CN101771652B - 基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低papr的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR的方法及系统。该方法包括：依据OFDM系统的参数要求，确定消峰序列中的子载波数目N、子载波中的预留子载波数目L及预留子载波的位置；并给定PAPR门限值B、幅值比例因子集合R；依据PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D；依据频域理想消峰序列，获取L个预留子载波上的值，并为其他N-L个子载波分配数据0，进而确定频域消峰序列C；将频域消峰序列C进行反傅立叶变换，得到时域消峰序列c(n)，将x(n)和c(n)相减得到传输信号z(n)。本发明利用了幅值比例因子方法代替传统迭代方法来寻找最优的消峰序列，大大降低了系统的复杂度。

Description

基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR的方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法及系统。 

背景技术

正交频分复用技术(OFDM)是近几年通信领域的一个热点技术，它凭借抗干扰性能强、频谱利用率高以及强大的抗衰落能力和数据传输速率，已经被当前很多热点通信系统所采用，更被看作是下一代移动通信中的核心技术。但是OFDM技术在无线通信系统中却面临着许多需要解决的理论和实际问题，峰值平均功率比问题就是其面临的一大问题。 

相对于单载波系统而言，OFDM系统发射机的输出信号的瞬时值会有较大幅度的波动，这是因为OFDM符号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的。理论分析表明，当OFDM信号的各个子载波间统计独立时(子载波数N≥16)，其合成信号的时域波形近似于高斯分布，随着子载波数的增加，峰值功率线性增加，带来了较大的峰值平均功率比，简称峰均比(即PAPR)。若功率放大器的线性动态范围小于信号峰值的话，非线性失真会导致带内噪声和带外频谱扩展，带内噪声会导致系统误码率增大，而频谱扩展则会导致相邻信道问的干扰。因此必须采用一定的峰均比抑制技术来降 低信号的峰均比，以使发射机功率放大器高效工作，提高系统的整体性能。 

为了解决OFDM系统的峰均比问题，国内外的很多学者都做出了大量的研究，提出了很多相关算法。目前，用来降低OFDM信号PAPR算法大致可分为三大类：第一类是信号预畸变技术，典型的预畸变技术有限幅法(Clipping)、压缩扩张等技术。第二类是扰码技术，即利用不同的加扰序列对OFDM符号进行加权处理，从中选择PAPR较小的OFDM符号来传输，如选择性映射(SLM)和部分传输序列(PTS)和冗余序列插入(DSI)。第三类是编码技术，即避免使用那些会生成较大峰值功率信号的编码图样，如Golay互补序列映射(GCS)，分组编码(Block Coding)等。信号预畸变类技术的思想是直接对信号的峰值进行非线性操作，最直接，最简单。由于它采用的是非线性操作，产生了带内噪声和带外干扰，因此系统的误码率比较高。编码类技术的思想是只发送那些具有较低PAPR特性的码字，从而避免了发送那些会出现较高PAPR的码字。该类技术为线性过程，不会使信号产生畸变，因此也没有限幅类技术的缺点。但是，编码类技术的计算复杂度非常高，编解码都非常麻烦，更重要的是，这类技术的信息速率降低得很快，因此只适用于子载波数比较少的情况。信号扰码类技术，它的核心思想是降低大PAPR出现的概率，采用的也是线性变换，但是该类技术复杂度比较高，需要进行多次IFFT运算和搜索过程。 

例如，在传统的预留子载波算法中，特殊结构的频域信号C是按照遍历搜索方式来选取的。基本思想为：在N个子载波中，有L个降低峰值载波，每个降低峰值载波的幅度相位有K种(包括零)可能的取值，通过搜索L个降低峰值载波的所有幅度相位的K^L种组合，从中选择一种使得PAPR最小的最优组合。可见，这种传统的子载波预留算法共需要进行K^L次IFFT运算，且随着子载波数N的增加， 或者降低峰值载波数L的增加所需要进行的IFFT运算的次数也会明显增加，因此传统的虚载波预留算法复杂度比较大。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法及系统。基于本发明，可以在降低系统复杂度的前提下实现较理想的降低PAPR的效果。 

