CN110768921A

CN110768921A - 基于预留符号的无失真初相序列降低papr的方法及装置

Info

Publication number: CN110768921A
Application number: CN201810824874.7A
Authority: CN
Inventors: 张长清
Original assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd; China Mobile Group Hunan Co Ltd
Current assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd; China Mobile Group Hunan Co Ltd
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: CN110768921B

Abstract

本发明的实施例公开了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法及装置，该方法在通过OFDM发送目标数据时，预先留出一部分预留子载波专门用于承载消峰信号，将消峰信号和目标数据均加载到子载波后，经过OFDM调制后再发送。将消峰信号和目标数据承载在不同的子载波上发送，保证了发出的目标信号不失真，提高了信号传输过程的稳定性，且对接收信号处理时仅需要去掉预留子载波上的信号，便可以得到不失真的目标信号，实现简单。另一方面，该方法通过初相作为消峰信号，提供了另一种生成消峰信号的方法，且初相和其它类型的消峰信号可以进行叠加得到更好的消峰效果。

Description

基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线移动通信技术领域，尤其是涉及一种域名解析的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法及装置。

背景技术

5G系统的高速率、高带宽和高数据量特征，对无线信息承载资源量要求较大，而时域、空域、码域和功率域等信息承载资源的拓展能力有限，可以预见，作为频域资源应用的重要技术——正交分频复用(OFDM)仍将是5G系统无线信道支撑的重要选择技术。但由于OFDM符号是经过IFFT数学变换后生成的多个独立的经过调制的子载波信号相加而成，致使所有子载波的带宽完全一样，所有子载波间保持严格的同步性，所有子载波的初相值为零，所有子载波承载信号的相关性较高，所以合成后的信号产生的较大峰值功率的可能性也非常高，从而带来较大的峰均功率比(PAPR)，直接影响是较大的信号功率峰值将会使信号进入非线性区，使信号产生非线性失真、产生谐波，造成明显的频谱扩展干扰和带内信号畸变，不仅会导致整个系统性能的下降，还将增加A/D、D/A的复杂度，增高功放的放大能力，降低设备的准确性等。

目前，解决OFDM系统中因PAPR引起的非线性失真的传统的方法，主要是基于大动态范围的线性放大器和对非线性放大器工作点进行补偿两种原理，采用了以下三类解决方法，第一类是包括限幅(Clipping)、压扩变换(Companding Trandform，CT)和预留子载波(Tone Reservation，TR)内的信号预畸变技术；第二类是包括选择性映射(SLM)、部分传送序列(PST)在内的高速编码技术；第三类是包括Golay、互补序列、Reed-Muller编码在内的分组编码技术。然而，这类方法不仅会使传输的信号失真，功放的效率大大降低，还会增加系统的技术成本、制造成本和功耗成本。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有的解决OFDM系统中因PAPR引起的非线性失真的传统的方法是对传输的所有数据进行调制，使得传输的信号本身就为失真信号，且信号传输过程中一旦受到干扰，很容易导致数据传输的错误。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何解决现有的OFDM系统中因PAPR引起的非线性失真的传统的方法是对传输的所有数据进行调制，使得传输的信号本身就为失真信号，且信号传输过程中一旦受到干扰，很容易导致数据传输的错误的问题。

针对以上技术问题，本发明的实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法，包括：

在通过OFDM发送目标数据时，获取预设数量的子载波，作为用于承载数据传输的消峰信号的预留子载波；

通过随机循环生成组数为预设组数的随机初相序列，分别计算每一组随机初相序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，获取PAPR值最小的一组目标随机初相序列；

将所述目标随机初相序列加载到所述预留子载波上，得到目标预留子载波，对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送；

其中，每一组随机初相序列中包括的初相的个数等于所述预设数量。

本发明的实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的装置，包括：

获取模块，用于在通过OFDM发送目标数据时，获取预设数量的子载波，作为用于承载数据传输的消峰信号的预留子载波；

确定模块，用于通过随机循环生成组数为预设组数的随机初相序列，分别计算每一组随机初相序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，获取PAPR值最小的一组目标随机初相序列；

调制模块，用于将所述目标随机初相序列加载到所述预留子载波上，得到目标预留子载波，对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送；

本实施例提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，

所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；

所述通信接口用于该电子设备和终端的通信设备或者基站的通信设备之间的信息传输；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行以上所述的方法。

第四方面，本实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行以上所述的方法。

本发明的实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法及装置，该方法在通过OFDM发送目标数据时，预先留出一部分预留子载波专门用于承载消峰信号，将消峰信号和目标数据均加载到子载波后，经过OFDM调制后再发送。将消峰信号和目标数据承载在不同的子载波上发送，保证了发出的目标信号不失真，提高了信号传输过程的稳定性，且对接收信号处理时仅需要去掉预留子载波上的信号，便可以得到不失真的目标信号，实现简单。另一方面，该方法通过初相作为消峰信号，提供了另一种生成消峰信号的方法，且初相和其它类型的消峰信号可以进行叠加得到更好的消峰效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法的流程示意图；

