CN104320371B - 降低ofdma上行链路峰均功率比的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低OFDMA上行链路峰均功率比的系统及方法，输入信号通过补零模块与保留子载波选取模块的信号输入端连接，保留子载波选取模块的输出端与迭代模块连接，迭代模块输出输出信号；迭代模块包括IFFT变换模块、限幅模块、卡辛系数计算模块、FFT变换模块、滤波模块和累加模块，IFFT变换模块的输出端依次通过限幅模块、卡辛系数计算模块、FFT变换模块和滤波模块与累加模块的输入端连接。本发明通过不断的限幅迭代构造卡辛系数，使得OFDMA系统上行链路信号幅值有很小的动态范围，从而降低了OFDMA系统信号的PAPR。通过迭代重构原有信号，EVM值被限定在一个很小的值内，因此能够有效降低OFDMA上行链路信号的PAPR，且具有较好的抗带内失真和抗带外辐射特性。

Description

降低OFDMA上行链路峰均功率比的系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种降低OFDMA上行链路峰均功率比的系统及方法。

背景技术

OFDM技术作为一种多载波数字调制技术，因其高频谱效率和抗码间串扰特性而被广泛应用于无线通信中。近年来，正交频分复用多址(OFDMA)作为一种正交频分复用(OFDM)和频分多址(FDMA)相结合的技术，被应用于宽带无线网络中。在OFDMA中，FDMA技术被用于对抗多址干扰。另外，OFDMA作为一种OFDM系统，许多OFDM系统的优点被继承，比如抗窄带干扰。

但OFDMA系统同时也继承了OFDM系统的许多缺点，一个很大的缺点就是它的高峰均功率比(Peak-to-Average-Power Ratio,PAPR)。这就需要功率放大器(PowerAmplifier,PA)具有较大的线性范围，也就需要更高的功率回退，实现难度大且不经济。

传统的限幅滤波方法能够降低OFDMA信号的PAPR，且不会造成带外辐射，但带内失真却很大。

近年来，不确定原理作为一种新的数学方法被应用于压缩感知、资源编码等方向。根据不确定原理，对于任一个中帧，只要满足不确定条件，便可以很方便地将帧表达式转变为具有最小动态变化范围的卡辛表达式从而使得信息在这些系数中均匀分布。

卡辛表达式的定义为：

序列则x的K度卡辛表达式表示为：

卡辛表达式的系数a_i具有最小动态范围，因此，如果将一个OFDMA信号帧的表达式表示为卡辛表达式，那么信号的PAPR将明显降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种降低OFDMA上行链路峰均功率比PAPR的系统及方法，通过不断限幅迭代构造卡辛系数，使得OFDMA系统上行链路信号幅值有很小的动态范围，降低OFDMA系统信号的PAPR，并使得系统抗带内失真和抗带外辐射性能增强。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：降低OFDMA上行链路峰均功率比的系统，它包括补零模块、保留子载波选取模块和迭代模块，输入信号通过补零模块与保留子载波选取模块的信号输入端连接，保留子载波选取模块的输出端与迭代模块连接，迭代模块输出输出信号；

所述的迭代模块包括IFFT变换模块、限幅模块、卡辛系数计算模块、FFT变换模块、滤波模块和累加模块，IFFT变换模块的输出端依次通过限幅模块、卡辛系数计算模块、FFT变换模块和滤波模块与累加模块的输入端连接。

所述的累加模块包括延时器和第一加法器，第一加法器的一个输入端与滤波模块相连，另一个输入端与延时器连接，第一加法器的输出端与延时器的输入端连接。

降低OFDMA上行链路峰均功率比的系统，还包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关和第二加法器，第一单刀双掷开关的一个动端与保留子载波选取模块的输出端相连，第一单刀双掷开关的另一个动端与第二加法器的输出端相连，第一单刀双掷开关的不动端连接IFFT变换模块；第二单刀双掷开关的不动端连接第一加法器的输出端，第二单刀双掷开关的一个动端连接信号输出端，第二单刀双掷开关的另一个动端连接第二加法器的一个输入端，第二加法器的另一个输入端与保留子载波选取模块的输出端连接。

降低OFDMA上行链路峰均功率比的方法，它包括以下步骤：

S1：IFFT变换模块对经过保留子载波选取的信号X进行快速傅立叶变换得到x：

x^(k)＝IFFT(X^(k))