本发明一种基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR的方法，包括如下步骤：参数确定步骤，依据OFDM系统的参数要求，确定消峰序列中的子载波数目N、所述子载波中的预留子载波数目L及所述预留子载波的位置；并给定PAPR门限值B、幅值比例因子集合R；频域消峰序列获取步骤，依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D；依据所述频域理想消峰序列D，获取L个所述预留子载波上的值，并为其他N-L个子载波分配数据0，进而确定所述频域消峰序列C；传输信号计算步骤，将所述频域消峰序列C进行反傅立叶变换，得到时域消峰序列c(n)，将x(n)和c(n)相减得到传输信号z(n)如下：z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X为有用数据信息序列。 

上述降低PAPR的方法，优选所述传输信号计算步骤在获取z(n)后，还包括如下步骤：第一判断步骤，计算所述传输信号z(n)的PAPR值，判断所述PAPR值是否大于所述门限值B；若是，则直接输出传输信号z(n)；若否，执行频域消峰信号更新步骤；频域消峰信号更新步骤，利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′；多个传输信号z′(n)更新的步骤，将所述修改后的频域消峰信号C′进行反傅立叶变换，得到多个时域消峰序列c′(n)，将x(n)和c′(n)相减得到多个更新的传输信号z′(n)；具有最 小PAPR值的z′(n)步骤，计算所述多个z′(n)的PAPR值，选择PAPR值最小的z′(n)直接输出。 

上述降低PAPR的方法，优选所述频域消峰信号更新步骤中，所述利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′包括如下步骤：幅值比例因子序列S产生步骤，根据所述幅值比例因子集合R，随机产生多个幅值比例因子序列S；频域消峰信号C′获取步骤，所述频域消峰序列C与所述幅值比例因子序列S进行对应元素相乘，得到多个所述修改后的频域消峰信号C′。 

上述降低PAPR的方法，优选所述频域消峰信号更新步骤中，所述利用幅值比例因子集合R修改C′，获取更新的C′包括如下步骤：幅值比例因子序列S产生步骤，根据所述幅值比例因子集合R，随机产生多个幅值比例因子序列S；更新的C′获取步骤，所述C′与所述幅值比例因子序列S进行对应元素相乘，得到多个更新的C′。 

上述降低PAPR的方法，优选所述频域消峰序列获取步骤中，所述依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D包括：具有理想PAPR性能的信号序列x(n)计算步骤，将所述有用数据信息序列X进行反傅立叶变换，获取时域有用数据信息序列x(n)；依据所述PAPR门限值B，对x(n)进行限幅处理，获取具有理想PAPR性能的信号序列x′(n)，其中， $x^{\′}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}\left|x\right|e^{\mathrm{j\φ}},\left|x\right|\≤A\\ {\mathrm{Ae}}^{\mathrm{j\φ}},\left|x\right|>A\end{array}\right.;$ 频域理想消峰序列D获取步骤，依据d(n)＝x(n)-x′(n)获取时域理想消峰序列d(n)；将时域理想消峰序列d(n)经过傅立叶变换得到所述频域理想消峰序列D。 

另一方面，本发明还提供了一种基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR的系统，包括：参数确定模块，用于依据OFDM系统的参数要求，确定消峰序列中的子载波数目N、所述子载波中的预留子载波数目L及所述预留子载波的位置；并给定PAPR门限值B、幅值比例因子集合R；频域消峰序列获取模块，用于依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D；依据所述频域理想消峰序列，获取L个所述预留子载波上的值，并为其他N-L个子载波分配数据0，进而确定所述频域消峰序列C；传输信号计算模块，用于将所述频域消峰序列C进行反傅立叶变换，得到时域消峰序列c(n)，将x(n)和c(n)相减得到传输信号z(n)如下：z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X为有用数据信息序列。 

上述降低PAPR的系统，优选所述信号传输计算模块后，还连接有：第一判断模块，用于计算所述传输信号z(n)的PAPR值，判断所述PAPR值是否大于所述门限值B；若是，则直接输出传输信号z(n)；若否，执行频域消峰信号更新模块；频域消峰信号更新模块，用于利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′；多个传输信号z′(n)更新的模块，用于将所述修改后的频域消峰信号C′进行反傅立叶变换，得到多个时域消峰序列c′(n)，将x(n)和c′(n)相减得到多个更新的传输信号z′(n)；具有最小PAPR值的z′(n)模块，用于计算所述多个z′(n)的PAPR值，选择PAPR值最小的z′(n)直接输出。 