图2是本发明另一个实施例提供的无失真初相序列降低OFDM的PAPR的CCDF曲线图；

图3是本发明另一个实施例提供的改进预留符号降低OFDM的PAPR的CCDF曲线图；

图4是本发明另一个实施例提供的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的CCDF曲线图；

图5是本发明另一个实施例提供的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR工作原理示意图；

图6是本发明另一个实施例提供的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR工作流程示意图；

图7是本发明另一个实施例提供的用MATLAB仿真没有初相序列和预留符号降低PAPR的OFDM的调制解调过程示意图；

图8是本发明另一个实施例提供的用MATLAB仿真基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的OFDM调制解调过程示意图；

图9是本发明另一个实施例提供的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的OFDM调制解调过程中的波形情况示意图；

图10是本发明另一个实施例提供的当Am＝2和M＝4:4:16时基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的CCDF曲线图；

图11是本发明另一个实施例提供的当M＝2和Am＝1:2:8时基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的CCDF曲线图；

图12是本发明另一个实施例提供的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的误码率示意图；

图13是本发明另一个实施例提供的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的装置的结构框图；

图14是本发明另一个实施例提供的电子设备的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本实施例提供的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法的流程示意图。参见图1，该方法包括：

101：在通过OFDM发送目标数据时，获取预设数量的子载波，作为用于承载数据传输的消峰信号的预留子载波；

102：通过随机循环生成组数为预设组数的随机初相序列，分别计算每一组随机初相序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，获取PAPR值最小的一组目标随机初相序列；

103：将所述目标随机初相序列加载到所述预留子载波上，得到目标预留子载波，对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送；

本实施例提供的方法通常由基站执行，例如，基站作为发送数据的发送端(该数据的接收端通常为终端，例如，手机)，对发送的数据通过上述方法进行处理，以降低数据传输过程中的PAPR，避免传输的数据失真。PAPR即均峰功率比，由于基站发送的数据数据量很大，导致产生很大的PAPR值，若不对PAPR值进行处理，则会导致传输的数据失真。预设数量通常表示为L，预设组数通常表示为M，这两个参数均影响PAPR值。

本实施例提供的方法中，为了降低数据传输的PAPR值，基站发送数据前选取预设数量的子载波用来承载消峰信号，将消峰信号和需要发送的目标数据同时进行OFDM调制，相比于传统的对每一子载波上的目标数据进行处理的方法，该方法保证了发送的目标数据不失真。本实施例使用初相作为消峰信号，不会对传输的目标数据本身产生影响，消峰效果好。

需要说明的是，在从生成的随机初相序列选择目标随机初相序列时，需要计算每一随机初相序列作为消峰信号时，数据传输的PAPR值。其中，PAPR值的计算可以通过仿真实现，例如，设定预设数量、预设组数后，通过MATLAB便可仿真出不同的随机初相序列作为消峰信号时对应的PAPR值，根据仿真结果筛选出PAPR值最小的一组随机初相序列作为目标随机初相序列。

本实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法，该方法在通过OFDM发送目标数据时，预先留出一部分预留子载波专门用于承载消峰信号，将消峰信号和目标数据均加载到子载波后，经过OFDM调制后再发送。将消峰信号和目标数据承载在不同的子载波上发送，保证了发出的目标信号不失真，提高了信号传输过程的稳定性，且对接收信号处理时仅需要去掉预留子载波上的信号，便可以得到不失真的目标信号，实现简单。另一方面，该方法通过初相作为消峰信号，提供了另一种生成消峰信号的方法，且初相和其它类型的消峰信号可以进行叠加得到更好的消峰效果。

作为对上述方法的补充说明，MATLAB计算PAPR值的原理描述如下：

PAPR其实是一个测量无线环境中多径效应波形的重要参数，定义为波形的振幅值与有效值之比，即PAPR＝|Xpeak2|/Xrms2，其中Xpeak是波形的振幅值，Xrms是波形的有效值。正弦波的峰均比PAPR＝2，为10log2＝3dB。N个相位相同且频率接近的子波叠加后形成的共振波的峰均比可以高达10logN个dB。下面分析OFDM多载波传输中的子载波数N与PAPR的关系。

根据所有子载波f调制第i个码元间隔内的所有转输信号的模拟表达式

发射天线的归一化发射功率可以表述为：

根据PAPR定义，包含N个并行传输子载波的1个OFDM符号的峰均比可以表示为：

式中，max[p(t)]为所有子载波信号功率p(t)中的最大值(振幅值)，E[p(t)]为求信号功率的数学期望，即均方根值(有效值)，为了分析方便采用对数求解，单位是分贝(dBm)。

上述方法是一种无失真降低PAPR的方法，基本原理是发射端保留一部分专门的子载波，用于产生抑制PAPR的消峰信号，接收端直接忽略预留子载波信号。例如，先在时域存储消峰信号，再将消峰信号与预留子载波处数据为“0”的OFDM符号的时域信号分别相加，找到其中能使合成信号具有最小PAPR值的序列，将其插入到预留子载波处，与数据序列一起发送，经过IFFT变换后统一作为传输信号传输。

