CN112887251B - 一种ofdm传输系统中低复杂度的papr抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种OFDM传输系统中低复杂度的PAPR抑制方法，将原部分传输序列算法中的相位因子bⁱ简化为1和‑1，极大降低了系统计算的复杂度；并且对PAPR计算只需计算8次，远小于原来的部分传输序列技术所需的计算2^8＝256次数，极大降低了系统计算时间，运用具有纠错能力的BCH编码，提高了相位因子传输的可靠性，同时，将编码后的相位因子信息插入到OFDM符号的导频位置上，增加了系统具备利用导频进行信道估计的能力。

Description

一种OFDM传输系统中低复杂度的PAPR抑制方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其是基于OFDM体制的信号传输系统中高效可靠低复杂度PAPR抑制的方法、系统、计算机设备和存储介质的一种OFDM传输系统中低复杂度的PAPR抑制方法。

背景技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，是多载波调制的一种。通过频分复用实现高速串行数据的并行传输，它具有较好的抗多径衰弱的能力，能够支持多用户接入。OFDM主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。

OFDM信号由多个子载波信号组成，这些子载波信号由不同的调制符号独立调制。因为OFDM信号是很多个小信号的总和，这些小信号的相位是由要传输的数据序列决定的。对某些数据，这些小信号可能同相，而在幅度上叠加在一起从而产生很大的瞬时峰值幅度。而峰均比过大，将会增加A/D和D/A的复杂性，而且会降低射频功率放大器的效率。由于OFDM系统峰值平均功率比(PAPR)大，对非线性放大更为敏感，故OFDM调制系统比单载波系统对放大器的线性范围要求更高。

发明内容

为了解决现有技术中OFDM系统PAPR抑制算法复杂度比较高，传输效率低、可靠性差的技术问题，本发明提供了一种基于部分传输序列的简化可靠算法，具有实现复杂度低、数据传输率高、系统性能良好的优点，既能满足系统指标要求，又具有较低实现复杂度，兼备信道估计的功能的PAPR抑制算法。

本发明的技术方案为：一种OFDM传输系统中低复杂度的PAPR抑制方法，包括以下步骤：

Step10、将OFDM符号的N个子载波中等间隔按顺序分别插入16个导频，再将N个子载波符号分为8个不相交的子块Xⁱ，其中Xⁱ＝X(i:8:N)，i＝1,…,8；

Step20、i＝1，每一分割后的子块Xⁱ乘以一个响应的相位因子bⁱ＝1并经过IFFT，并计算得到PAPR值，并将其设为PAPR_min；

Step30、令i＝i+1，由此i＝2，更新b²＝-1，重复Step20的过程，计算新的PAPR值；

Step40、若Step30中计算的新的PAPR>PAPR_min，则相位因子bⁱ＝1(i＝1,…,8)，保持不变，反之，将新的PAPR值更新为新的PAPR_min，并更新i＝2对应的相位因子b²＝-1，其余bⁱ保持不变；

Step50、重复Step30，若i＝i+1＜8，则更新bⁱ＝-1，并且重复Step30后续步骤，再进行Step40的PAPR值比对和相位因子bⁱ更新；反之，得到最优的相位因子bⁱ并且退出PAPR最小值计算程序，由此得到bⁱ(i＝1,…,8)序列，bⁱ中b¹固定为值1，其余7位根据计算结果在(1，-1)间选择；

Step60、将最终得到的bⁱ(i＝1,…,8)后7位，令1映射为1，-1映射为0；进行BCH(15,7)编码，编码后得到15位的0，1序列；

Step70、将Step60中经过编码的15位的0，1序列，按照1映射为1，-1映射为0，将15位的1，-1序列放置在Step10中插入的导频后15位，由此得到一个完整具备PAPR抑制和信道估计能力的OFDM符号。

优选地，所述导频的值为1。

优选地，所述子块Xⁱ对应数列X中位置为：

X¹＝X(1,9,17,…,N-7)，X²＝X(2,10,18,…,N-6)，

X³＝X(3,11,19,…,N-5)，X⁴＝X(4,12,20,…,N-4)，

X⁵＝X(5,13,21,…,N-3)，X⁶＝X(6,14,22,…,N-2)，

X⁷＝X(7,15,23,…,N-1)，X⁸＝X(8,16,24,…,N)。

优选地，所述PAPR值的计算过程为：

Step21、将Step20中的子块Xⁱ乘以一个响应的相位因子bⁱ＝1经过IFFT，从而得到

其中x表示xⁱ的系列组合，xⁱ为Xⁱ的傅里叶反变换(IFFT)结果；

Step22、再通过公式PAPR＝E{max(x^2)/E(x^2)}，计算得到对应的PAPR值，其中E{.}表示平均值。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明将原部分传输序列算法中的相位因子bⁱ简化为1和-1，极大降低了系统计算的复杂度；

2、本发明中对PAPR计算只需计算8次，远小于原来的部分传输序列技术所需的计算2^8＝256次数，极大降低了系统计算时间。

3、本发明运用具有纠错能力的BCH编码，提高了相位因子传输的可靠性，同时，将编码后的相位因子信息插入到OFDM符号的导频位置上，增加了系统具备利用导频进行信道估计的能力。

附图说明

图1为本发明的导频插入位置图；

图2为本发明的算法计算流程图；

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明的描述中，需要理解的是，术语中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。

本发明提供如下技术方案，主要算法计算的计算过程如附图2所示，对应的步骤过程如下：

1、将一个OFDM符号的N(常见OFDM子载波数为16的整数倍)个子载波分为8个不相交的子块；其中，N个子载波中已等间隔按顺序分别插入16个导频值1，导频位置如附图1所示。

