專利名稱：減少ofdm移動通信系統(tǒng)中papr的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種OFDM(正交頻分多路復(fù)用)的發(fā)送/接收設(shè)備和方法，特別是涉及一種減少由多個(gè)副載波造成的高峰值平均功率比(PAPR)的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
通常，在OFDM(正交頻分多路復(fù)用)技術(shù)中，多個(gè)子信道頻譜相互重疊，同時(shí)保持正交性，以增加頻譜效率。此外，通過快速傅里葉逆變換(IFFT)實(shí)現(xiàn)調(diào)制，以及通過快速傅里葉變換(FFT)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。
下面將對支持OFDM的移動通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的操作進(jìn)行簡要說明。
在OFDM發(fā)射機(jī)中，通過擾頻器、編碼器和交織器采用副載波調(diào)制輸入數(shù)據(jù)。發(fā)射機(jī)提供可變數(shù)據(jù)速率，并且具有不同的碼速率、交織大小以及與數(shù)據(jù)速率相適應(yīng)的調(diào)制方案。通常，編碼器使用1/2或者3/4的碼速率，并且為了防止脈沖串誤差，根據(jù)每個(gè)OFDM符號映射的編碼比特的數(shù)量(NCBPS)確定交織器的大小。發(fā)射機(jī)采用與數(shù)據(jù)速率相適應(yīng)的QPSK(四移相鍵控)、8PSK(8移相鍵控)、16QAM(16正交調(diào)幅)或者64QAM(64正交調(diào)幅)的調(diào)制方案。預(yù)定數(shù)量的導(dǎo)頻被加到采用預(yù)定數(shù)量的副載波調(diào)制的信號中，該加入導(dǎo)頻的調(diào)制信號在經(jīng)過一個(gè)IFFT單元后構(gòu)成一個(gè)OFDM符號。一個(gè)消除多徑環(huán)境中符號間干擾的保護(hù)時(shí)段被插入OFDM符號中，該插入保護(hù)時(shí)段的OFDM符號通過一個(gè)符號波形生成器被最終施加到RF(射頻)單元，然后被發(fā)射到信道上。
在接收機(jī)中，執(zhí)行上述發(fā)射機(jī)的逆操作，同時(shí)增加一個(gè)同步處理。首先，必需優(yōu)先進(jìn)行利用一個(gè)預(yù)定訓(xùn)練符號估算頻偏和符號偏移的處理。此后，采用預(yù)定數(shù)量的副載波將消除了保護(hù)時(shí)段的數(shù)據(jù)符號恢復(fù)成加有預(yù)定數(shù)量導(dǎo)頻的已恢復(fù)信號，這一過程由FFT單元處理。處理路徑延遲現(xiàn)象的均衡器通過估算信道條件消除來自接收信號的由信道造成的信號失真。由均衡器補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)信道響應(yīng)被變換成一個(gè)比特流，該比特流被解交織器解交織，然后經(jīng)由一個(gè)用于糾錯(cuò)的編碼器和一個(gè)解擾器作為最終信號輸出。
OFDM可以實(shí)現(xiàn)有效數(shù)字調(diào)制器/解調(diào)器，并且受選擇性頻率衰落或者窄帶干擾的影響很小。因此，OFDM已經(jīng)被選作歐洲數(shù)字廣播系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和高容量移動通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，比如，IEEE802.11a，IEEE802.16a和IEEE802.16b。也就是，OFDM是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行Ъ夹g(shù)。
然而，由于支持OFDM的移動通信系統(tǒng)(此后，稱之為“OFDM”移動通信系統(tǒng))用多個(gè)副載波發(fā)射數(shù)據(jù)，因此可以把最終OFDM信號的振幅表示為多個(gè)副載波的振幅之和。特別是，如果多個(gè)副載波具有相同相位，則這些副載波具有一個(gè)非常高的峰值平均功率比。在此情況下，PAPR使放大器的線性工作范圍偏離，所以放大器的輸出信號具有失真。
在OFDM移動通信系統(tǒng)中，OFDM信號的振幅依據(jù)副載波的相位差變化。此外，會出現(xiàn)工作點(diǎn)遠(yuǎn)離放大器最大輸出點(diǎn)的偏離滿功率(back-off)現(xiàn)象，從而降低放大器的效率并增加功率消耗。這種具有高PAPR的信號降低了線性放大器的效率，并且對于線性放大器來說，該信號把工作點(diǎn)偏離到非線性區(qū)域，造成載波與對相鄰頻帶的頻譜再生長之間的互調(diào)制。
因此，OFDM移動通信系統(tǒng)需要一種降低PAPR的方法。減少PAPR的典型方法是擴(kuò)展功率放大器的線性范圍以避免信號失真，使每個(gè)信號可以被線性放大。另一種方法是減少非線性放大器的偏離滿功率現(xiàn)象，使非線性放大器可以工作在線性區(qū)域。