其中，k表示当前迭代次数；

S2：限幅模块对步骤S1所得到的信号x进行限幅，计算限幅后信号的时域值x_trunc：

其中，k表示第k次迭代，N为子载波数，Δ表示限幅门限，初值为ξ为限幅门限系数，δ为满足不确定原理的不确定参数；

S3：卡辛系数计算模块计算卡辛系数a：

a^(k)＝a^(k-1)+x^(k) _trunc

其中，卡辛系数初始化为零；

S4：FFT变换模块对卡辛系数进行傅立叶变换，得到：

X^(k)＝FFT(a^(k))

S5：滤波模块计算留数res：

res^(k)＝X^(k)-X⁽⁰⁾

S6：滤波模块将保留子载波上的数据清零：

其中，表示保留子载波部分；

S7：滤波模块更新限幅门限：

Δ^(k+1)＝η·Δ^(k)

其中，η为限幅门限衰减系数，调整不确定参数η与δ使满足不确定原理即可；

S8：第二单刀双掷开关判定循环是否终止：

其中，表示数据子载波部分，ε表示预设EVM值。

本发明的有益效果是：

1)通过选取OFDMA上行链路相邻用户上数据子载波的部分子载波作为保留子载波，并通过不断的限幅迭代构造卡辛系数，使得OFDMA系统上行链路信号幅值有很小的动态范围，从而降低了OFDMA系统信号的PAPR。

2)通过迭代重构原有信号，OFDMA上行链路信号的EVM值就可以被限定在一个很小的值内，因此，本发明能够有效降低OFDMA上行链路信号的PAPR，且具有较好的抗带内失真和抗带外辐射特性。

附图说明

图1为本发明系统结构示意框图；

图2为本发明方法实现步骤流程图；

图3为不同保留子载波数时信号PAPR的CCDF曲线仿真图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，降低OFDMA上行链路峰均功率比的系统，它包括补零模块、保留子载波选取模块和迭代模块，输入信号通过补零模块与保留子载波选取模块的信号输入端连接，保留子载波选取模块的输出端与迭代模块连接，迭代模块输出输出信号；

所述的迭代模块包括IFFT变换模块、限幅模块、卡辛系数计算模块、FFT变换模块、滤波模块和累加模块，IFFT变换模块的输出端依次通过限幅模块、卡辛系数计算模块、FFT变换模块和滤波模块与累加模块的输入端连接。

所述的累加模块包括延时器和第一加法器，第一加法器的一个输入端与滤波模块相连，另一个输入端与延时器连接，第一加法器的输出端与延时器的输入端连接。

本实施例中，降低OFDMA上行链路峰均功率比的系统还包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关和第二加法器，第一单刀双掷开关的一个动端与保留子载波选取模块的输出端相连，第一单刀双掷开关的另一个动端与第二加法器的输出端相连，第一单刀双掷开关的不动端连接IFFT变换模块；第二单刀双掷开关的不动端连接第一加法器的输出端，第二单刀双掷开关的一个动端连接信号输出端，第二单刀双掷开关的另一个动端连接第二加法器的一个输入端，第二加法器的另一个输入端与保留子载波选取模块的输出端连接。

如图2所示，降低OFDMA上行链路峰均功率比的方法，它包括以下步骤：

S1：IFFT变换模块对经过保留子载波选取的信号X进行快速傅立叶变换得到x：

x^(k)＝IFFT(X^(k))

其中，k表示当前迭代次数；

S2：限幅模块对步骤S1所得到的信号x进行限幅，计算限幅后信号的时域值x_trunc：

其中，k表示第k次迭代，N为子载波数，Δ表示限幅门限，初值为ξ为限幅门限系数，ξ取0.4，δ为满足不确定原理(Uncertainty Principle,UP)的不确定参数；

S3：卡辛系数计算模块计算卡辛系数a：

a^(k)＝a^(k-1)+x^(k) _trunc

其中，卡辛系数初始化为零；

S4：FFT变换模块对卡辛系数进行傅立叶变换，得到：

X^(k)＝FFT(a^(k))

S5：滤波模块计算留数res：

res^(k)＝X^(k)-X⁽⁰⁾

S6：滤波模块将保留子载波上的数据清零：

其中，表示保留子载波部分；

S7：滤波模块更新限幅门限：

Δ^(k+1)＝η·Δ^(k)