上述降低PAPR的方法，优选所述频域消峰信号更新模块中，所述利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′包括：幅值比例因子序列S产生单元，根据所述幅值比例因子集合R，随机产生多个幅值比例因子序列S；频域 消峰信号C′获取单元，所述频域消峰序列C与所述幅值比例因子序列S进行对应元素相乘，得到多个所述修改后的频域消峰信号C′。 

上述降低PAPR的方法，优选所述频域消峰信号更新模块中，所述利用幅值比例因子集合R修改C′，获取更新的C′包括如下模块：幅值比例因子序列S产生单元，根据所述幅值比例因子集合R，随机产生多个幅值比例因子序列S；更新的C′获取单元，用于所述C′与所述幅值比例因子序列S进行对应元素相乘，得到多个更新的C′。 

上述降低PAPR的方法，优选所述频域消峰序列获取模块中，所述依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D包括：具有理想PAPR性能的信号序列x(n)计算单元，将所述有用数据信息序列X进行反傅立叶变换，获取时域有用数据信息序列x(n)；依据所述PAPR门限值B，对x(n)进行限幅处理，获取具有理想PAPR性能的信号序列x′(n)，其中， $x^{\′}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}\left|x\right|e^{\mathrm{j\φ}},\left|x\right|\≤A\\ {\mathrm{Ae}}^{\mathrm{j\φ}},\left|x\right|>A\end{array}\right.;$ 频域理想消峰序列D获取单元，用于依据d(n)＝x(n)-x′(n)获取时域理想消峰序列d(n)；将时域理想消峰序列d(n)经过傅立叶变换得到所述频域理想消峰序列D。 

相对于现有技术，本发明具有如下优点： 

第一、利用了较少的空闲子载波实现较理想的降低PAPR的效果，相较于传统的预留子载波算法，提高的频带利用率； 

第二、利用了幅值比例因子方法代替迭代方法来寻找最优的消峰序列，大大降低了系统的复杂度； 

第三、和传统预留子载波算法一样，发送端无需发送边带信息，降低了接收端的复杂度。 

附图说明

图1为本发明基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法实施例的步骤流程图； 

图1A为本发明基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法实施例的步骤流程图； 

图2为是本发明基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法实施例的原理图； 

图3是本发明本发明基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法实施例的CCDF曲线图； 

图4是本发明本发明基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR系统实施例的结构示意图； 

图5是本发明本发明基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR系统实施例的结构示意图。 

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

预留子载波的思想是：用一种具有特殊结构的频域信号和承载有用信息的频域信号进行叠加，使得前者经过IFFT运算后所得到的时域信号可以有效地降低后者所对应的时域信号的峰值，从而达到降低系统PAPR的目的，不需要传送边带信息，与其他降低峰均比算法相比，已经具有较低的复杂度。 

在传统的预留子载波算法中，特殊结构的频域信号C是按照遍历搜索方式来选取的。基本思想为：在N个子载波中，有L个降低峰值载波，每个降低峰值载波的幅度相位有K种(包括零)可能的取值，通过搜索L个降低峰值载波的所有幅度相位的K^L种组合，从中选择一种使得PAPR最小的最优组合。可见，这种传统的子载波预留算法共需要进行K^L次IFFT运算，且随着子载波数N的增加，或者降低峰值载波数L的增加所需要进行的IFFT运算的次数也会明显增加，因此传统的虚载波预留算法复杂度比较大。 

本发明在采用限幅预留子载波的方法基础之上，提出了一种基于幅值比例因子的预留子载波降低PAPR算法，利用了幅度比例因子寻求最优的频域信号C，大大的降低了运算的复杂度。 

下面说明本发明的思考过程。 

首先要建立OFDM系统的物理层基本框图，包括信道编码、星座调制、OFDM调制、同步、信道估计等。本发明的基本思想是传统的预留子载波算法的，目标是寻求最优的降低系统PAPR的频域信号C。 

定义频域消峰序列C中非零值的子载波为降低峰值载波也就是预留子载波，降低峰值载波的个数记为L。理论上，该L个降低峰值载波的幅度和相位可取任意值，但这样取值的集合规模较大，系统的计算量非常大。所以为了减少计算量，通常降低峰值载波只取特定范围，拿QAM来说，一般只取{0，±1，±i}。 

