专利名称：无带宽扩展的频域成形ofdm峰均比降低方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)系统中信号峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio, PAPR，简称峰均比)降低的方法，可用于提高OFDM系统的传输性能。
背景技术：
与传统技术相比，OFDM传输技术能够提供更大的覆盖范围、更好的传输质量、更高的数据速率和频谱效率。然而，由于OFDM传输系统中的数据符号是由多个独立经过调制的子载波信号叠加而成的，当各个数据信号子载波相位相同或者相近时，信号便会受到相同初始相位信号的调制，从而产生较大的瞬时功率峰值，带来较高的峰均比。由于一般的功率放大器的动态范围都是有限的，当峰均比较高的信号通过高功率放大器时，为了避免信号的非线性失真、频谱扩展干扰以及带内信号畸变，功率放大器必须以功率回退方式工作，大大降低了放大器的工作效率和功率利用率。因此，为了更好的发挥OFDM技术的优势，必须降低OFDM系统中传输信号的峰均比。ImranNew ZCT Precoding Based SLM Technique for PAPR Reduction in OFDM Systems"(Circuits and Systems (APCCAS),2010 IEEE Asia Pacific Conference on, Page (s) :1123-1126)中提出一种基于Zadoff-Chu矩阵变换的选择性映射方法来降低OFDM系统传输信号的峰均比。该方法的实施步骤是第一，发射端信号处理器对输入信号进行串并变换，获得一个并行传输的信号序列；第二，对信号序列分别乘以V个不同的相位旋转因子，获得V个不同的加权信号序列，将加权信号序列输入ZCT预编码器进行ZCT变换；第三，对所有经过ZCT变换的加权信号序列进行快速逆傅里叶变换之后，进行并串变换；第四，选择具有最小峰均比的加权信号进行发射，实现降低传输信号峰均比的目的。该方法在一定程度上降低了传输信号的峰均比，而且在理想状况下，没有误比特率的性能损失。在特定的通信场景中，能够满足用户对通信系统的性能要求。该方法的不足之处是第一，由于要对信号序列进行多次快速傅里叶变换和矩阵乘法运算，该方法的运算复杂度过高；第二，该方法需要传输信号的边带信息，一旦接收端对边带信息的接收出现错误，信号的误比特率性能会急剧下降；第三，该方法对峰均比的降低幅度不够大，无法满足大多数移动用户终端设备对峰均比性能值的要求。北京交通大学提出的专利申请“基于虚载波预留算法降低OFDM系统峰均比的方法”(申请日2009年1月9日，申请号200910076602. 4，公开号CN 101459648A)中公开了一种基于虚载波的降低OFDM系统信号峰均比的方法。该方法的实施步骤是第一，对设定好的特殊频域信号进行快速逆傅里叶变换，将变换后得到的时域信号存入存储器中；第二，将承载有用信息的频域信号进行快速逆傅里叶变换，得到时域信号；第三，计算有用信息的时域信号的峰均比值，作为峰均比的初值；第四，第四，对有用信息的时域信号与虚拟载波的时域信号进行迭代相加，并与峰均比初值进行比较，获得具有最小峰均比的时域信号。该方法与传统的基于虚拟子载波的方法相比，通信系统的运算复杂度较小，并且可以获
4得更好的峰均比性能和误比特率性能。该方法的不足之处是第一，对峰均比的降低幅度不够大，无法满足大多数移动用户终端设备对峰均比性能值的要求；第二，该方法需要占用通信系统额外的信号带宽和发射功率，降低了通信系统的频谱利用率和功率利用率。X. Zhu等人在文章"Reducing the peak-to-average power ratio using unitary matrix transformation" (IET Commun.，2009，Vol. 3，Iss. 2，pp. 161—171)中提出一种基于IDFT矩阵预编码的降低OFDM系统信号峰均比的方法。该方法的实施步骤是第一，发射端信号处理器对输入信号进行串并变换，获得一个并行传输的信号序列；第二，将离散逆傅里叶变换矩阵用左乘的方式对信号序列进行加权，完成对信号的预编码；第三，对经过预编码的信号进行快速逆傅里叶变换之后，进行并串变换后进行发射。由于采用了酉矩阵进行预编码，该方法与传统的峰均比抑制方法相比，通信系统的运算复杂度较小，并且不会导致误比特率性能损失。该方法的不足之处是对峰均比的降低幅度不够大，无法满足大多数移动用户终端设备对峰均比性能值的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，针对OFDM系统提供一种无带宽扩展的频域成形OFDM峰均比降低方法，不仅可以大幅度降低OFDM传输信号的峰均比，提高发射机的功率利用率，而且可以降低系统的运算复杂度；不需要占用额外的信号带宽和传输边带信息，在多径瑞利信道下，接收端采用最小均方误差均衡时，能够提升系统的误比特率性能。