专利名称：一种降低ofdm信号峰均功率比的方法
技术领域：
本发明属于采用正交频分复用信号(OFDM)的无线通信技术领域，具体涉及基于 多音预留降低OFDM信号峰均功率比的方法。
背景技术：
在移动无线信道中，信号从发射天线经过一个时变多径信道到达接收天线，会产 生时间选择性衰落和频率选择性衰落。信道的时变特性引起信号频谱的展宽，导致多普勒 (Doppler)效应，造成信号随时间呈选择性衰落。根据多径信道在频域中表现出的频率选择 性衰落特性，人们提出了正交频分复用(OFDM)技术。OFDM技术是指将频域分割成多个子信 道，各相邻子信道间相互正交重叠，从而提高频谱的利用效率。可见，OFDM —方面能够克服 频率选择性衰落；另一方面，取小于相干时间的一段时间间隔作为一个OFDM符号的持续时 间，从而可以大大降低信道的时间选择性衰落对传输系统的影响。然而，OFDM技术仍然存在一些重要问题没有得到很好地解决。其中一个难点和关 键技术就是如何对高峰均功率比(峰值功率和平均功率之比)的控制。由于OFDM信号是 由多个子载波信号叠加而成，与恒包络信号如单载波信号相比，OFDM信号的峰均功率比将 是非常的高。如果信号的峰均功率比很高，发射机功率放大器的线性动态范围将要求很宽。 线性动态范围宽的功率放大器，将使得发射机的成本大大增加。线性动态范围低的功率放 大器虽然可以降低成本，但发送信号将会严重失真，从而导致系统性能的严重下降。因此， 为了降低OFDM信号对发送功率放大器的要求，需要降低OFDM信号的峰均功率比。目前，人们提出了很多方法来降低OFDM信号的峰均功率比。其中，多音预留(Tone Reservation)技术是一种有效的方法，该方法主要是通过预留一些子载波(称为预留子载 波)形成降低峰均功率比的信号，然后将其叠加到其它子载波(称为数据子载波)所对应 的时域信号上，使得总的时域信号的峰均功率比大大降低。假设OFDM系统的子载波数为N， 选择其中M个子载波作为预留子载波，在预留的子载波上放置降低峰均功率比的符号，记 为C(k)；其余N-M个子载波为数据子载波，在数据子载波上放置将要发送的数据符号，记为 X(k)。X(k)+C(k)，(k = 0，1，. . .，N-1)便是频域数据块。然后，对频域数据块进行N点反 快速傅里叶变换(IFFT)便得到时域信号χ= [X(O)，X(I)，-,x(N-l)]0传统的多音预留 方法的主要思想是先对时域信号χ = [x(0),x(l),…，x(N-l)]进行剪波处理，即
\x(n\ \x(n)\ < A 其中θ (η)为信号χ(η)的相位，A为剪波门限，得到新的时域信号。明显地， 剪波噪声为/㈨=，(η = 0,1,…，N-1)。再通过快速傅里叶变换(FFT)得到相
应的频域信号为 F = FFT {f}，其中，F= [F(O), F(I),…，F(N-I) ]，f = [f(0)，f ⑴，…， f (N-I)]。然后，只保留预留子载波上的F值，令其它子载波上的值为0，便得到峰值消除 信号的频域数据C ；再对C进行逆快速傅里叶变换(IFFT)，得到时域的峰值消除信号c = IFFT {C}，然后将c和原始时域信号加起来，再重复上述过程。
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可见，传统的多音预留方法，其降低OFDM信号峰均功率比存在着收敛速度慢、计 算复杂度高的缺点，不能完全满足现实通信中的发展需求。
发明内容
本发明提出了一种降低OFDM信号峰均功率比的方法，目的在于实现低复杂度情 况下快速降低OFDM信号的峰均功率比。一种降低OFDM信号峰均功率比的方法，包括下述步骤(1)令迭代次数LOOP = 0，计算时域信号χ = [χ(0),χ(1),…，x(N_l)]的峰均功 率比PAPRtl, N为子载波个数；(2)令LOOP = L00P+1，对时域信号χ进行剪波处理，得到时域剪波噪声信号f = [f (0)，f(l)，. . .，f (N-I)]，对时域剪波噪声信号f进行N点快速傅立叶变换得到频噪声数 据块 F= [F(0),F(1),... ,F(N-I)]；(3)构建峰值消除信号的频域形式C= [C(O)，C(I), ...，C(N-l)]，其中
C(k) = \DC,k = 0,l,…，N-1，R为预留子载波集合，Re为数据子载波集合，再对C；⑷优化峰值消除信号，记为其中尸=妮κ，K= {n| |x(n) >
ζ
Α}，η = 0，1，-,N-I ；(5)更新时域信号χ = χ +》，并计算当前时域信号χ的峰均功率比PAPRuxff,若 PAPRloop^1-PAPRloop > ε，则当前时域信号χ为最终待发送信号，否则，返回步骤(2)，其中ε 为迭代收敛控制变量。本发明对传统的多音预留方法进行了改进，对用于消除峰值的信号乘以了一个优 化因子，从而加快了峰均功率比降低的收敛速度，使得计算复杂度大大降低，经过仿真实验 验证，可以降低80%以上。
图1是本发明的系统框图；图2是本发明中降低OFDM信号峰均功率比方法的原理框图；图3是本发明产生快速收敛的峰值消除信号的原理框图。