定义R^N＝{0，1，2，...，N-1}为OFDM系统中所有N个子载波的位置序列。定义R^c＝{i₀，i₁，...，i_L-1}为OFDM系统中降低峰值载波在所有N个子载波中所处的位置序列，且0≤i₀＜i₁＜...＜i_L-1＜N。则定义R为R^N中去掉 R^c后的集合，即R^c的补集：R＝R^N-R^c。频域信号X和C满足原始频域信号X取值为非零的子载波位置上，频域信号C取值为零；在原始频域信号X取值为零的子载波位置上，频域信号C取值为非零。即： 

$X_k=\left\{\begin{array}{cc}{X}_k& k\∈R\\ 0& k\∈R^c\end{array}\right.$ $C_k=\left\{\begin{array}{cc}0& k\∈R\\ C_k& k\∈R^c\end{array}\right.---\left(1\right)$

定义采用预留子载波算法的OFDM系统中的虚载波预留比(Tone Reservation Ratio，TRR)为降低峰值载波数L与载波数N的比值，即TRR＝L/N。通常在OFDM系统中，为了更有效地抑制PAPR，可以适当地增大TRR，也就是说增大N个子载波中降低峰值载波数L。而这就意味着用于传输有用信息的子载波数相对减少，即频谱效率降低，同时用于传输有用信息的能量相对减少，因此应该综合考虑。 

将具有特殊结构的频域信号C叠加到有用频域信号X上，用于降低OFDM系统的PAPR，叠加后所产生的时域信号x_T可以表示为： 

x_T＝Q(X+C)＝Q(X)+Q(X)＝x+c    (2) 

其中Q为离散傅立叶变换IFFT的数学描述。x、c分别表示频域信号X、C经过离散傅立叶变换IFFT所得到的时域信号。这样TR-OFDM系统的峰均比定义可以改为： 

$\mathrm{PAPR}\left(x_T\right)=\frac{\underset{n}{\max }\left\{{|x+c|}^2\right\}}{E\left\{{|x+c|}^2\right\}}---\left(3\right)$

而由于在采用预留子载波算法的OFDM系统中，子载波预留比(TRR)一般较小，所以E{|x+c|²}≈E{|x|²}则上式可以简化为： 

$\mathrm{PAPR}\left(x_T\right)=\frac{\underset{n}{\max }\left\{{|x+c|}^2\right\}}{E\left\{{\left|x\right|}^2\right\}}---\left(4\right)$

所以可以通过选取信号C使得时域信号x_T的峰值最小，从而降低PAPR。采用预留子载波算法的OFDM系统中，发射端不用传送任何边带信息，解调非常方便，这一点也是预留子载波算法的优势之一。在传统的采用预留子载波算法的OFDM系统中，特殊结构的频域信号C是按照遍历搜索方式来选取的。基本思想为：在N个子载波中，有L个降低峰值载波，每个降低峰值载波的幅度相位有K种(包括零)可能的取值，通过搜索L个降低峰值载波的所有幅度相位的K^L种组合，从中选择一种使得PAPR最小的最优组合。可见，这种传统的子载波预留算法共需要进行K^L次IFFT运算，且随着子载波数N的增加，或者降低峰值载波数L的增加所需要进行的IFFT运算的次数也会明显增加，因此传统的虚载波预留算法复杂度比较大。 

针对传统预留子载波算法的不足，通过分析OFDM系统PAPR问题产生的根本原因，从消减OFDM时域信号中的高峰值入手，结合限幅算法和传统预留子载波算法的优点，提出了一种基于副值比例因子的限幅预留子载波算法。该算法的原理图如图2所示，基本原理如下： 

设某一OFDM频域信息序列X为： 

$X=\left\{\begin{array}{c}{X}_k,k\∉\{i_1,i_2...i_L\}\\ 0,k\∈\{i_1,i_2...i_L\}\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中i₁，i₂...i_L为预留子载波的索引号。对X进行IFFT变换得到的时域信号x(n)： 

x(n)＝IFFT(X)(6) 

根据某一门限值对x(n)进行限幅消峰后，得到消峰后的信号y(n)，则x(n)中超过门限值的峰值部分可看作是时域理想消峰序列d(n)： 

d(n)＝x(n)-y(n)(7) 

另外，对某一频域消峰数据序列C： 

$C=\left\{\begin{array}{c}{C}_k,k\∈\{i_1,i_2...i_L\}\\ 0,k\∉\{i_1,i_2...i_L\}\end{array}\right.---\left(8\right)$