本发明实现上述目的的具体步骤如下(1)发射端信号处理器对输入信号进行串并变换，获得一个并行传输的信号序列；(2)频域预编码2a)构造预编码矩阵将两个由不同的Chu序列构成的M阶对角阵和M阶方阵相乘，获得预编码矩阵，M为OFDM数据符号的长度；2b)预编码将预编码矩阵用左乘的方式对步骤(1)中获得的信号序列进行加权， 完成对输入信号的频域预编码；(3)频域成形3a)构造成形函数发射端信号处理器构造一个类高斯函数作为频域成形函数；3b)频域成形将频域成形函数用左乘的方式对完成频域预编码的输入信号进行加权，完成对输入信号的频域成形；(4)获得传输信号4a)信号处理器对完成频域成形的OFDM数据符号进行插零操作，然后进行快速逆傅里叶变换；4b)对信号序列进行并串变换，获得适于发射的OFDM传输信号；本发明与现有技术相比具有以下优点第一，由于本发明不需要对信号进行多次快速逆傅里叶变化，克服了现有技术存在的运算复杂度过高的缺点，具有复杂度低的优点。第二，由于本发明不需要占用额外的信号带宽和传输边带信息，克服了现有技术存在的频谱利用率低的缺点，避免了由于边带信息传输错误出现的误比特率性能的降低， 具有系统频谱利用率高和误比特率低的优点，与传统的OFDM技术相比，在多径信道下，接收端采用最小均方误差均衡时，误比特率性能会有所提升。第三，本发明克服了现有技术存在的OFDM信号峰均比降低幅度不够大的缺点，具有峰均比降低幅度比较大的优点，提高了通信系统发射机的功率利用率，可以满足移动用户终端设备对峰均比性能值的要求。
图1为本发明的流程图；图2为本发明峰均比性能的效果仿真图；图3为本发明接收信号误比特率的效果仿真图。
具体实施例方式参照附图1，对本发明的实现方法做进一步描述步骤1，串并变换发射端信号处理器对输入信号进行串并变换，获得一个并行传输的信号序列，此信号序列的形式为M阶矩阵，M为OFDM数据符号的长度，本发明实施例中M的值为10M。步骤2，频域预编码2a)构造预编码矩阵。信号处理器将两个由不同的Chu序列构成的M阶对角阵A 和M阶方阵Φ相乘，获得预编码矩阵，A和Φ分别按照下列公式构造，
权利要求
1.一种无带宽扩展的频域成形OFDM峰均比降低方法，包括如下步骤(1)发射端信号处理器对输入信号进行串并变换，获得一个并行传输的信号序列；(2)频域预编码2a)构造预编码矩阵将两个由不同的Chu序列构成的M阶对角阵和M阶方阵相乘，获得预编码矩阵，M为OFDM数据符号的长度；2b)预编码将预编码矩阵用左乘的方式对步骤(1)中获得的信号序列进行加权，完成对输入信号的频域预编码；(3)频域成形3a)构造成形函数发射端信号处理器构造一个类高斯函数作为频域成形函数； 3b)频域成形将频域成形函数用左乘的方式对完成频域预编码的输入信号进行加权，完成对输入信号的频域成形；(4)获得传输信号4a)信号处理器对完成频域成形的OFDM数据符号进行插零操作，然后进行快速逆傅里叶变换；4b)对信号序列进行并串变换，获得适于发射的OFDM传输信号。
2.根据权利要求1所述的无带宽扩展的频域成形OFDM峰均比降低方法，其特征在于， 步骤加)中所述的M阶对角阵，按照下列公式构造
3.根据权利要求1所述的无带宽扩展的频域成形OFDM峰均比降低方法，其特征在于， 步骤加)中所述的M阶方阵，按照下列公式构造
4.根据权利要求1所述的无带宽扩展的频域成形OFDM峰均比降低方法，其特征在于， 步骤3a)中所述的类高斯函数，按照下列公式构造
5.根据权利要求1所述的无带宽扩展的频域成形OFDM峰均比降低方法，其特征在于， 步骤4a)中所述的对OFDM数据符号进行插零操作是将N-M个0插入到长度为M的数据符号中间M/2处，N为快速逆傅里叶变换的点数。
全文摘要
本发明公开一种无带宽扩展的频域成形OFDM峰均比降低方法，主要解决现有技术出现的OFDM信号峰均比性能过低的问题。具体步骤包括(1)信号处理器对输入信号进行串并变换，获得并行传输的信号序列；(2)将两个由不同的Chu序列构成的对角阵和方阵相乘获得预编码矩阵，用预编码矩阵对信号序列进行加权；(3)构造一个类高斯函数作为频域成形函数，对信号进行加权；(4)对每个数据符号进行插零操作和快速逆傅里叶变换之后，对信号序列进行并串变换，获得适于发射的OFDM传输信号。本发明具有复杂度低和频谱利用率高的优点，在不损失接收信号误比特率的情况下显著降低信号的峰均比，提高了通信系统发射机的功率利用率。
文档编号H04L1/00GK102223341SQ20111016823
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者张海林, 李丹萍, 李勇朝, 王晓元 申请人:西安电子科技大学