均功率比(PAPR)。能够以包括等式2在内的各种方法来计算出PAPR。

如以上描述所提到的，控制模块65向循环移位模块61提供循环移位信息(

)。当控制模块65向循环移位模块61提供循环移位信息时，该控制模块65较佳地提供循环移位信息，它使得参照由PAPR计算模块63计算出的PAPR而计算出的PAPR更好。较佳地，控制模块65多次提供不同的循环移位信息直至判定最佳PAPR被选中。而且，控制模块65能够控制最佳PAPR选择和数据输出模块60的整体操作。在此情况中，模块60的整体操作包括从多个PAPR计算值中选择最佳PAPR的操作、使数据输出模块64能够输出对应于最佳PAPR的所有数据序列的操作等。

数据输出模块64输出与从由PAPR计算模块63根据至少两个不同循环移位信息所计算出的PAPR值中选择的特定PAPR相对应的所有数据序列

。较佳地，由PAPR计算模块63计算出的PAPR值中的最小的一个被选为特定PAPR。

因此，为了改进OFDM或OFDMA通信系统中的PAPR，无需将数据序列乘以相位分量。所以，本发明有助于相应的实现。本发明通过时域中的操作实现PAPR的改进，由此在无需域间变换的情况下降低复杂度。作为仿真的结果，证明PAPR改进效果可获得类似于具有类似开销的另一方案的性能。图4是用于比较本发明的效果与相关技术的效果的仿真结果的曲线图。在图4中，相关技术1表示通过在不进行数据处理的情况下乘以相位分量的PAPR方案，而相关技术2表示通过在频域中使用CAZAC(等幅零自相关)序列改变相位的PAPR方案。而且，OFDM的码元大小被设置成N＝128、256、512和1024。如从图4中所见，相关技术与本发明之间几乎没有性能差异。因此，证明本发明是能够在没有诸如域变换、相位分量乘法等的计算的情况下获得相同性能。

虽然，本发明已在这里参照其优选实施例描述和示出，但是对于本领域技术人员而言，可对其作出各个更改和变化而不背离本发明的精神和范围是显而易见的。因此，本发明旨在涵盖落在所附权利要求及其等效方案的范围内的本发明的更改和变化。

工业实用性

因此，本发明的技术特征可应用于OFDM或OFDMA通信系统。

Claims (7)

1.一种用于减小OFDM或OFDMA通信系统中的峰值功率-平均功率比(PAPR)的方法，包括：

根据要被应用于从频域转换到时域的至少两个数据序列中的每一个的循环移位信息进行循环移位以输出所述至少两个数据序列的第一步骤，其中所述至少两个数据序列只被进行循环移位而不进行相位旋转；

组合从所述第一步骤输出的所述至少两个数据序列的第二步骤；

计算出在所述第二步骤中组合的一整个数据序列的PAPR的第三步骤；以及

输出与从使用不同循环移位信息重复所述第一到第三步骤至少一次而获得的多个PAPR中选出的最小PAPR相对应的所述整个数据序列的第四步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步骤包括以下步骤：

存储所述至少两个数据序列中的每一个；以及

根据所述循环移位信息输出所存储的至少两个数据序列中的每一个。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二步骤中，所述至少两个数据序列是通过对所述至少两个数据序列的相应码元求和来组合的。

4.一种用于减小OFDM或OFDMA通信系统中的峰值功率-平均功率比(PAPR)的装置，包括：

循环移位模块，它根据要被应用于从频域转换到时域的至少两个数据序列中的每一个的循环移位信息进行循环移位以输出所述至少两个数据序列，其中所述至少两个数据序列只被进行循环移位而不进行相位旋转；

组合模块，它组合从所述循环移位模块输出的所述至少两个数据序列；

PAPR计算模块，它计算出由所述组合模块所组合的整个数据序列的PAPR；以及

数据输出模块，它输出与从由所述PAPR计算模块根据不同循环移位信息计算出的多个PAPR中选出的最小PAPR相对应的所述整个数据序列。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括将所述循环移位信息传送到所述循环移位模块的控制模块。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述循环移位模块包括存储所述至少两个数据序列中的每一个的存储器模块。

7.如权利要求4或权利要求5所述的装置，其特征在于，所述组合模块通过对所述至少两个数据序列的相应码元求和来组合所述至少两个数据序列。

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