此外，在属于调整编码技术的选择性映射SLM方法中，若x_k＝IFFT[X_n],n,k＝1,...,N，设有M个不同的长度为N的随机相位序列

μ＝1,2,…,M，

在[0,2π]内均匀分布，系统用M个相位序列分别与X_n点乘，形成可以有M个不同的新的输入序列X^(μ)，即：

然后对所得M个序列X^(μ)分别进行IFFT变换，得到M个输出序列

最后在给定PAPR门限值的条件下，从这M个时域信号序列中选择PAPR值最小的用于传输。可以看出，SLM方法中的相位序列

是由M组线性序列组成，这M组可以是随机的，也可以是其他方式获取的，方式越简单，接收方越容易获取。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述将所述目标随机初相序列加载到所述预留子载波上，得到目标预留子载波，对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送，包括：

通过随机循环生成组数等于所述预设组数的随机符号序列，根据所述目标随机初相序列、预设幅值和每一组随机符号序列，计算使得数据传输的PAPR值最小的一组目标随机符号序列；

将所述目标随机符号序列和所述目标随机初相序列进行合并得到目标合并序列，将所述目标合并序列加载到所述预留子载波上，得到所述目标预留子载波，对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送；

其中，每一组随机符号序列中包括的符号的个数等于所述预设数量。

为了进一步增强消峰效果，本实施例不再单纯通过初相作为消峰信号，而是将初相和随机符号进行叠加共同作为消峰信号，以得到更好的消峰效果。需要说明的是，在确定消峰信号时，可以如上述实施例中的先选出目标随机初相序列，再确定目标随机符号序列，也可以先选出目标随机符号序列，再确定目标随机初相序列，本实施例对此不做具体限制。

例如，每一次随机循环均从0和1这两个字符中随机选取字符组成随机符号序列，直到经过次数等于预设组数次的循环生成了预设组数的随机符号序列。预设幅值通常表示为Am。PAPR值的计算依然通过MATLAB仿真得到，在此不再赘述。

本实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法，在确定消峰信号时，结合随机符号和初相共同生成消峰信号能够在尽可能占用较少的子载波的情况下达到更好的消峰效果。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述通过随机循环生成组数为预设组数的随机初相序列，分别计算每一组随机初相序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，获取PAPR值最小的一组目标随机初相序列，包括：

获取预先设定的初相集合，循环地从所述初相集合中随机获取初相，得到组数等于所述预设组数的随机初相序列，分别计算每一组随机初相序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，获取PAPR值最小时对应的一组目标随机初相序列。

例如，初相集合为[π/4、3π/4、5π/4、7π/4]，每一次随机循环均从这4个初相中随机选取初相组成随机初相序列，直到经过次数等于预设组数次的循环生成了预设组数的随机初相序列。可理解的是，初相集合中也可以是其它的初相，具体根据实际需要和经验确定即可。

本实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法，通过预先确定的初相集合经过循环生成作为消峰信号的序列，能够快速生成初相序列。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述通过随机循环生成组数等于所述预设组数的随机符号序列，根据所述目标随机初相序列、预设幅值和每一组随机符号序列，计算使得数据传输的PAPR值最小的一组目标随机符号序列，包括：

循环地获取随机字符，得到组数等于所述预设组数的随机符号序列，针对每一组随机符号序列，将该随机符号序列中的每一随机字符均乘以所述预设幅值后，将该随机符号序列与所述目标随机初相序列合并，得到合并序列，计算以该合并符序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，并获取PAPR值最小时对应的一组合并序列，该目标合并序列中对应的随机符号序列为所述目标随机符号序列。

对每一组随机符号序列，均生成对应的合并序列，一一计算每一合并序列作为消峰信号时对应的PAPR值，将PAPR值最小的合并序列中的随机符号序列作为目标随机符号序列。

本实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法，通过合并序列确定出目标随机符号序列，合并序列的消峰效果和实际数据传输时的消峰效果吻合，保证了选取的随机符号序列是能够产生最小的PAPR的序列。

进一步地，在上述各实施例的基础上，所述对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送，包括：

对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载进行IFFT变换，发射经过IFFT变换后的子载波。

图5示出了无失真初相序列降低PAPR工作原理，参见图5，在通过射频功放发送信号之前为基站发送目标数据时对目标数据的处理过程，低噪功放为接收端接收到信号后对信号进行的处理。可以看出，OFDM调制和解调的过程中，对加载目标数据和消峰信号的所有子载波进行IFFT变换，完成OFDM调制后进行发送。

本实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法，OFDM调制过程为信号发送的必经过程，保证了信号的正常传输。

进一步地，在上述各实施例的基础上，还包括：

所述预设组数越多，PAPR值越小且PAPR值的变化率越小；

所述预设数量越多，PAPR值越小但能够传输的目标数据的子载波数量越少；

所述预设幅值越大，PAPR值越小且PAPR值的变化率越小。

预设组数M，预设数量L和预设幅值Am均为可以根据具体情况进行设置的参数，这三个参数中，预设组数M越多，PAPR值越小，但是会大量耗费系统性能。预设数量L越多，PAPR值越小但能够传输的目标数据的子载波数量越少，即有效数据的传输率会降低。预设幅值Am越大，PAPR值越小但系统的平均功率会降低。因此，这三个参数处于动态平衡中，需要为每一参数找到一个合适的值，以使得消峰效果最佳。在确定这些参数的具体数值时可以先设定各个数值的范围，通过MATLAB仿真确定出每一参数的最佳取值。