然而，這兩種方法都造成工作效率的降低，并且增加成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供有效降低OFDM移動通信系統(tǒng)中峰值平均功率比(PAPR)的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供通過控制OFDM移動通信系統(tǒng)中OFDM符號值降低PAPR的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供施加預(yù)加重技術(shù)以便降低OFDM移動通信系統(tǒng)中PAPR的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供去加重技術(shù)以便降低OFDM移動通信系統(tǒng)中PAPR的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供根據(jù)OFDM移動通信系統(tǒng)中復(fù)合基帶OFDM符號值選擇不同增益的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供降低PAPR同時(shí)又使OFDM移動通信系統(tǒng)的復(fù)雜性最小化的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是一種設(shè)備和一種方法，該設(shè)備和方法能夠降低PAPR，同時(shí)又能夠使OFDM移動通信系統(tǒng)中大量的有關(guān)PAPR附加信息的傳輸所造成的頻譜效率的減少最小化。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供PAPR降低設(shè)備和方法，以避免OFDM移動通信系統(tǒng)中帶內(nèi)噪聲生成所導(dǎo)致的BER(比特誤碼率)性能的降低。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種控制符號值以便降低移動通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)中峰值平均功率比的方法，所述發(fā)射機(jī)通過對經(jīng)由編碼和交織所接收的數(shù)據(jù)執(zhí)行IFFT來生成OFDM符號。該方法包括根據(jù)規(guī)定的輸出傳遞特性設(shè)置一個(gè)最大輸入值L，一個(gè)預(yù)加重變化點(diǎn)k1，和一個(gè)去加重變化點(diǎn)k2；接收OFDM符號，如果符號值小于預(yù)加重變化點(diǎn)k1，則以預(yù)加重變化點(diǎn)k1和去加重變化點(diǎn)k2所確定的增益來預(yù)加重OFDM符號的符號值；接收OFDM符號，如果符號值大于或者等于預(yù)加重變化點(diǎn)k1，則以預(yù)加重變化點(diǎn)k1和去加重變化點(diǎn)k2所確定的增益來預(yù)加重OFDM符號的符號值。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種控制符號值以便降低移動通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)中峰值平均功率比的設(shè)備，所述發(fā)射機(jī)通過對經(jīng)由編碼和交織所接收的數(shù)據(jù)執(zhí)行IFFT來生成OFDM符號。該設(shè)備包括一個(gè)比較器，用于將每個(gè)OFDM符號的符號值與預(yù)定的預(yù)加重變化點(diǎn)k1進(jìn)行比較；一個(gè)第一運(yùn)算放大器，如果符號值小于預(yù)加重變化點(diǎn)k1，則以預(yù)加重變化點(diǎn)k1和去加重變化點(diǎn)k2所確定的增益來放大從比較器提供的符號值；一個(gè)第二運(yùn)算放大器，如果符號值大于或者等于預(yù)加重變化點(diǎn)k1，則以預(yù)加重變化點(diǎn)k1和去加重變化點(diǎn)k2所確定的增益來從比較器提供的符號值；一個(gè)加法器，通過把第一運(yùn)算放大器的輸出加到第二運(yùn)算放大器的輸出來輸出所控制的符號值。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種在OFDM移動通信系統(tǒng)的接收機(jī)中對從發(fā)射機(jī)接收的信號進(jìn)行去加重的方法。該方法包括根據(jù)規(guī)定的輸出傳遞特性設(shè)置一個(gè)最大輸入值L，一個(gè)預(yù)加重變化點(diǎn)k1，和一個(gè)去加重變化點(diǎn)k2；如果接收信號的值Spre(n)小于去加重變化點(diǎn)k2，則以預(yù)加重變化點(diǎn)k1和去加重變化點(diǎn)k2所確定的增益來去加重所接收信號的值Spre(n)；如果接收信號的值Spre(n)大于或者等于去加重變化點(diǎn)k2，則以預(yù)加重變化點(diǎn)k1、去加重變化點(diǎn)k2和最大輸入值L所確定的增益來去加重所接收信號的值Spre(n)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種在OFDM移動通信系統(tǒng)的接收機(jī)中對從發(fā)射機(jī)接收的信號進(jìn)行去加重的設(shè)備。該設(shè)備包括一個(gè)比較器，用于將接收信號的值Spre(n)與預(yù)定的去加重變化點(diǎn)k2進(jìn)行比較；一個(gè)第一運(yùn)算放大器，如果接收信號的值Spre(n)小于去加重變化點(diǎn)k2，則以去加重變化點(diǎn)k2和預(yù)定的預(yù)加重變化點(diǎn)k1所確定的增益來放大從比較器提供的所接收信號的值Spre(n)；一個(gè)第二運(yùn)算放大器，如果接收信號的值Spre(n)大于或者等于去加重變化點(diǎn)k2，則以預(yù)定的預(yù)加重變化點(diǎn)k1和去加重變化點(diǎn)k2和預(yù)定的最大輸入值L所確定的增益來放大從比較器提供的所接收信號的值Spre(n)；一個(gè)加法器，將第一運(yùn)算放大器的輸出加到第二運(yùn)算放大器的輸出上。


