CN102739595A - 一种降低ofdm信号峰均比的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种降低正交频分复用(OFDM)信号峰均比的方法和装置，其中方法包括：提取所述OFDM信号中峰均比大于预先设定的阈值的大峰值信号，对所述大峰值信号进行简化的载波预留(TR)算法处理；对经过简化的TR算法处理之后的OFDM信号进行限幅滤波处理。本发明能够在避免简化TR算法缺点、保证性能的同时降低计算复杂度。

Description

一种降低OFDM信号峰均比的方法和装置

技术领域

本发明涉及正交频分复用(OFDM)技术领域，尤其涉及一种降低OFDM信号峰均比的方法和装置。

背景技术

一般情况下，OFDM发射机可以看作对许多i.i.d.调制的复数符号进行线性变换。由中心极限定理可知，时域OFDM符号可近似看作高斯波形，这样OFDM调制信号的幅度变化很大。然而OFDM发射机的实际功率放大器只在有限的动态范围内是线性的，所以，OFDM信号可能会由于峰值平均功率比(PAPR，简称峰均比)过大造成非线性失真。为了避免损失，一种方法是功率放大器进行大功率回退，但是会导致低效率的放大或昂贵的发射机；另一种方法采用降低峰均比的有效算法，使得功率放大器工作在线性范围内。

OFDM系统中降低峰均比主要有以下几种技术：限幅滤波、编码、部分传输序列(PTS)、选择性映射(SLM)、交织、载波预留(TR)、载波插入(TI)和自适应编码调制(ACM)等，其中限幅滤波与TR算法能够满足长期演进(LTE)协议的要求，不增加额外的冗余信息。

限幅滤波算法即把超过限幅阈值的OFDM信号幅度值设为限幅阈值，没有超过阈值的则不改变，具体数学表达式如下

$y_k=\left\{\begin{array}{cc}{x}_k,& \left|x_k\right|\≤B\\ \mathrm{Bexp}\left\{\arg \left(x_k\right)\right\},& \left|x_k\right|>B\end{array}\right.$

其中，B为限幅阈值，x_k为OFDM符号的样点值，y_k为经限幅滤波算法处理后的OFDM符号样点值。

限幅滤波的缺点是会使信号发生严重的畸变，大大降低系统的性能，严重恶化误差矢量幅度(EVM)指标。

TR算法采用时域抵消信号消除原始多载波信号的峰值，从而降低峰均比。TR算法的目的是寻找最优的时域信号，使之与原始时域信号相加以降低峰均比；换而言之，在频域中寻找频域信号，它的相位与原始信号相反，则与原始信号相加会降低峰均比。在频域中，有抵消信号C＝[C₀，C₁，…，C_n]^T，原始频域信号X与C相加并进行反离散傅里叶变换(IDFT)，得到时域上的信号为x+c＝IDFT{X+C}，c为C对应的时域信号。由于抵消信号C与原始信号X在不同的频域空间中，是互相正交的，因此C对原始数据不会产生干扰。如图1为现有的TR算法示意图。

以上介绍的TR算法是一种传统的TR算法，这种传统的TR算法虽然降低了系统的峰均比，但寻找最优的抵消信号过程引入了高计算复杂度，不易实现。现有技术中还存在一种简化的TR算法，这种算法同样采用抵消信号降低原始信号的峰值，由于选择的抵消信号不是最优的，因此不能保证降低峰均比的性能；简化TR算法的优点是复杂度低。

可见，现有的降低OFDM信号峰均比的方法存在复杂度高或性能差等缺点。

发明内容

本发明提供了一种降低OFDM信号峰均比的方法和装置，能够在保证性能的同时降低计算复杂度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种降低OFDM信号峰均比的方法，包括：

提取所述OFDM信号中峰均比大于预先设定的阈值的大峰值信号，对所述大峰值信号进行简化的TR算法处理；对经过简化的TR算法处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理。

上述方法中，对大峰值信号进行简化的TR算法处理的方式为：获取所述OFDM信号的预留子载波位置，在所述预留子载波位置生成预留子载波序列；对所述预留子载波序列进行快速傅里叶反变换(IFFT)运算，生成抵消信号；采用所述抵消信号依次抵消所述大峰值信号。

采用如下算法对经过简化的TR算法处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理：

$y_k=\left\{\begin{array}{cc}{x}_k,& \left|x_k\right|\≤B\\ \mathrm{Bexp}\left\{\arg \left(x_k\right)\right\},& \left|x_k\right|>B\end{array}\right.;$