本实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法，根据预设组数M，预设数量L和预设幅值Am的相互制约关系确定出每一参数的最佳取值，已达到最好的消峰效果。

进一步地，在上述各实施例的基础上，还包括：

若接收到包括了预留子载波的接收数据，则对所述接收数据进行解调以去除所述接收数据中通过所述预留子载波发送的消峰信号，得到所述目标数据，输出所述目标数据。

通常由终端接收到接收数据，特殊情况下，基站也可以作为接收端接收接收数据。无论是终端还是基站，在接收到接收数据后，均通过同样的数据处理方式得到目标数据。

本实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法，由于消峰信号占用专用的子载波，接收到接收数据后，只需要去掉消峰信号即可得到目标数据，实现容易，过程简单。

以下对上述实施例能够产生较好的消峰效果进行具体的阐述，该阐述分为(1)、(2)和(3)三个点。

(1)无失真初相序列降低PAPR分析：

传统的初相序列法是一种有失真降低PAPR的方法，因为接收端必须有发射端的与初相序列关联的信息解调，且如果这个关联信息有一丁点错误，都有可能使接收端解调出来的所有接收数据出错，可靠性受到影响。若能以无失真方法进行初相序列降低PAPR，则完全可以避免这类可靠性问题，因为无失真初相序列的接收端的有用数据不需要发射端的与初相序列关联的任何相关信息，下面就来分析无失真初相序列降低PAPR方法。

设宽带载频的最小值为fmin，子载波周期为T，对宽带载频离散后的N个子载波带宽都为Δf＝1/T，其中第1个子载波频率f1＝fmin+1/T、第2个子载波的频率f2＝fmin+2/T、…、第k个子载波的频率fk＝fmin+k/T。若在每个子载波对应的1个OFDM符号内同样抽样N值，则1个OFDM符号内抽样的时间间隔Δt＝T/N，t＝nΔt＝nT/N，n＝1，...，N。为了简化运算取f_min＝0，将f_k＝k/T和t＝nT/N代入

式(所有子载波f调制第i个码元间隔内的所有传输信号的模拟表达式的简式)，取归一化后得到：

设某个OFDM符号周期内有N个调制符号X’(k){k:1,2,…N}，根据

若对第k个调制符号X’(k)乘以一个初相值为

的复指数，即

则

可以表示为：

可以看出，由于初相仅仅是表示波形超前或滞后的一个时间常量，对波形本身没有影响，因而满足离散付里叶变换关系。仅仅从初相序列来看，

的存在只是改变了符号初相，移动了符号的时域位置，当

值是M组中某一序列的随机数时，M组中总存在可使所有符号的峰均值为最小的一个序列。若取数量为L(L<<N)的预留符号，并使这L个预留符号作为初相序列作用的基础，用L个初相序列改变这L个符号，使这L个符号的相位变化，当包括L个已改变初相的符号在内的N个符号相加时，这L个符号就可以部分消减N个符号的PAPR值。当M组初相序列循环改变L个符号时，在M组中总可以找到一个初相序列能使N个符号的PAPR值最小。

为了使初相序列降低PAPR方法无失真，使M组初相序列中的每个序列中的元素只有L个，并用L个元素的初相序列作用L个预留符号，使L个预留符号的位置发生改变，从而达到降低包括L个预留符号在内的N个符号的PAPR值的目的。由于只对L个预留符号作用，系统只需在发射端处理降低PAPR过程，接收端可直接删除L个预留符号，所以初相序列完全可以用随机简单相差序列[+1,-1,+1j,-1j]来产生L个初相序列，因为随机简单相差序列[+1,-1,+1j,-1j]是在[π/4、3π/4、5π/4、7π/4]角度中随机取值，实现简单，消峰效果较好。

图2所示为无失真初相序列降低OFDM的PAPR的CCDF曲线。其中总符号1024，预留符号100，数据符号924，有效数据传输率大于90％。采用的初相序列为100个在[π/4、3π/4、5π/4、7π/4]中随机选择的角度，可以看出，这100个预留符号位置的变化降低了924个数据符号的PAPR值，且随机初相序列组数越多，降低的PAPR值的变化率越小，虽然差距不是很大，如4组随机初相序列与16组相比，相差仅约1dB。其实，决定降低PAPR值大小的关键参数有两个，1个是预留符号幅值Am，1个是随机初相序列的组数M。加大Am值可能提高所有子载波数据的平均功率，加大M值可能提高系统资源的使用率，所以系统应该根据实际应用情况，合理选择Am和M值。显然，这种只对预留符号采用初相序列来降低PAPR值的方法的最大好处是无失真性。