再将N个子载波符号分为8个不相交的子块：

D＝[X¹,X²,…,X⁸] (1)

其中，D为子块的合集，Xⁱ为原始序列X对应的第i个连续分布、大小相同的子块，Xⁱ＝X(i:8:N)，i＝1,…,8，子块对应数列X中的位置为：

X¹＝X(1,9,17,…,N-7)，X²＝X(2,10,18,…,N-6)

X³＝X(3,11,19,…,N-5)，X⁴＝X(4,12,20,…,N-4)

X⁵＝X(5,13,21,…,N-3)，X⁶＝X(6,14,22,…,N-2)

X⁷＝X(7,15,23,…,N-1)，X⁸＝X(8,16,24,…,N)

2、将8个子块Xⁱ，i＝1,…,8，分别乘以1，即：每一分割后的子块乘以一个响应的相位因子bⁱ＝1(i＝1,…,8)，随后经过IFFT(反向快速傅里叶变换)，得到：

PAPR＝E{max(x^2)/E(x^2)} (3)

其中x表示xⁱ的系列组合，xⁱ为Xⁱ的傅里叶反变换(IFFT)结果；其中E{.}表示平均值；PAPR表示为峰值平均功率比；

通过公式(3)计算公式(2)的PAPR值，并将其设为PAPR_min。

3、令i＝2，更新b²＝-1，重新计算式(2)的PAPR值。

4、如果步骤3计算得到的PAPR>PAPR_min，那么相位因子bⁱ＝1(i＝1,…,8)，保持不变；否则，更新PAPR_min为当前PAPR值，并更新i＝2对应的相位因子b²＝-1，其余bⁱ保持不变。

5、如果i＝i+1＜8，更新bⁱ＝-1，重复步骤3，再进行步骤4的PAPR值比对和相位因子更新；否则，得到最优的相位因子bⁱ，然后退出PAPR最小值计算程序。此时，得到的bⁱ(i＝1,…,8)序列，bⁱ中b¹固定为值1，其余7位根据计算结果在(1，-1)间选择。

6、将最终得到的bⁱ(i＝1,…,8)后7位，令1映射为1，-1映射为0；进行BCH(15,7)编码，编码后得到15位的0，1序列。同样，按照1映射为1，-1映射为0的规则，将15位的1，-1序列放置到图1所示的导频位置的后15位中。最终，得到一个完整具备PAPR抑制和信道估计能力的OFDM符号。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种OFDM传输系统中低复杂度的PAPR抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step10、将OFDM符号的N个子载波中等间隔按顺序分别插入16个导频，再将N个子载波符号分为8个不相交的子块Xⁱ，其中Xⁱ＝X(i:8:N)，i＝1,…,8；

Step20、i＝1，每一分割后的子块Xⁱ乘以一个响应的相位因子bⁱ＝1并经过IFFT，并计算得到PAPR值，并将其设为PAPR_min；

Step30、令i＝i+1，由此i＝2，更新b²＝-1，重复Step20的过程，计算新的PAPR值；

Step40、若Step30中计算的新的PAPR>PAPR_min，则相位因子bⁱ＝1(i＝1,…,8)，保持不变，反之，将新的PAPR值更新为新的PAPR_min，并更新i＝2对应的相位因子b²＝-1，其余bⁱ保持不变；

Step50、重复Step30，若i＝i+1＜8，则更新bⁱ＝-1，并且重复Step30后续步骤，再进行Step40的PAPR值比对和相位因子bⁱ更新；反之，得到最优的相位因子bⁱ并且退出PAPR最小值计算程序，由此得到bⁱ(i＝1,…,8)序列，bⁱ中b¹固定为值1，其余7位根据计算结果在(1，-1)间选择；

Step60、将最终得到的bⁱ(i＝1,…,8)后7位，令1映射为1，-1映射为0；进行BCH(15,7)编码，编码后得到15位的0，1序列；

Step70、将Step60中经过编码的15位的0，1序列，按照1映射为1，-1映射为0，将15位的1，-1序列放置在Step10中插入的导频后15位，由此得到一个完整具备PAPR抑制和信道估计能力的OFDM符号。

2.根据权利要求1所述的一种OFDM传输系统中低复杂度的PAPR抑制方法，其特征在于，所述导频的值为1。

3.根据权利要求1所述的一种OFDM传输系统中低复杂度的PAPR抑制方法，其特征在于，所述子块Xⁱ对应数列X中位置为：

X¹＝X(1,9,17,…,N-7)，X²＝X(2,10,18,…,N-6)，

X³＝X(3,11,19,…,N-5)，X⁴＝X(4,12,20,…,N-4)，

X⁵＝X(5,13,21,…,N-3)，X⁶＝X(6,14,22,…,N-2)，

X⁷＝X(7,15,23,…,N-1)，X⁸＝X(8,16,24,…,N)。

4.根据权利要求3所述的一种OFDM传输系统中低复杂度的PAPR抑制方法，其特征在于，所述PAPR值的计算过程为：

Step21、将Step20中的子块Xⁱ乘以一个响应的相位因子bⁱ＝1经过IFFT，从而得到

其中x表示xⁱ的系列组合，xⁱ为Xⁱ的傅里叶反变换(IFFT)结果；

Step22、再通过公式PAPR＝E{max(x^2)/E(x^2)}，计算得到对应的PAPR值，其中E{.}表示平均值。

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