若C经过IFFT变换后，得到的时域消峰信号c(n)与时域理想消峰序列d(n)相似，则x(n)经c(n)消峰后得到的信号z(n)的PAPR值也会有很大的降低。 

z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)＝IFFT(X-C)(9) 

C可表示为： 

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与信息序列X合并后，不会对信息序列中的数据造成干扰，因此该方法引起的误码率为0。所以预留子载波方法的PAPR抑制过程便是选择合适的c或者相应的C，使得下式最小： 

$\mathrm{PAPR}\left(z\left(n\right)\right)=\frac{\max {|x\left(n\right)-c\left(n\right)|}^2}{E\left\{{\left|x\left(n\right)\right|}^2\right\}}---\left(11\right)$

基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法实施例 

参照图1，图1为基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法实施例的步骤流程图，包括如下步骤： 

参数确定步骤110，依据OFDM系统的参数要求，确定消峰序列中的子载波数目N、所述子载波中的预留子载波数目L及所述预留子载波的位置；并给定PAPR门限值B、幅值比例因子集合R。 

频域消峰序列获取步骤120，依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D；依据所述频域理想消峰序列，获取L个所述预留子载波上的值，并为其他N-L个子载波分配数据0，进而确定所述频域消峰序列C。 

传输信号计算步骤130，将所述频域消峰序列C进行反傅立叶变换，得到时域消峰序列c(n)，将x(n)和c(n)相减得到传输信号z(n)如下： 

z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X为有用数据信息序列。 

参照图1A，图1A为本发明基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法实施例的步骤流程图，包括如下步骤： 

参数确定步骤110A，依据OFDM系统的参数要求，确定消峰序列中的子载波数目N、所述子载波中的预留子载波数目L及所述预留子载波的位置；并给定PAPR门限值B、幅值比例因子集合R。 

频域消峰序列获取步骤120A，依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D；依据所述频域理想消峰序列，获取L个所述 预留子载波上的值，并为其他N-L个子载波分配数据0，进而确定所述频域消峰序列C。 

传输信号计算步骤130A，将所述频域消峰序列C进行反傅立叶变换，得到时域消峰序列c(n)，将x(n)和c(n)相减得到传输信号z(n)如下： 

z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X为有用数据信息序列。 

判断步骤140A，计算所述传输信号z(n)的PAPR值，判断所述PAPR值是否大于所述门限值B；若是，直接输出传输信号z(n)，若否，执行步骤150A。 

频域消峰信号更新步骤150A，利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′。 

多个传输信号z′(n)更新的步骤160A，将所述修改后的频域消峰信号C′进行反傅立叶变换，得到多个时域消峰序列c′(n)，将x(n)和c′(n)相减得到多个更新的传输信号z′(n)如下： 

z′(n)＝x(n)-c′(n)。 

判断步骤170A，计算所述多个z′(n)的PAPR值，选择PAPR值最小的z′(n)直接输出。 

下面，对上述各个步骤做进一步的说明。 

第一、根据OFDM系统的参数要求，在系统N个子载波中设定预留子载波数的数目L，并确定预留子载波的位置，确定信号的PAPR门限值B及幅值比例因子。理论上预留子载波越多，保留理想消峰 序列的信息越多，降低PAPR的效果越好，但由于预留子载波处不承载有用信息，预留的子载波越多，系统的频带利用率就越低，因此，预留子载波的数目不能选过多。同时，预留子载波位置的选择以随机选择较好，但是考虑到工程应用中滤波器的设计，所以预留子载波适合选在靠近数据子载波的位置上，并固定，接收端收到的数据经过处理后，把此L个子载波的数据丢弃即可。 

第二、得到时域消峰信号。为进一步降低系统的复杂度，将数据序列X和频域消峰序列C分别进行IFFT，分别得到时域有用数据信息序列x(n)和时域消峰序列c(n)，这样，频域有用数据信息序列X只需进行一次IFFT运算即可。为了得到频域消峰序列C，需要将x(n)按照设定的门限值进行截断幅值处理，得到截断后的信号x(n)，x(n)具有理想的PAPR性能。 

$x^{\′}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}\left|x\right|e^{\mathrm{j\φ}},\left|x\right|\≤A\\ {\mathrm{Ae}}^{\mathrm{j\φ}},\left|x\right|>A\end{array}\right.---\left(12\right)$