(2)无失真改进预留符号降低PAPR分析

由于无失真初相序列降低PAPR方法是建立在预留符号的基础上，既然已经采用了预留符号，当然也可以同时使用无失真改进预留符号降低PAPR方法，使其结合无失真初相序列降低PAPR方法，达到仅增加极小的资源就可以进一步提高系统降低的PAPR值的目的。

属于信号预畸变技术的预留子载波TR方法，在随机生成一系列预留子载波的数据序列经IFFT变换后，在时域将消峰信号存储起来，再将这些消峰信号与预留子载波处数据为“0”的OFDM符号的时域信号分别相加，找到其中能够使合成信号具有最小PAPR值的那个序列，将其插入到预留子载波处。显然，TR是一种无失真有效降低OFDM系统PAPR的方法，基本原理是发射端保留一部分专门的子载波，用于承载抑制PAPR的消峰信号，接收端则直接忽略这部分被保留用来抑制PAPR的子载波上的随机数据，其他子载波则承载有用数据，要点是在L个预留子载波上放置合适数据，使这些数据经IFFT变换后，能够得到合适的消峰信号。

改进预留符号降低PAPR方法与TR稍有不同，其中的预留符号直接占用子载波承载，虽然预留子载波数不多，但同样可以降低有用信号的PAPR，因为每个预留符号的调制幅值具有较强的消峰能力。工作原理是，若在N个子载波中取L个子载波专门承载L个预留符号，N-L个子载波承载N-L个有用数据，其中L个预留符号实际包含有M组，每组有L个随机数据，每个随机数据都乘以幅值Am，发射端可以从M组中找到可使N-L个数据符号的PAPR值最小的L个预留符号，最小PAPR值的强度与幅值Am的大小有关。由于预留符号降低PAPR方法的处理过程主要在发射端，接收端直接忽略预留符号，系统结构简单，技术实现难度低。

图3所示为改进预留符号降低OFDM的PAPR的CCDF曲线。其中总符号1024，预留符号100，数据符号924，有用数据传输率大于90％，预留符号幅值Am＝2，图中黑色曲线没有使用降低PAPR方法，其他曲线分别分经过随机取值循环次数M为4～16次，可以看出，降低PAPR的效果与M相关，M越大，获得的PAPR值的变化率越小。同样，降低PAPR值与Am相关，且对对降低PAPR效果的影响较大。也就是说，与传统的预留符号法不同的是，改进预留符号法实际上有两个参数控制PAPR，系统可以根据实际情况，正确选择M和Am值。改进预留符号法的最大好处是无失真性，所有降低PAPR的处理技术只在发射端进行，接收端只需要删除预留符号即可。

(3)基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR方法分析

基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR方法，因其初相序列法和预留符号法都要利用预留符号作为无失真操作的基础，完全可以利用预留符号同时进行初相序列降低PAPR和改进预留符号降低PAPR，由于两种方法应用同一预留符号，许多相同工作可以一次完成，在利用两种方法使系统获得更低的PAPR值的同时，系统还可以简化相关的工作流程和技术实现难度，所以基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR方法是基于IFFT/FFT的OFDM技术应用中降低PAPR的重要方法之一。

基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR方法的基本原理是，先在每组有L个随机符号的M组中取最小PAPR值对应的L个预留符号，再用M组且每组有L个随机初相序列作用这L个预留符号，取最小PAPR值对应的初相序列作用后的预留符号，使得L个预留符号从不同的随机符号和不同的随机位置上同时对其他N-L个数据符号消峰，从而提高L个预留符号的消峰能力，最大限度降低N-L个数据符号的PAPR值。可以看出，由于系统是在最佳选择的L个随机预留符号上同时作用最佳选择的L个随机初相序列，且预留符号不含数据信息，具体消峰过程只在发射端，对接收端没有任何影响，操作简单、技术难度低，若增加预留符号幅值，还可显著增加消峰效果。

图4所示为基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的CCDF曲线，与图2曲线和图3曲线比较，图4曲线的效果正好是前两图曲线性能的叠加。仿真中的总符号或者子载波数N＝1024，预留符号数L＝100，数据符号数924，有效数据传输率大于90％，预留符号幅值Am＝2。仿真过程是，首先在M(4～16)组中取元素数为L的随机符号，在与数据符号作用后，取其中PAPR值最小的一组共L个随机符号作预留符号；再在M(4～16)组中取元素数为L的在[π/4、3π/4、5π/4、7π/4]中随机选择的随机初相序列作用前面的L个预留符号，取其中PAPR值最小对应的再次作为预留符号，再与数据符号一起作IFFT变换，达到降低系统的PAPR的目的。

将初相序列和预留符号相结合的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR方法，对降低PAPR值有影响的参数主要有循环次数M、预留符号数L和预留符号幅值Am。从图3中可以看出，循环次数M的增加，PAPR降低的幅度减小，说明用增加M值来降低PAPR时存在一个饱和值，但M值的增加会大量耗费系统的性能，所以M值应该根据系统的情况取其最优值。在M值确定后，要想继续降低PAPR值只能从L值和Am值上考虑，然而L值的增加会降低有效数据传输率，Am值的增加会增加系统的平均功率，两样需要根据实际情况取值。所以，基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR方法中的3个调制参数的选择必须根据需求正确取值。

