CN110071889A - 一种适合多路ofdm系统的峰均比抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于数字通信技术领域，公开了一种适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法，所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法首先将多路OFDM信号进行分组并将组内信号相加；然后将相加得到的信号分别乘以一个相位旋转因子后再次相加；最后通过选择最优相位旋转因子组合降低信号峰均比。本发明的适合多路OFDM系统的峰均比抑制算法，填补了无人研究适用于多路OFDM系统的峰均比算法的空缺，改善了多路OFDM信号峰均比过大的问题，推动了多路OFDM系统的实际应用。对本发明的峰均比抑制算法进行性能仿真，仿真结果表明，该算法能够有效的抑制多路OFDM系统的峰均比，且误码率性能与理论误码率完全一致。

Description

一种适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法

技术领域

本发明属于数字通信技术领域，尤其涉及一种适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)作为多载波调制的一种，具有高频谱效率、抗频率选择性衰落和易实现等优点，已被广泛应用在多个通信标准中，如IEEE802.11a、IEEE802.16(WiMAX)和3GPPLTE等。随着信息时代的飞速发展，越来越多的场景对高速多路数据传输业务提出了需求，如车联网系统、实时监控系统等，多路OFDM系统能很好的满足上述场景的需求。众所周知，OFDM信号存在峰均比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)过高的问题，这一问题对多路OFDM信号变的更为严重。

目前，针对降低单路OFDM系统的PAPR问题，已提出了多种有效算法，其中一类方法就是部分传输序列法(Partial Transmit Sequences,PTS)，该算法通过对频域信号进行分组并分别乘以一个相位旋转因子，进而选择最优的相位旋转因子组合来降低信号的峰均比。然而，将传统PTS算法应用于多路OFDM系统时，多路OFDM信号叠加后，当出现某些符号相位相近时，仍然会产生幅值较大的信号，导致信号PAPR过高，而高PAPR信号经过功放等非线性器件时会产生严重的带内失真与带外辐射，造成系统误比特率性能下降以及临带干扰。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统PTS算法应用于多路OFDM系统时，多路OFDM信号叠加后，当出现某些符号相位相近时，产生幅值较大的信号，不能直接应用于多路OFDM信号的峰均比抑制。

解决上述技术问题的难度：解决上述技术的难点在于如何结合多路OFDM信号的特性，将PTS算法扩展应用于抑制多路OFDM信号的峰均比，且保证所提算法的实现复杂度适中，且不影响系统的误码率性能。

解决上述技术问题的意义：多路OFDM系统因其信号峰均比过高，导致功率放大器工作效率降低，设备运行功耗增大，不利于实际应用。提出适用于多路OFDM的峰均比抑制算法有利于推动多路OFDM系统的实际应用，解决高速多路数据传输的需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法。

本发明是这样实现的，一种适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法，所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法首先将多路OFDM信号进行分组并将组内信号相加；然后将相加得到的信号分别乘以一个相位旋转因子后再次相加；最后通过选择最优相位旋转因子组合降低信号峰均比。

进一步，所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法具体包括：

步骤一，信源生成多组二进制数并通过编码、星座映射和上采样后得到多组频域数据，第c组频域数据表示为X^c,c＝1,2,…,C；

步骤二，对多组频域数据分别进行离散傅里叶逆变换IDFT得到多组时域数据，第c组时域数据表示为x^c,c＝1,2,…,C，并将多组时域数据分别搬移至不同的中心频率，得到C路OFDM信号；

步骤三，将C路OFDM信号进行分组得到G组信号，每组信号都包含K路OFDM信号，K、G满足K＝C/G，第g组的第k路信号表示为

步骤四，对分组后的组内信号进行求和得到G组求和后的信号，即

步骤五，利用相位旋转序列p＝{p₁＝1,p_g＝exp(jθ_g),g＝2,3,..,G}将组合得到最终的多路OFDM信号，即相位角θ_g∈{1,-1}；当改变相位旋转序列p时，s(p)的峰均比也随之改变；通过遍历所有可能的p，寻找最优的相位旋转序列p使s(p)的峰均比达到最小。

进一步，所述步骤五对相位旋转序列p的遍历具体包括(以G＝4为例)：

(1)相位旋转序列p共有2^G-1＝8种情况，利用p¹～p⁸表示p的8种情况，其中p¹＝{1,1,…,1}，p²＝{1,-1,1,…,1}，p⁸＝{1,-1,-1,…,-1}，对应的OFDM信号表示为s(p¹)～s(p⁸)；计算得到s(p¹)，即