则时域理想消峰序列d(n)可由下式得到： 

d(n)＝x(n)-c(n)(13) 

将d(n)经过FFT变换得到频域理想消峰序列D，保留L个预留子载波上的值，将其他N-L个子载波分配数据“0”，得到频域消峰序列C，C经过IFFT运算得到时域消峰信号c(n)，将x(n)和c(n)相减得到z(n)如下： 

z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)(14) 

计算z(n)的PAPR值，如果小于门限值B，则将z(n)作为最终的信号传输，如果大于门限值B，则对c(n)进行步骤3处理，即利用副值比例因子寻找使z(n)的PAPR值最小的c(n)，即频域消峰序列C。 

第三、根据预先设定的幅值比例因子集合R＝{r₁，r₂...r_s}，随机产生n个幅值比例因子序列S，S满足： 

$S_i=\left\{\begin{array}{c}{r}_s,s\∈\{i_1,i_2...i_L\}\\ 0,s\∉\{i_1,i_2...i_L\}\end{array}\right.,i=\mathrm{1,2}...n---\left(15\right)$

频域消峰序列C与幅值比例因子序列S进行对应元素相乘，得到n个新的频域消峰序列C′，将这n个序列进行IFFT运算，得到n个时域消峰信号c′(n)，将x(n)与c′(n)相减得到n个z(n)，计算z(n)的PAPR值，选出PAPR值最小的z(n)作为最终的信号传输。 

在频带利用率方面，传统的预留子载波算法需要用到较多的空闲子载波才能达到较好的降低PAPR的效果，而本专利提出的算法则需要较少的空闲子载波就可以实现较理想的降低PAPR的效果，比较之下，虽然对频带利用率都有所降低，但是本专利的算法则降低较少。 

在降低系统复杂度方面，传统的预留子载波算法，是在N个子载波中，有L个降低峰值载波，每个降低峰值载波的幅度相位有K种(包括零)可能的取值，通过搜索L个降低峰值载波的所有幅度相位的K^L种组合，从中选择一种使得PAPR最小的最优组合。可见，这种传统的预留子载波算法共需要进行K^L次IFFT运算，且随着子载波数N的增加，或者降低峰值载波数L的增加所需要进行的IFFT运算的次数也会明显增加，而本专利提出的算法，首先结合了限幅算法和传统预留子载波算法的优点，利用了较少的空闲子载波来降低 PAPR，其次根据傅里叶变换的性质，将数据子载波和消峰子载波分别进行IFFT/FFT处理，使得数据子载波只需进行一次IFFT运算，进一步降低了系统的复杂度，最后利用了幅值比例因子的方法寻找最优的频域消峰序列C，而非采用迭代法，大大的简化了系统的运算复杂度。 

在降低PAPR性能方面，因为OFDM信号功率峰值观察到的可能性很小，因此，测量OFDM信号的峰值统计分布更具理论分析价值，一般都用互补累计概率分布函数(CCDF)来描述OFDM信号PAPR的分布特性，图3是本发明基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法实施例的CCDF曲线图，其中，曲线a为基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法的CCDF曲线，曲线b为未采用降低PAPR方法的原始CCDF曲线；从图中可以看出，该算法可以有效的降低系统的PAPR。 

另一方面，本发明还提供了一种基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR的系统。参照图4，图4是本发明本发明基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR系统实施例的结构示意图。包括： 

参数确定模块42，依据OFDM系统的参数要求，确定消峰序列中的子载波数目N、所述子载波中的预留子载波数目L及所述预留子载波的位置；并给定PAPR门限值B、幅值比例因子集合R。 

频域消峰序列获取模块44，依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D；依据所述频域理想消峰序列，获取L个所述预留子载波上的值，并为其他N-L个子载波分配数据0，进而确定所述频域消峰序列C。 

传输信号计算模块46，将所述频域消峰序列C进行反傅立叶变换，得到时域消峰序列c(n)，将x(n)和c(n)相减得到传输信号z(n)如下： 

z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X为有用数据信息序列。 

参照图5，图5是本发明本发明基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR系统实施例的结构示意图。 

参数确定模块51，依据OFDM系统的参数要求，确定消峰序列中的子载波数目N、所述子载波中的预留子载波数目L及所述预留子载波的位置；并给定PAPR门限值B、幅值比例因子集合R。 