关于基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR工作原理，进行如下阐述：

改进预留符号法是一种无失真降低PAPR方式，经过M次筛选随机取得的峰值为Am的预留符号，求出其中能使数据符号PAPR最小的预留符号，再对该预留符号作用经过M次筛选随机取得的初相序列后再次形成预留符号，然后将该预留符号与数据符号一起进行IFFT/FFT，使系统在经过最佳随机预留符号消减数据符号的PAPR后，又通过改变该预留符号在时域的位置，达到再次消减其他数据符号的PAPR的目的。接收端收到信号后，直接删除预留符号，保留数据符号。显然，通过前后两次类似选择性映射方法取得预留符号的过程，就是系统的无失真消峰过程的全部，虽然消峰信号与数据信号一起进入信道传输，但消峰信号与数据信号互不相干。

图5所示为基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR工作原理，表面上示图在传统的OFDM工作原理的基础上只增加了预留符号和除去预留两个框图，但实际上这两个框图中还包括了无失真初相序列和改进预留符号两种降低PAPR方法的全部过程。

在发射端，串行比特数据经信道编码和星座映射后形成映射符号，经串并变换后形成N-L个并行映射符号，其中N为子载波数，L为预留符号数。在“预留符号”框图中，系统首先通过M次循环得到M组每组L个随机符号，并将每组随机符号与数据符号相加后求出PAPR，再从M组中选择最小PAPR对应的随机符号作为预留符号；其次，系统通过M次循环得到M组每组从[π/4、3π/4、5π/4、7π/4]中随机取值的L个初相序列，用每组初相序列乘以前面获得的预留符号，使M组中L个预留符号在时域随机移动位置，并将每组随机移位的预留符号与数据符号合并，求出每组的PAPR，取其中PAPR最小的合并符号进入子载波映射和N点IFFT变换，完成PAPR处理过程。

可以看出，在发射端后面的工作已经与PAPR无关了，完全是典型的4G LTE处理过程。但因系统通过了基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR技术，在OFDM符号通过数模转换和上变频后的模拟信号中，包含了由L个预留符号和N-L个数据符号组成的N个子载波信号的叠加，整个叠加信号的PAPR值降低了许多，若信号能够达到标准的射频功率要求，则输出信号经过射频功放时将工作在线性区域，从而保证了从天线发射到无线信道中的无线信号可以工作在正常范围内，最后达到提高无线传输品质的目的。可以看出，发射端虽然经历了两次循环选择最佳符号序列和最佳初相序列，但过程并不复杂，技术难度也不高。

在接收端，通过无线信道传送到接收天线上的信号，经过低噪功放、下变频，以及串并变换后的N个并行传输的OFDM符号，再经过FFT变换和子载波逆映射后，变成N个映射符号。正常情况下，这N个映射符号中包含了L个预留符号和N-L个数据符号，且符号排列位置与发射端一致。所以经过子载波逆映射后，接收系统只需要按发射端规定的预留符号位置，仅仅提取这L个预留子载波之外的子载波数据进入并串变换即可，最终完成从发射端传来的N-L个数据的接收处理。可以看出，基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR方法的接收端非常简单，传输到接收端的预留符号也没有对数据符号产生干扰，更没有消耗接收端较大资源来处理预留符号。

图6示出了基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR工作流程，可以看出，在发射端处理PAPR的过程中，首先从M次循环中获取M组每组有L单元的随机符号序列，再取PAPR最小的作为预留符号进入到下轮。系统再次从M次循环中获取M组每组从[π/4、3π/4、5π/4、7π/4]中随机取值的L个初相序列，并用每组初相序列乘以前面的符号序列形成位置随机变化后的预留符号，再将该预留符号与数据符号合并后求出PAPR值，最后选择最小PAPR值对应的合并符号输出到下一级进入子载波映射和IFFT变换。显然，每一次取PAPR最小对应的预留符号时，都要在前先合并随机符号和数据符号，才能求得能够使数据符号PAPR最小的预留符号，其实在两次求解最小PAPR中，既可以分开求之，也可以合并求之。

在接收端，发射信号在无线信道经过高斯噪声影响后，在接收天线上形成接收信号，经过FFT变换和子载波逆映后，系统可以只取预留符号外的数据符号输出，从而直接将预留符号除去，所以在基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的工作流程中，接收端的处理过程非常简单，这也是基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR方法中最主要的优点。虽然在基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的工作流程中，前后进入了两次求解PAPR值，但若两次循环数都取M，完全可以将两次操作一次完成，即在进入M次循环每次取L个随机符号时，也在[π/4、3π/4、5π/4、7π/4]中取L个随机初相序列，并用初相序列乘以随机符号，形成M组已经随机移位的随机符号序列，在与数据符号合并后求M组PAPR值，再取其中PAPR最小值对应的包括预留符号和数据符号的合并符号。

本实施例通过仿真对基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR进行更为详尽的说明：

由于计算资源有限，在基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的仿真中，取子载波数N＝1024，信道信噪比SNR＝10dB，上下变频取5G频谱fc＝5927.47e6Hz，星座映射取高速数字调制64QAM。随机预留符号占用L＝100个子载波，且预留符号的幅值取Am＝2，初相序列组数和随机预留符号组数取M＝16。