其中，B为限幅阈值，x_k为经过简化的TR算法处理之后的小峰值OFDM信号样点值，y_k为经限幅滤波算法处理后的OFDM信号样点值。

一种降低OFDM信号峰均比的装置，包括：

简化TR处理模块，用于提取OFDM信号中峰均比大于预先设定的阈值的大峰值信号，对所述大峰值信号进行简化的TR算法处理；

限幅滤波处理模块，用于对经过简化TR处理模块处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理。

上述装置中，简化TR处理模块对大峰值信号进行简化的TR算法处理的方式为：获取所述OFDM信号的预留子载波位置，在所述预留子载波位置生成预留子载波序列；对所述预留子载波序列进行IFFT运算，生成抵消信号；采用所述抵消信号依次抵消所述大峰值信号。

限幅滤波处理模块采用如下算法对经过简化TR处理模块处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理：

$y_k=\left\{\begin{array}{cc}{x}_k,& \left|x_k\right|\≤B\\ \mathrm{Bexp}\left\{\arg \left(x_k\right)\right\},& \left|x_k\right|>B\end{array}\right.;$

其中，B为限幅阈值，x_k为经过简化TR处理模块处理之后的小峰值OFDM信号样点值，y_k为经限幅滤波算法处理后的OFDM信号样点值

可见，本发明提出的降低OFDM信号峰均比的方法和装置，采用简化的TR算法和限幅滤波级联的方式，大大降低了计算的复杂度，并保证了降低峰均比的性能要求。

附图说明

图1为现有的TR算法示意图；

图2为本发明方法流程图；

图3为本发明实施例降低OFDM信号峰均比的流程图；

图4a为原始的OFDM信号示意图；

图4b为采用现有技术经过第一次简化TR算法处理后的OFDM信号示意图；

图4c为采用现有技术经过第二次简化TR算法处理后的OFDM信号示意图；

图4d为采用本发明经过第一步简化TR算法处理后的OFDM信号示意图；

图4e为采用本发明经过第二步限幅滤波处理后的OFDM信号示意图；

图5a为经过两次简化TR算法处理后的峰均比；

图5b为采用本发明处理后的峰均比。

具体实施方式

本发明提出一种降低OFDM信号峰均比的方法，如图2为本发明方法流程图，包括2个处理步骤：

步骤201：提取OFDM信号中峰均比大于预先设定的阈值的大峰值信号，对所述大峰值信号进行简化的TR算法处理；

步骤202：对经过简化的TR算法处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理。

以下举具体的实施例详细介绍。

如图3为本发明实施例降低OFDM信号峰均比的流程图，包括大峰值信号处理阶段和小峰值信号处理阶段，具体包括：

步骤301：对原始的频域OFDM信号进行IFFT运算，得到时域OFDM信号。

步骤302：计算OFDM符号的每个点的峰均比，获取峰均比大于预先设置的阈值A的信号(即大峰值信号)及其位置。

通过上述2步，从原始的OFDM信号中提取出大峰值信号；同时，可以生成抵消信号，即执行步骤303和304。

步骤303：获取空闲子载波位置a＝{a₁，a₂，…，a_n}，n＜N，其中，n为预留子载波的总数，N为一个OFDM符号的长度。

步骤304：通过下式，在预留子载波的位置生成预留子载波序列；

$C\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& i\∈a\\ 0,& i\∉a\end{array}\right.,i=1,...,N$

将预留子载波序列C(i)列作为实部，0为虚部，进行IFFT运算，得到抵消信号c(i)。

提取大峰值信号并生成抵消信号之后，可以对大峰值信号进行抵消，即执行步骤305。

步骤305：采用抵消信号依次抵消大峰值信号。

至此，大峰值信号处理阶段完毕，大峰值信号经简化的TR处理之后，生成小峰值信号；第二阶段将对新生成的小峰值信号及原始OFDM信号中的小峰值信号进行限幅滤波处理，具体如下：

步骤306：对小峰值信号采用下式进行限幅滤波处理：

$y\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}x\left(i\right),& \left|x\left(i\right)\right|\≤B\\ \mathrm{Bexp}\left\{\arg \left(x\left(i\right)\right)\right\},& \left|x\left(i\right)\right|>B\end{array}\right.;$

其中，B为限幅阈值，x_k为经过第一阶段处理之后剩余的小峰值信号样点值，y_k为经限幅滤波算法处理后的OFDM信号样点值。

通过本发明，可以减小在采用限幅滤波方法进行降峰均比时引入干扰与恶化EVM的问题，同时也可以改善简化的TR算法降低峰均比的性能。本发明首先通过简化的TR方法，寻找低复杂度的抵消信号，对具有大峰值的信号进行削峰处理；对于处理后的小峰值信号，采用限幅滤波方法降低峰均比。通过这两步处理，本发明能够大大减少降峰均比过程中引入的干扰，具有较低的复杂度，并将EVM等性能控制在一个较小的范围内。