频域消峰序列获取模块52，依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D；依据所述频域理想消峰序列，获取L个所述预留子载波上的值，并为其他N-L个子载波分配数据0，进而确定所述频域消峰序列C。 

传输信号计算模块53，将所述频域消峰序列C进行反傅立叶变换，得到时域消峰序列c(n)，将x(n)和c(n)相减得到传输信号z(n)如下： 

z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X为有用数据信息序列。 

第一判断模块54，计算所述传输信号z(n)的PAPR值，判断所述PAPR值是否大于所述门限值B，若是，直接输出传输信号z(n)；若否，转向执行模块55。 

频域消峰信号更新模块55，利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′。 

多个传输信号z′(n)更新的模块56，将所述修改后的频域消峰信号C′进行反傅立叶变换，得到时域消峰序列c′(n)，将x(n)和c′(n)相减得到多个更新的传输信号z′(n)如下： 

z′(n)＝x(n)-c′(n)。 

具有最小PAPR值的z′(n)57，计算所述多个z′(n)的PAPR值，选择PAPR值最小的z′(n)直接输出。 

其中，频域消峰信号更新模块55中，利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′包括：幅值比例因子序列S产生单元和频域消峰信号C′获取单元。幅值比例因子序列S产生单元用于根据所述幅值比例因子集合R，随机产生多个幅值比例因子序列S；频域消峰信号C′获取单元用于所述频域消峰序列C与所述幅值比例因子序列S进行对应元素相乘，得到多个所述修改后的频域消峰信号C′。 

频域消峰序列获取模块中，所述依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D包括：x(n)计算单元和域理想消峰序列D获取单元。有理想PAPR性能的信号序列x(n)计算单元用于将所述有用数据信息序列X进行反傅立叶变换，获取时域有用数据信息序列x(n)；依据所述PAPR门限值B，对x(n)进行限幅处理，获取具有理想PAPR性能的信号序列x′(n)，其中， $x^{\′}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}\left|x\right|e^{\mathrm{j\φ}},\left|x\right|\≤A\\ {\mathrm{Ae}}^{\mathrm{j\φ}},\left|x\right|>A\end{array}\right.;$ 频域理想消峰序列D获取单元用于依据d(n)＝x(n)-x′(n)获取时域理想消峰序列d(n)；将时域理想消峰序列d(n)经过傅立叶变换得到所述频域理想消峰序列D。 

以上对本发明所提供的基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (8)

1.一种基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR的方法，其特征在于，包括如下步骤： 

参数确定步骤，依据OFDM系统的参数要求，确定消峰序列中的子载波数目N、所述子载波中的预留子载波数目L及所述预留子载波的位置；并给定PAPR门限值B、幅值比例因子集合R； 

频域消峰序列获取步骤，依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D；依据所述频域理想消峰序列D，获取L个所述预留子载波上的值，并为其他N-L个子载波分配数据0，进而确定所述频域消峰序列C； 

传输信号计算步骤，将所述频域消峰序列C进行反傅立叶变换，得到时域消峰序列c(n)，将x(n)和c(n)相减得到传输信号z(n)如下： 

z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X为有用数据信息序列； 

所述传输信号计算步骤在获取z(n)后，还包括如下步骤： 

第一判断步骤，计算所述传输信号z(n)的PAPR值，判断所述PAPR值是否大于所述门限值B；若是，则直接输出传输信号z(n)；若否，执行频域消峰信号更新步骤； 

频域消峰信号更新步骤，利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′； 

多个传输信号z′(n)更新的步骤，将所述修改后的频域消峰信号C′进行反傅立叶变换，得到多个时域消峰序列c′(n)，将x(n)和c′(n)相减得到多个更新的传输信号z′(n)； 

具有最小PAPR值的z′(n)步骤，计算所述多个z′(n)的PAPR值，选择PAPR值最小的z′(n)直接输出。 

2.根据权利要求1所述的降低PAPR的方法，其特征在于，所述频域消峰信号更新步骤中，所述利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′包括如下步骤： 