为了方便比较，先用MATLAB仿真没有初相序列和预留符号降低PAPR的OFDM的调制解调过程(如图7所示)，再用MATLAB仿真基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的OFDM调制解调过程(如图8所示)，仿真基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的OFDM调制解调过程中的波形情况(如图9所示)，仿真当Am＝2和M＝4:4:16时基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的CCDF曲线(如图10所示)，仿真当M＝2和Am＝1:2:8时基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的CCDF曲线(如图11所示)，仿真基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的误码率(如图12所示)，了解基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的性能。

图7所示为没有预留符号和初相序列降低PAPR的OFDM的传输波形，是典型的应用于4G LTE系统的基于IFFT/FFT技术的OFDM系统。在发射端，系统在经过64QAM星座调制、IFFT变换、OFDM调制后的调制符号和OFDM符号，以及在经过上变频、信道冲激、噪声干扰后的模拟信号，信号幅度的变化都在同一数量级。在接收端，系统经过下变频、均值抽样后的模拟信号，经过FFT变换、星座逆映后的调制符号，信号幅度变化也在同一数量级。由于仅考虑了高斯噪声影响，在图7编号为3的图所示的星座映射和图7中编号为9的图所示的FFT中，除了接收端FFT图中各星座点出现散射外，其他信号的相位和幅值都没有出现较大变化。

图8所示为基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的OFDM调制过程中各环节上的传输波形。为了便于分析，图中加入预留符号和初相序列后波形图展示为全部和局部两张。图8中编号为3的图是包括预留符号和数据符号在内的全部信息图，幅值Am＝2的预留符号因经过随机选择和初相序列位移，使得星座图分布的范围从原来的(-8,8)扩展为(-20,20)，由于预留符号是随机符号，又经过随机初相位移，所以局部范围仅为(-8,8)的图8中编号为4的图中的星座出现了标准星座中插入了非标准星座的情况，那些非标准分布的星座其实就是预留符号。预留符号的随机性使得符号值有大有小，又因随机初相位移作用，预留符号的复数值不仅分布在标准区域(-8,8)之外，也可以分布在标准区域之内，说明基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法可能提高峰值功率，但峰均功率增大成分不多。

当经过IFFT调制后，合并后的预留符号和数据符号的分布范围又回到了没有使用初相序列和预留符号降低PAPR的OFDM的调制状态中，OFDM符号的分布范围只有少许增加。后面的模拟信号上变频信号和加噪信号，不仅没有受到因平均功率增加的影响，反而幅值普遍有所减小，降低了1～2个数量级，这当然是经过基于预留符号的无失真初相序列处理后大大降低了PAPR的原因。

同样，图8中编号为9的图是FFT解调后的全部信息图，图8中编号为10的图是解调后局部信息图，不难发现，图8中编号为9的图与图8中编号为3的图的星座分布完全一致，但图8中编号为9的图的星座分布范围大大减小，只有图8中编号为3的图的1/20。图8中编号为10的图经过FFT变换后全部映射符号中局部星座图，其实是除去了预留符号后的数据符号星座图，可以看出图8中编号为10的图星座与图7中编号为9的图中星座完全一样，但分布范围同样是前者的1/20，这说明基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法对OFDM的调制解调过程没有不良影响，反而有效地降低了接收信号的整体接收功率，因为PAPR较低，使得上变频可以工作在线性区域。

其实，在图9的发射与接收传输波形图中，同样也显示了因系统使用了基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法后的OFDM的调制解调情况，且显示得更加直观明了，因为显示的大部分都是复数信号的实部，是信号的真实部分。图9中编号为3的图显示的是500到530共30个星座映射符号的波形的实部，图9中编号为4的图显示的也是500到530共30个用基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR后，再经过IFFT变换的OFDM符号的波形实部。由于只改变了预留符号的初相，增加了预留符号的幅值，数据符号没有任何变化，所以传输中的数据符号的相位和幅值没有受到影响，即对数据符号没有产生失真，发射端信号幅度与接收端信号幅度几乎一样。

图10所示为上述仿真条件下，经过M＝4、8、12、16共4组预留符号和初相序列，以及幅值Am＝2时的预留符号后，通过对每组筛选出的4个使PAPR最小的预留符号和初相序列，分别求出对应的PAPR与CCDF的曲线，其中黑线为没有经过预留符号和初相序列降低PAPR处理的CCDF曲线。可以看出，基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的CCDF曲线与没有经过预留符号和初相序列降低PAPR处理的CCDF曲线差别较大，但无基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的处理中各组的CCDF曲线的差别也不大，且差距越来越小，说明在确定Am后，增加循环次数M获得的PAPR效果较为有限。