(2)利用s(p¹)计算得到s(p²)，即

(3)分别利用s(p¹)和s(p²)计算得到s(p³)和s(p⁴)，即

(4)分别利用s(p¹)、s(p²)、s(p³)和s(p⁴)得到s(p⁵)、s(p⁶)、s(p⁷)和s(p⁸)，即

本发明的另一目的在于提供一种应用所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法的数字通信系统。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法的车联网系统。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法的实时监控系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明是在原有的适合单路OFDM系统的部分序列传输算法的基础上，将其扩展应用于抑制多路OFDM系统的峰均比，填补了国内外关于多路OFDM峰均比抑制算法的空白。本发明对多路OFDM信号进行分组并将组内信号相加，继而将相加得到的信号分别乘以一个相位旋转因子后再次相加，通过选择最优相位旋转因子组合降低信号峰均比。本发明是一种适合多路OFDM系统的峰均比抑制算法，并经过仿真验证可以降低多路OFDM信号的峰均比。

本发明的适合多路OFDM系统的峰均比抑制算法，填补了无人研究适用于多路OFDM系统的峰均比算法的空缺，改善了多路OFDM信号峰均比过大的问题，推动了多路OFDM系统的实际应用。

本发明可以抑制多路OFDM峰均比的算法采用了类似二叉树结构的搜索方法实现的最佳相位旋转序列搜索，降低了实现复杂度；该算法通过在发端加入所选相位旋转序列作为边带信息，并用编码进行保护，接收机可以通过边带信息正确解析出发端采用的相位序列，故该算法不会影响系统的误码率性能。

在传统的PTS能够有效抑制单路OFDM系统的峰均比，但是无法直接应用于多路OFDM系统。本发明在传统PTS算法的基础上，将其扩展应用于抑制多路OFDM系统的峰均比，提出了分组PTS(G-PTS)。对本发明的峰均比抑制算法进行性能仿真，仿真结果表明，该算法能够有效的抑制多路OFDM系统的峰均比，且误码率性能于理论误码率完全一致。

附图说明

图1是本发明实施例提供的适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的图1是本发明实施例提供的多路OFDM系统框图。

图3是本发明实施例提供的适合多路OFDM系统的峰均比抑制算法的结构框图。

图4是本发明实施例提供的适合多路OFDM系统的峰均比抑制算法的最佳相位旋转序列搜索的二叉树计算结构示意图。

图5是本发明实施例提供的适合多路OFDM系统的峰均比抑制算法峰均比抑制性能，系统参数为：八路OFDM系统、子载波数为64、上采样倍数为32、调制方式为64QAM。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是在PTS算法的基础上，将其扩展应用于抑制多路OFDM系统的峰均比，首先将多路OFDM信号进行分组并将组内信号相加，继而将相加得到的信号分别乘以一个相位旋转因子后再次相加，通过选择最优相位旋转因子组合降低信号峰均比。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法包括以下步骤：

S101：多路OFDM信号进行分组并将组内信号相加；

S102：将相加得到的信号分别乘以一个相位旋转因子后再次相加；

S103：通过选择最优相位旋转因子组合降低信号峰均比。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

如图2所示，现有的多路OFDM系统发射机包含数据源、编码、星座映射、上采样、离散傅里叶逆变换(IDFT)、上变频以及求和模块。发射机工作原理如下：

以其中一路为例介绍OFDM信号的生成过程：信号源产生比特流，对该比特流进行编码，对编码后的数据进行星座映射后得到频域数据，然后对符号序列进行上采样以及离散傅里叶变换后得到时域OFDM信号。最后将每一路OFDM信号通过上变频搬移至不同中心频率并将搬移后的多路OFDM相加得到最终要发射的多路OFDM信号。

如图3所示，适合抑制多路OFDM系统峰均比的G-PTS算法的实现步骤如下(以G＝4为例)：

步骤一，信源生成多组二进制数并通过编码、星座映射和上采样后得到多组频域数据，第c组频域数据表示为X^c,c＝1,2,…,C；

步骤二，对多组频域数据分别进行离散傅里叶逆变换(IDFT)得到多组时域数据，第c组时域数据表示为x^c,c＝1,2,…,C，并将多组时域数据分别搬移至不同的中心频率，得到C路OFDM信号；