具体实施例方式下面结合附图和实例对本发明进一步说明如图1所示，我们设该OFDM系统的总子载波数为N，其中预留M个子载波用于降低 峰值，预留子载波的集合R随机确定，输入的频域数据块设为X= [Χ(0)，Χ(1)，···，Χ(Ν-1)]； 其中X(k) =0(keR)；当y^R时，X(k)为调制信号。包括下述步骤为方便说明算法，设迭代次数的变量为L00P，迭代收敛控制变量为ε (即相邻两次迭代的峰均功率比的差值不超过ε，一般情况下ε =0.01 0.1)，预留子载波集合为 R0(1)对于N个子载波而言，其中M个预留子载波上的值设置为0，定义预留子载波 的集合为R= UQ，I1, ... , iM-J，其中，im(m = 0，l，…，M-1)用来指示集合R中第m个预 留子载波在频域数据块中所处的位置。将输入的比特数据流经正交振幅调制(QAM)后，放 置在N-M个数据子载波上，定义IT为集合R在N= {0，1，...，N-1}的补集，用来指示数据 子载波在频域数据块中的位置。对于传输的频域数据块X= [X(O), X(I),…，X(N-I)]而 言，X(k) = 0，k e R ；对X进行IFFT，这样就得到了频域信号所对应的OFDM时域信号χ = [χ(Ο)，χ(1)，…，x(N-l)]。令LOOP = 0，计算当前时域信号的峰均功率比，记为PAPRtl ；如图2所示，以下为对信号峰均功率比的降低过程(2)输入信号的剪波处理部分令LOOP = L00P+1，对时域信号χ = [x(0), x(l),…，χ(N-I)]进行剪波处理，便 得到时域失真信号蚴)，蜊)，…，舉-I)]，如下
\x(n\ \x(n)\ < A
剛叫“㈨丨〉？ =。，1，…，-1，其中θ (η)为信号χ(η)的相位，A为剪波门限。剪切以后的时域噪声信号表示为 f = [f(0),f(l),...,f (N-I)]，其中/( ) = ^r)-x{n)。对时域噪声信号进行 N 点 FFT 得到 得到频噪声数据块 F= [F(O), F(I),..., F(N-I)]；(3)保留M个预留子载波上的F的值，将N-M个数据子载波的值设为0，则得到
峰值消除信号的频域形式C= [C(0)，C(l)，...，C(N-l)]，其中C㈨=νΛ (k；(4)产生快速收敛的峰值消除信号(如图3所示)根据(I)式计算出优化系数p，其中K= {n| |x(n) > A}尸="eK▽丨，、丨2，(I)
MeK然后，对c乘以上述的优化系数P，记为p.c ,(5)将&与原始时域信号χ相加得到新的时域信号X + &并计算该信号峰均功率 比，记为PAPRuxjp,若PAPRux^1-PAPRump > ε，执行步骤(6)。否则，返回到步骤⑵，迭代上 述过程。(6)将此时具有较低峰均功率比的时域信号作为发送信号发送出去。实例具体参数方案0FDM系统的子载波数为256，预留子载波数为32，预留位置随机确 定，输入信号为QPSK调制的信号，剪波门限设为2. 5。仿真结果显示在CXDF = 10_3时，降低OFDM信号的峰均功率比为3. 8dB时，传统 的多音预留技术至少需要13次迭代运算，而新方法仅要需要2次迭代就能达到相同的效
5果。可见，新方法可以大大降低计算复杂度。 以上为本发明的一个实例而已，但本发明不应该局限于该实例和附图所公开的内 容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
权利要求
一种降低OFDM信号峰均功率比的方法，包括下述步骤(1)令迭代次数LOOP＝0，计算时域信号x＝[x(0)，x(1)，…，x(N 1)]的峰均功率比PAPR0，N为子载波个数；(2)令LOOP＝LOOP+1，对时域信号x进行剪波处理，得到时域剪波噪声信号f＝[f(0)，f(1)，...，f(N 1)]，进而对时域剪波噪声信号f进行N点快速傅立叶变换得到频噪声数据块F＝[F(0)，F(1)，...，F(N 1)]；(3)构建峰值消除信号的频域形式C＝[C(0)，C(1)，...，C(N 1)]，其中k＝0，1，…，N 1，R为预留子载波集合，Rc为数据子载波集合，再对C进行反快速傅立叶变换得到峰值消除信号的时域形式c＝[c(0)，c(1)，...，c(N 1)]；(4)计算峰值消除信号的优化信号其中K＝{n||x(n)|＞A}，n＝0，1，…，N 1；(5)更新时域信号并计算当前时域信号x的峰均功率比PAPRLOOP，若PAPRLOOP 1 PAPRLOOP＞ε，则当前时域信号x为最终待发送信号，否则，返回步骤(2)，其中ε为迭代收敛控制变量。FDA0000024266220000011.tif,FDA0000024266220000012.tif,FDA0000024266220000013.tif,FDA0000024266220000014.tif
全文摘要
本发明公开了一种降低OFDM信号峰均功率比的方法，对传统的多音预留技术进行了改进，在峰值消除信号乘上一个优化因子，从而加快了传统多音预留技术的收敛速率，保持了较佳的降低OFDM信号峰均功率比的性能，实现了低复杂度情况下快速降低OFDM信号的峰均功率比。
文档编号H04L27/26GK101917378SQ201010248719
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者周洋, 李海波, 江涛 申请人:华中科技大学