其中，η为限幅门限衰减系数，该系数取值没有参考；在实际选取中，调整不确定参数η与δ使满足不确定原理即可，但η取值不宜过小，否则信号将无法重构；

S8：第二单刀双掷开关判定循环是否终止：

其中，表示数据子载波部分，ε表示预设EVM值。

由于部分傅立叶变换矩阵能够以较大概率满足不确定原理，因此本发明中在计算帧表达式时采用傅立叶反变换进行转变。

对本发明提出的方法进行仿真测试，仿真中的基本设置如表1和表2所示：

表1

设置项目	设置值
		调制方式	QPSK
子载波数目	256
		过采样率	8
OFDMA帧数目	1000
		限幅调整因子ξ	0.4
预设EVM值	0.001

表2

保留子载波数	限幅系数η	不确定参数δ
			一个用户内保留1个子载波	0.829	0.9
相邻三个用户内各保留1个子载波	0.813	0.9

一个用户内保留2个子载波	0.860	0.9
			相邻三个用户内各保留2个子载波	0.850	0.9

从图3中可以看出，本发明可以明显降低OFDMA上行链路PAPR，且选取6个作为保留子载波时要比选取2个时要好0.7dB，这表明在数据子载波内增加保留子载波数可以明显的改善PAPR降低性能，其中6代表此时相邻三个用户内都各自保留了两个子载波。另外需要说明的是：由于相邻用户数超过三个时，降低PAPR性能不再提高，故本仿真中只考虑一个用户和相邻三个用户时的情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种降低OFDMA上行链路峰均功率比的方法，其特征在于：

所述方法对应的降低OFDMA上行链路峰均功率比的系统，包括补零模块、保留子载波选取模块和迭代模块，输入信号由补零模块的输入端输入，补零模块的输出端与保留子载波选取模块的信号输入端连接，保留子载波选取模块的输出端与迭代模块连接，迭代模块输出输出信号；

所述的迭代模块包括IFFT变换模块、限幅模块、卡辛系数计算模块、FFT变换模块、滤波模块和累加模块，IFFT变换模块的输出端依次通过限幅模块、卡辛系数计算模块、FFT变换模块和滤波模块与累加模块的输入端连接；

所述的累加模块包括延时器和第一加法器，第一加法器的一个输入端与滤波模块相连，另一个输入端与延时器连接，第一加法器的输出端与延时器的输入端连接；

系统还包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关和第二加法器，第一单刀双掷开关的一个动端与保留子载波选取模块的输出端相连，第一单刀双掷开关的另一个动端与第二加法器的输出端相连，第一单刀双掷开关的不动端连接IFFT变换模块；第二单刀双掷开关的不动端连接第一加法器的输出端，第二单刀双掷开关的一个动端连接信号输出端，第二单刀双掷开关的另一个动端连接第二加法器的一个输入端，第二加法器的另一个输入端与保留子载波选取模块的输出端连接；

所述方法包括以下步骤：

S1：IFFT变换模块对经过保留子载波选取模块的信号X进行快速傅立叶变换得到x：

x^(k)＝IFFT(X^(k))

其中，k表示当前迭代次数；

S2：限幅模块对步骤S1所得到的信号x进行限幅，计算限幅后信号的时域值x_trunc：

其中，k表示第k次迭代，N为子载波数，Δ表示限幅门限，初值为

ξ为限幅门限系数，δ为满足不确定原理的不确定参数；

S3：卡辛系数计算模块计算卡辛系数a：

a^(k)＝a^(k-1)+x^(k) _trunc

其中，卡辛系数初始化为零；

S4：FFT变换模块对卡辛系数进行傅立叶变换，得到：

S5：滤波模块计算留数res：

其中，X⁽⁰⁾表示初始输入信号，表示第k次迭代后得到的信号；

S6：滤波模块将保留子载波上的数据清零：

其中，表示保留子载波部分；

S7：滤波模块更新限幅门限：

Δ^(k+1)＝η·Δ^(k)

其中，η为限幅门限衰减系数，调整不确定参数η与δ使满足不确定原理即可；

S8：第二单刀双掷开关判定循环是否终止：

其中，表示数据子载波部分，ε表示预设EVM值。