步骤三，将C路OFDM信号进行分组得到G组信号，每组信号都包含K路OFDM信号，K、G满足K＝C/G，第g组的第k路信号表示为

步骤四，对分组后的组内信号进行求和得到G组求和后的信号，即

步骤五，利用相位旋转序列p＝{p₁＝1,p_g＝exp(jθ_g),g＝2,3,..,G}将组合得到最终的多路OFDM信号，即相位角θ_g∈{1,-1}。当改变相位旋转序列p时，s(p)的峰均比也随之改变。通过遍历所有可能的p，寻找最优的相位旋转序列p使s(p)的峰均比达到最小。

如图4所示，本发明的通过类似二叉树的结构完成对相位旋转序列的遍历，其实现步骤如下：

步骤一，相位旋转序列p共有2^G-1种情况，利用表示p的2^G-1种情况，其中p¹＝{1,1,…,1}，p²＝{1,-1,1,…,1}，对应的OFDM信号可表示为首先计算得到s(p¹)，即

步骤二，利用s(p¹)可以计算得到s(p²)，即

步骤三，分别利用s(p¹)和s(p²)可以计算得到s(p³)和s(p⁴)，即

步骤四，分别利用s(p¹)、s(p²)、s(p³)和s(p⁴)得到s(p⁵)、s(p⁶)、s(p⁷)和s(p⁸)，即

下面结合仿真对本发明的应用效果做详细的描述。

由图5可见，系统参数为八路OFDM系统、子载波数为64、上采样倍数为32、调制方式为64QAM时，本发明所提G-PTS算法在分组数G取不同值时，算法的峰均比抑制性能：

在纵坐标为10^-3，相较于原始信号，采用了本发明的峰均比抑制算法后，在分组数G＝2/4/8时，信号的峰均比分别降低了1.1dB，2.2dB，3.2dB。本发明的适合多路OFDM信号的峰均比抑制算法能够有效的降低多路OFDM信号的峰均比。

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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法，其特征在于，所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法首先将多路OFDM信号进行分组并将组内信号相加；然后将相加得到的信号分别乘以一个相位旋转因子后再次相加；最后通过选择最优相位旋转因子组合降低信号峰均比。

2.如权利要求1所述的适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法，其特征在于，所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法具体包括：

步骤一，信源生成多组二进制数并通过编码、星座映射和上采样后得到多组频域数据，第c组频域数据表示为X^c,c＝1,2,…,C；

步骤二，对多组频域数据分别进行离散傅里叶逆变换IDFT得到多组时域数据，第c组时域数据表示为x^c,c＝1,2,…,C，并将多组时域数据分别搬移至不同的中心频率，得到C路OFDM信号；

步骤三，将C路OFDM信号进行分组得到G组信号，每组信号都包含K路OFDM信号，K、G满足K＝C/G，第g组的第k路信号表示为

步骤四，对分组后的组内信号进行求和得到G组求和后的信号，即

步骤五，利用相位旋转序列p＝{p₁＝1,p_g＝exp(jθ_g),g＝2,3,..,G}将组合得到最终的多路OFDM信号，即相位角θ_g∈{1,-1}；当改变相位旋转序列p时，s(p)的峰均比也随之改变；通过遍历所有可能的p，寻找最优的相位旋转序列p使s(p)的峰均比达到最小。

3.如权利要求2所述的适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法，其特征在于，所述步骤五对相位旋转序列p的遍历具体包括：

(1)相位旋转序列p共有2^G-1种情况，利用表示p的2^G-1种情况，其中p¹＝{1,1,…,1}，p²＝{1,-1,1,…,1}，对应的OFDM信号表示为计算得到s(p¹)，即

(2)利用s(p¹)计算得到s(p²)，即

(3)分别利用s(p¹)和s(p²)计算得到s(p³)和s(p⁴)，即

(4)以此类推，通过步骤(2)(3)的方法计算得到

4.一种应用权利要求1～3任意一项所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法的数字通信系统。

5.一种应用权利要求1～3任意一项所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法的车联网系统。

6.一种应用权利要求1～3任意一项所述适合多路OFDM系统的峰均比抑制方法的实时监控系统。