采用本发明能够显著降低OFDM信号峰均比。如图4a-4e为采用本发明与采用两次简化TR算法对OFDM信号进行处理后的信号比较示意图，其中，图4a为原始的OFDM信号，图4b为采用现有技术经过第一次简化TR算法处理后的OFDM信号，图4c为采用现有技术经过第二次简化TR算法处理后的OFDM信号，图4d为采用本发明经过第一步简化TR算法处理后的OFDM信号，图4e为采用本发明经过第二步限幅滤波处理后的OFDM信号。图5a-5b为采用本发明与采用两次简化TR算法对OFDM信号进行处理后的峰均比比较示意图，其中，图5a为经过两次简化TR算法处理后的峰均比，图5b为采用本发明处理后的峰均比。可以看出，采用本发明处理后的OFDM信号峰均比显著降低。

如表1为采用本发明与采用其他方法的效果对比。可见，本发明的复杂度相对两次限幅滤波大大降低，并且EVM为限幅滤波处理的一半。

表1

本发明还提出一种降低OFDM信号峰均比的装置，包括：

简化TR处理模块，用于提取OFDM信号中峰均比大于预先设定的阈值的大峰值信号，对所述大峰值信号进行简化的TR算法处理；

限幅滤波处理模块，用于对经过简化TR处理模块处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理。

上述装置中，简化TR处理模块对大峰值信号进行简化的TR算法处理的方式为：获取所述OFDM信号的预留子载波位置，在所述预留子载波位置生成预留子载波序列；对所述预留子载波序列进行IFFT运算，生成抵消信号；采用所述抵消信号依次抵消所述大峰值信号。

限幅滤波处理模块采用如下算法对经过简化TR处理模块处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理：

$y_k=\left\{\begin{array}{cc}{x}_k,& \left|x_k\right|\≤B\\ \mathrm{Bexp}\left\{\arg \left(x_k\right)\right\},& \left|x_k\right|>B\end{array}\right.;$

其中，B为限幅阈值，x_k为经过简化TR处理模块处理之后的小峰值OFDM信号样点值，y_k为经限幅滤波算法处理后的OFDM信号样点值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种降低正交频分复用OFDM信号峰均比的方法，其特征在于，所述方法包括：

提取所述OFDM信号中峰均比大于预先设定的阈值的大峰值信号，对所述大峰值信号进行简化的载波预留TR算法处理；对经过简化的TR算法处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对大峰值信号进行简化的TR算法处理的方式为：获取所述OFDM信号的预留子载波位置，在所述预留子载波位置生成预留子载波序列；对所述预留子载波序列进行快速傅里叶反变换IFFT运算，生成抵消信号；采用所述抵消信号依次抵消所述大峰值信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用如下算法对经过简化的TR算法处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理：

$y_k=\left\{\begin{array}{cc}{x}_k,& \left|x_k\right|\≤B\\ \mathrm{Bexp}\left\{\arg \left(x_k\right)\right\},& \left|x_k\right|>B\end{array}\right.;$

其中，B为限幅阈值，x_k为经过简化的TR算法处理之后的小峰值OFDM信号样点值，y_k为经限幅滤波算法处理后的OFDM信号样点值。

4.一种降低OFDM信号峰均比的装置，其特征在于，所述装置包括：

简化TR处理模块，用于提取OFDM信号中峰均比大于预先设定的阈值的大峰值信号，对所述大峰值信号进行简化的TR算法处理；

限幅滤波处理模块，用于对经过简化TR处理模块处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，简化TR处理模块对大峰值信号进行简化的TR算法处理的方式为：获取所述OFDM信号的预留子载波位置，在所述预留子载波位置生成预留子载波序列；对所述预留子载波序列进行IFFT运算，生成抵消信号；采用所述抵消信号依次抵消所述大峰值信号。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，限幅滤波处理模块采用如下算法对经过简化TR处理模块处理之后的小峰值OFDM信号进行限幅滤波处理：

$y_k=\left\{\begin{array}{cc}{x}_k,& \left|x_k\right|\≤B\\ \mathrm{Bexp}\left\{\arg \left(x_k\right)\right\},& \left|x_k\right|>B\end{array}\right.;$

其中，B为限幅阈值，x_k为经过简化TR处理模块处理之后的小峰值OFDM信号样点值，y_k为经限幅滤波算法处理后的OFDM信号样点值。

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