TWI449384B - 可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統 - Google Patents

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可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統
本發明係有關於一種正交分頻多工系統，特別係有關於一種可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統。
請參閱第6圖，習知可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統200係包含有一串列/並列轉換器210、複數個連接該串列/並列轉換器210之相位旋轉單元220、複數個連接各該相位旋轉單元220之反快速傅立業轉換單元230及一連接該些反快速傅立業轉換單元230之最小峰均值功率比訊號選擇器240，系統輸入之資料可藉由該串列/並列轉換器210複製為複數(M-1 )個序列，該些經過複製之序列稱為X(k )，其係輸送至該相位旋轉單元320且結合該些相位序列Φ m (k ),m =0,1,...,M -1以產生複數個頻域之正交分頻多工序列X m (k )，該些頻域之正交分頻多工序列X m (k )係輸送至該反快速傅立業轉換單元230並轉換成時域之正交分頻多工序列X m (n )，最後，該些時域之正交分頻多工序列X m (n )係傳送至該最小峰均值功率比訊號選擇器240，該最小峰均值功率比訊號選擇器240係能從該些時域之正交分頻多工序列X m (n )中選出具有最小峰均值功率比之序列並進行訊號傳輸，惟，該些時域之正交分頻多工序列X m (n )係藉由多重發送複數個相位序列Φ m (k )而進行相位旋轉以及經由該些反快速傅立業轉換單元230運算後而得，若子載波的數量增加，該些反快速傅立業轉換單元230之數量及運算量皆會大幅增加，最終將導致系統複雜度增加，使得系統效能惡化。
本發明之主要目的係在於提供一種可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統，其係包含一調變單元、一第一反快速傅立業轉換單元、一截波器、一加法器、一快速傅立業轉換單元、一限制單元、一訊號分解器、一凸型函數檢驗單元及一最佳化單元，其中該調變單元係可接收一數位訊號並輸送一頻域原始訊號，該第一反快速傅立業轉換單元係連接該調變單元、接收該頻域原始訊號且輸送一時域原始訊號，該截波器係連接該第一反快速傅立業轉換單元、接收該時域原始訊號且輸送一時域擷取訊號，該加法器係連接該截波器及該第一反快速傅立業轉換單元，該加法器係可結合該時域原始訊號及該時域擷取訊號以形成一時域訊號，該快速傅立業轉換單元係連接該加法器、接收該時域訊號且輸送一頻域訊號，該限制單元係連接該快速傅立業轉換單元、接收該頻域訊號且輸送一修正頻域訊號，該訊號分解器係 連接該限制單元、接收該修正頻域訊號且輸送複數個時域分解訊號，該凸型函數檢驗單元係連接該訊號分解器及該第一反快速傅立業轉換單元，該凸型函數檢驗單元係接收該些時域分解訊號且可檢驗該些時域分解訊號是否為凸型函數，該最佳化單元係連接該凸型函數檢驗單元及該第一反快速傅立業單元，該最佳化單元係接收該些經過檢驗之時域分解訊號且輸出一最佳訊號。本發明係以訊號分解器對該修正頻域訊號進行訊號分割而形成複數個時域分解訊號，再藉由該凸型函數檢驗單元查驗該些時域分解訊號是否為凸型函數，最後於最佳化單元輸出一最佳訊號，本發明係藉由該訊號分解器、該凸型函數檢驗單元及該最佳化單元之架構找到最佳訊號，以使峰均值功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)為最小。
請參閱第1圖，其係本發明之一較佳實施例，一種可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統100，係包含一調變單元110、一第一反快速傅立業轉換單元120、一截波器130、一加法器140、一快速傅立業轉換單元150、一限制單元160、一訊號分解器170、一凸型函數檢驗單元180及一最佳化單元190，其中該調變單元110係可接收一數位訊號並傳送一頻域原始訊號X，該第一反快速傅立業轉換單元120係連接該調變單元110，該第一反快速傅立業轉換單元120係可接收該頻域原始訊號X且輸送一時域原始訊號χ，該截波器130係連接該第一反快速傅立業轉換單元120，該截波器130係可接收該時域原始訊號χ且輸送一時域擷取訊號，該加法器140係連接該截波器130及該第一反快速傅立業轉換單元120，該加法器140係可結合該時域原始訊號χ及該時域擷取訊號以形成一時域訊號c clip ，在本實施例中，該時域訊號c clip 係由該時域擷取訊號減掉該時域原始訊號χ而得，該快速傅立業轉換單元150係連接該加法器140，該快速傅立業單元150係可接收該時域訊號c clip 且輸送一頻域訊號C clip ，該限制單元160係連接該快速傅立業轉換單元150，該限制單元160係接收該頻域訊號C clip 且輸送一修正頻域訊號C ，較佳地，該限制單元160係為一可變動星座圖延伸(Active Constellation Extension)架構，該修正頻域訊號C 係經過星座點的位移而能無限地向外延伸，但不允許該修正頻域訊號C 朝接近原點的方向延伸，此限制稱為ACE限制，該訊號分解器170係連接該限制單元160，該訊號分解器170係接收該修正頻域訊號C 並切割該修正頻域訊號C ，以使該訊號分解器170能夠輸送複數個時域分解訊號C u ,u =1,2,...,U ，在本實施例中，當該些時域分解訊號C u 之切割數量不大於4(即U 4)時，該訊號分解器170之架構如第2圖所示，其中該訊號分解器170係包含複數個第二反快速傅立業轉換單元171、複數個連接該些第二反快速傅立業轉換單元171之相位旋轉單元172及一連接該些相位旋轉單元172之訊號片段重複與乘法單元173，該訊號片段重複與乘法單元173之架構圖如第3圖所示，另外，當該些時域分解訊號C u 之切割數量大於4時，該訊號分解器170之架構可更改如第4圖所示，而該訊號片段重複與乘法單元172之架構圖可更改如第5圖所示，接著，該凸型函數檢驗單元180係連接該訊號分解器170及該第一反快速傅立葉單元120，該凸型函數檢驗單元180係接收該些時域分解訊號C u 且可檢驗該些時域分解訊號C u 是否為凸型函數(Convex function)，其檢驗方式係敘述如下：證明是否為凸型函數，其中U 為正整數，α u 為純量，首先，將上式拆解為兩個式子，可分別表示為：以及f =max{f 1 ,f 2 ,…,f N }---(2)，驗證第(1)式在U =1,U =2,U >2 時的海森矩陣(Hssian matrix)是否為半正定矩陣(Positive Semidefinite matrix)，若第(1)式為半正定矩陣則代表第(1)式為凸型函數，在本實施例中，當U =1時，對第(1)式進行二次偏微即得到，故為凸型函數，當U =2時，對第(1)式進行二次偏微並代入海森矩陣，由於海森矩陣對應之特徵值λ 1 ,λ 2 0，故第(1)式為凸型函數，當U >2時，對第(1)式進行二次偏微並代入海森矩陣，由於海森矩陣為實對稱矩陣，並且藉由線性代數定理rank (AB )min{rank (A ),rank (B )}得知 f =L ‧L T 之秩數(Rank)最大為2，故得到海森矩陣對應之特徵值λ 1 ,λ 2 0，且λ 3 ,…,λ U =0，因此第(1)式為凸型函數，接下來，由凸型最佳化定理得知，若第(2)式中之f 1 ,f 2 ,…,f N 皆為凸型函數，並且取最大值運算(max{．}0)後的函數f 亦為凸型函數時，可有效證明為凸型函數，請再參閱第1圖，該最佳化單元190係連接該凸型函數檢驗單元180及該第一反快速傅立葉單元120，該最佳化單元190係接收該些經過檢驗為凸型函數之時域分解訊號C u ，且可輸出一最佳訊號X opti 。
本發明係以該訊號分解器170、該凸型函數檢驗單元180及該最佳化單元190之組合架構下找到最佳訊號X opti ，以使系統之峰均值功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)為最小。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
100‧‧‧可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統
110‧‧‧調變單元
120‧‧‧第一反快速傅立業轉換單元
130‧‧‧截波器
140‧‧‧加法器
150‧‧‧快速傅立業轉換單元
160‧‧‧限制單元
170‧‧‧訊號分解器
171‧‧‧第二反快速傅立業轉換單元
172‧‧‧相位旋轉單元
173‧‧‧訊號片段重複與乘法單元
180‧‧‧凸型函數檢驗單元
190‧‧‧最佳化單元
200‧‧‧可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統
210‧‧‧串列/並列轉換器
220‧‧‧相位旋轉單元
230‧‧‧反快速傅立業轉換單元
240‧‧‧最小峰均值功率比訊號選擇器
第1圖：依據本發明之第一較佳實施例，一種可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統之方塊圖。
第2圖：依據本發明之一較佳實施例，該可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統之訊號分解器的架構圖。
第3圖：依據本發明之一較佳實施例，該正交分頻多工系統之訊號分解器之訊號片段重複與乘法單元的示意圖。
第4圖：依據本發明之另一較佳實施例，該可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統之訊號分解器的架構圖。
第5圖：依據本發明之另一較佳實施例，該正交分頻多工系統之訊號分解器之訊號片段重複與乘法單元的示意圖。
第6圖：習知可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統之示意圖。
100．．．可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統
110．．．調變單元
120．．．第一反快速傅立業轉換單元
130．．．截波器
140．．．加法器
150．．．快速傅立業轉換單元
160．．．限制單元
170．．．訊號分解器
180．．．凸型函數檢驗單元
190．．．最佳化單元