图11所示为循环次数M＝16，预留符号幅值分别为Am＝1、2、3、4时的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的CCDF曲线。可以看出，与图10一样，随着Am的增大，PAPR的效果越来越好，但效果改进的程度也越业越小，说明增加Am值同样存在一个饱和值，在基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法中，利用增加预留符号幅值获得的PAPR效果会越来越低，还会增大系统平均的功率，所以要慎重取值,一般情况下取Am＝2较为适中。所以，在基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法中，M、Am和L取值是一种综合平衡的关系。

图12所示是根据图6所示的流程仿真得到的使用了基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的OFDM传输系统的误码率曲线，仿真中取子载波N＝1024，64QAM调制取每调制符号6比特数据，变频取基于5G频谱的f＝5927.47e6Hz，信道干扰取高斯噪声，取仿真循环次数Loop＝5000，预留符号数L＝100，预留符号幅值Am＝2，循环次数M＝16。可以看出经过基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的处理后的OFDM系统的性能很好。需要注意的是，在仿真中，降低系统的PAPR与OFDM的误码率好像没有多大关系，但在理论和实际中，两者之间的关系非常密切，因为较高的PAPR主要影响的是功放，很容易将进入功放的模拟信号推到非线性区，从而出现非线性失真，所以现实中降低IFFT变换后的PAPR，直接关系到无线传输中的误码率指标。

图13为本实施例提供的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的装置的结构框图，如图13所示，本发明的实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的装置，包括获取模块1301、确定模块1302和调制模块1303，其中，

获取模块1301，用于在通过OFDM发送目标数据时，获取预设数量的子载波，作为用于承载数据传输的消峰信号的预留子载波；

确定模块1302，用于通过随机循环生成组数为预设组数的随机初相序列，分别计算每一组随机初相序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，获取PAPR值最小的一组目标随机初相序列；

调制模块1303，用于将所述目标随机初相序列加载到所述预留子载波上，得到目标预留子载波，对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送；

本实施例提供的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的装置适用于上述实施例中的基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法，在此不再赘述。

本发明的实施例提供了一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的装置，该装置在通过OFDM发送目标数据时，预先留出一部分预留子载波专门用于承载消峰信号，将消峰信号和目标数据均加载到子载波后，经过OFDM调制后再发送。将消峰信号和目标数据承载在不同的子载波上发送，保证了发出的目标信号不失真，提高了信号传输过程的稳定性，且对接收信号处理时仅需要去掉预留子载波上的信号，便可以得到不失真的目标信号，实现简单。另一方面，该装置通过初相作为消峰信号，提供了另一种生成消峰信号的方法，且初相和其它类型的消峰信号可以进行叠加得到更好的消峰效果。

图14是示出本实施例提供的电子设备的结构框图。

参照图14，所述电子设备包括：处理器(processor)1401、存储器(memory)1402、通信接口(Communications Interface)1403和总线1404；

其中，

所述处理器1401、存储器1402、通信接口1403通过所述总线1404完成相互间的通信；

所述通信接口1403用于该电子设备和终端的通信设备或者基站的通信设备之间的信息传输；

所述处理器1401用于调用所述存储器1402中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：在通过OFDM发送目标数据时，获取预设数量的子载波，作为用于承载数据传输的消峰信号的预留子载波；通过随机循环生成组数为预设组数的随机初相序列，分别计算每一组随机初相序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，获取PAPR值最小的一组目标随机初相序列；将所述目标随机初相序列加载到所述预留子载波上，得到目标预留子载波，对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送；其中，每一组随机初相序列中包括的初相的个数等于所述预设数量。

第四方面，本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：在通过OFDM发送目标数据时，获取预设数量的子载波，作为用于承载数据传输的消峰信号的预留子载波；通过随机循环生成组数为预设组数的随机初相序列，分别计算每一组随机初相序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，获取PAPR值最小的一组目标随机初相序列；将所述目标随机初相序列加载到所述预留子载波上，得到目标预留子载波，对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送；其中，每一组随机初相序列中包括的初相的个数等于所述预设数量。

本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如，包括：在通过OFDM发送目标数据时，获取预设数量的子载波，作为用于承载数据传输的消峰信号的预留子载波；通过随机循环生成组数为预设组数的随机初相序列，分别计算每一组随机初相序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，获取PAPR值最小的一组目标随机初相序列；将所述目标随机初相序列加载到所述预留子载波上，得到目标预留子载波，对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送；其中，每一组随机初相序列中包括的初相的个数等于所述预设数量。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述目标随机初相序列加载到所述预留子载波上，得到目标预留子载波，对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过随机循环生成组数为预设组数的随机初相序列，分别计算每一组随机初相序列作为所述消峰信号时数据传输的PAPR值，获取PAPR值最小的一组目标随机初相序列，包括：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过随机循环生成组数等于所述预设组数的随机符号序列，根据所述目标随机初相序列、预设幅值和每一组随机符号序列，计算使得数据传输的PAPR值最小的一组目标随机符号序列，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对承载了所述目标数据的子载波和所述目标预留子载波进行调制和发送，包括：

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述预设组数越多，PAPR值越小且PAPR值的变化率越小；

所述预设幅值越大，PAPR值越小且PAPR值的变化率越小。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

8.一种基于预留符号的无失真初相序列降低PAPR的装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至7任一项所述的方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至7任一项所述的方法。