幅值比例因子序列S产生步骤，根据所述幅值比例因子集合R，随机产生多个幅值比例因子序列S； 

频域消峰信号C′获取步骤，所述频域消峰序列C与所述幅值比例因子序列S进行对应元素相乘，得到多个所述修改后的频域消峰信号C′。 

3.根据权利要求1所述的降低PAPR的方法，其特征在于，所述频域消峰信号更新步骤中，所述利用幅值比例因子集合R修改C′，获取更新的C′包括如下步骤： 

幅值比例因子序列S产生步骤，根据所述幅值比例因子集合R，随机产生多个幅值比例因子序列S； 

更新的C′获取步骤，所述C′与所述幅值比例因子序列S进行对应元素相乘，得到多个更新的C′。 

4.根据权利要求1所述的降低PAPR的方法，其特征在于，所述频域消峰序列获取步骤中，所述依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D包括： 

具有理想PAPR性能的信号序列x′(n)计算步骤，将所述有用数据信息序列X进行反傅立叶变换，获取时域有用数据信息序列x(n)；依据所述PAPR门限值B，对x(n)进行限幅处理，获取具有理想PAPR性能的信号序列x′(n)，其中， 

频域理想消峰序列D获取步骤，依据d(n)＝x(n)-x′(n)获取时域理想消峰序列d(n)；将时域理想消峰序列d(n)经过傅立叶变换得到所述频域理想消峰序列D。 

5.一种基于幅值比例因子的限幅预留子载波降低PAPR的系统，其特征在于，包括： 

参数确定模块，用于依据OFDM系统的参数要求，确定消峰序列中的子载波数目N、所述子载波中的预留子载波数目L及所述预留子载波的位置；并给定PAPR门限值B、幅值比例因子集合R； 

频域消峰序列获取模块，用于依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D；依据所述频域理想消峰序列，获取L个所述预留子载波上的值，并为其他N-L个子载波分配数据0，进而确定所述频域消峰序列C； 

传输信号计算模块，用于将所述频域消峰序列C进行反傅立叶变换，得到时域消峰序列c(n)，将x(n)和c(n)相减得到传输信号z(n)如下： 

z(n)＝x(n)-c(n)＝IFFT(X)-IFFT(C)，其中，X为有用数据信息序列； 

所述信号传输计算模块后，还连接有： 

第一判断模块，用于计算所述传输信号z(n)的PAPR值，判断所述PAPR值是否大于所述门限值B；若是，则直接输出传输信号z(n)；若否，执行频域消峰信号更新模块； 

频域消峰信号更新模块，用于利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′； 

多个传输信号z′(n)更新的模块，用于将所述修改后的频域消峰信号C′进行反傅立叶变换，得到多个时域消峰序列c′(n)，将x(n)和c′(n)相减得到多个更新的传输信号z′(n)； 

具有最小PAPR值的z′(n)模块，用于计算所述多个z′(n)的PAPR值，选择PAPR值最小的z′(n)直接输出。 

6.根据权利要求5所述的降低PAPR的系统，其特征在于，所述频域消峰信号更新模块中，所述利用所述幅值比例因子集合R修改所述频域消峰序列C，获取修改后的频域消峰信号C′包括： 

幅值比例因子序列S产生单元，用于根据所述幅值比例因子集合R，随机产生多个幅值比例因子序列S； 

频域消峰信号C′获取单元，用于将所述频域消峰序列C与所述幅值比例因子序列S进行对应元素相乘，得到多个所述修改后的频域消峰信号C′。 

7.根据权利要求5所述的降低PAPR的系统，用于其特征在于，所述频域消峰信号更新模块中，所述利用幅值比例因子集合R修改C′，获取更新的C′包括： 

幅值比例因子序列S产生单元，用于根据所述幅值比例因子集合R，随机产生多个幅值比例因子序列S； 

更新的C′获取单元，用于所述C′与所述幅值比例因子序列S进行对应元素相乘，得到多个更新的C′。 

8.根据权利要求5所述的降低PAPR的系统，其特征在于，所述频域消峰序列获取模块中，所述依据所述PAPR门限值B，获取频域理想消峰序列D包括： 

具有理想PAPR性能的信号序列x′(n)计算单元，用于将所述有用数据信息序列X进行反傅立叶变换，获取时域有用数据信息序列x(n)；依据所述PAPR门限值B，对x(n)进行限幅处理，获取具有理想PAPR性能的信号序列x′(n)，其中， 

频域理想消峰序列D获取单元，用于依据d(n)＝x(n)-x′(n)获取时域理想消峰序列d(n)；将时域理想消峰序列d(n)经过傅立叶变换得到所述频域理想消峰序列D。 

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