Claims (3)

  1. 一種可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統，其係包含：一調變單元，其係可接收一數位訊號並輸送一頻域原始訊號；一第一反快速傅立業轉換單元，其係連接該調變單元，該第一反快速傅立業轉換單元係可接收該頻域原始訊號且輸送一時域原始訊號；一截波器，其係連接該第一反快速傅立業轉換單元，該截波器係可接收該時域原始訊號且輸送一時域擷取訊號；一加法器，其係連接該截波器及該第一反快速傅立業轉換單元，該加法器係可結合該時域原始訊號及該時域擷取訊號以形成一時域訊號；一快速傅立業轉換單元，其係連接該加法器，該快速傅立業轉換單元係可接收該時域訊號且輸送一頻域訊號；一限制單元，其係連接該快速傅立業轉換單元，該限制單元係接收該頻域訊號且輸送一修正頻域訊號；一訊號分解器，其係連接該限制單元，該訊號分解器係接收該修正頻域訊號且輸送複數個時域分解訊號；一凸型函數檢驗單元，其係連接該訊號分解器及該第一反快速傅立業轉換單元，該凸型函數檢驗單元係接收該些時域分解訊號且可檢驗該些時域分解訊號是否為凸型函數；以及一最佳化單元，其係連接該凸型函數檢驗單元及該第一反快速傅立業單元，該最佳化單元係接收該些經過檢驗之時域分解訊號且輸出一最佳訊號。
  2. 如專利申請範圍第1項所述之可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統，其中該限制單元係為一可變動星座圖延伸(Active Constellation Extension)架構。
  3. 如專利申請範圍第1項所述之可降低峰均值功率比之正交分頻多工系統，其中該訊號分解器係包含複數個第二反快速傅立業轉換單元、複數個連接該些第二反快速傅立業轉換單元之相位旋轉單元及一連接該些相位旋轉單元之訊號片段重複與乘法單元。
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