從下面的結(jié)合附圖的詳細(xì)說明中可以使本發(fā)明的上述目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)變得更加清楚，其中圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例支持的OFDM移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖2示出了圖1中預(yù)加重單元的具體結(jié)構(gòu)；圖3示出了圖1中去加重單元的具體結(jié)構(gòu)；圖4是圖示本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重過程的流程圖；圖5是圖示本發(fā)明實(shí)施例的去加重過程的流程圖；圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重單元和去加重單元的輸入和輸出傳遞特性；圖7示出了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重技術(shù)的OFDM信號的頻譜；圖8示出了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重技術(shù)的OFDM信號的PAPR的分布；圖9示出了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重技術(shù)的OFDM系統(tǒng)的BER性能；圖10A示出了本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重符號值的構(gòu)象(constellation)；圖10B示出了預(yù)加重之前的符號值的構(gòu)象；圖11是圖示本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射信號與接收信號之間的比較的曲線圖；圖12是圖示本發(fā)明實(shí)施例的在一個(gè)時(shí)域上的OFDM信號、預(yù)加重信號和去加重信號的振幅的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
在下面的說明中，本發(fā)明提供了在保持OFDM CDMA(碼分多址)移動通信系統(tǒng)的原始信號同時(shí)減少PAPR的設(shè)備和方法。為此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)射機(jī)在發(fā)射前預(yù)加重被IFFT變換的OFDM信息，而接收機(jī)對接收的信息進(jìn)行去加重。盡管這里將使用諸如OFDM調(diào)制、IFFT、FFT、HAP、頻譜效率和比特誤碼率的具體說明以用于更好地理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會明白，沒有這些具體說明或者通過修改這些具體說明也可以容易地實(shí)施本發(fā)明。
圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例支持的OFDM CDMA移動通信系統(tǒng)的頻譜。圖1顯示了由映射器(mapper)110至大功率放大器(HPA)122組成的發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)，以及由低噪聲放大器(LNA)126至反映射器(demapper)138組成的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，發(fā)射機(jī)包括預(yù)加重單元118，接收機(jī)包括去加重單元130。
通常，“加重”是指發(fā)射前放大信號的高頻帶成分的處理，從而減少干擾或者噪聲。加重被分成預(yù)加重和去加重。預(yù)加重是在發(fā)射機(jī)上預(yù)先加重發(fā)射頻率的特定部分的處理，以便改善信噪比、頻率特性和失真特性；去加重是在接收機(jī)上對發(fā)射機(jī)在發(fā)射前為了改善信噪比預(yù)先加重的高頻帶部分進(jìn)行去加重的處理，從而恢復(fù)原始信號。
然而，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的“預(yù)加重”被限定為定義規(guī)定的參考值和以被IFFT變換的OFDM符號值大于還是小于所述參考值的不同增益來放大OFDM符號的處理。此外，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的“去加重”被限定為定義規(guī)定的參考值和以所接收的信號值大于還是小于所述參考值的不同增益來放大所接收的信號的處理。在這里，增益可以被定義為預(yù)加重或者去加重的傳遞特性。
這里，將把本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的OFDM CDMA移動通信系統(tǒng)的說明分成發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)和操作的說明和接收機(jī)結(jié)構(gòu)和操作的說明。
發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作首先將結(jié)合圖1說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)。
參見圖1，以規(guī)定的碼速率將發(fā)射機(jī)發(fā)射的數(shù)據(jù)編碼成編碼比特，并且在交織后把編碼比特提供給映射器110。盡管有各種編碼方法，但是通常使用采用turbo碼、糾錯(cuò)碼編碼數(shù)據(jù)的編碼方法。這里，所規(guī)定的碼速率包括1/2或者3/4。映射器110通過規(guī)定的調(diào)制方案(或者技術(shù))調(diào)制輸入數(shù)據(jù)，并輸出調(diào)制符號。調(diào)制方案包括8PSK、16QAM、64QAM和QPSK，每個(gè)調(diào)制方案通過其唯一的符號映射方法執(zhí)行調(diào)制操作。本發(fā)明使用QPSK調(diào)制方案。映射器110串行輸出的調(diào)制符號被供應(yīng)給串并(S/P)變換器112。S/P變換器112串行輸出從映射器110提供的調(diào)制符號。從S/P變換器112并行輸出的調(diào)制符號被供應(yīng)給反向快速傅里葉(IFFT)單元114。IFFT單元114對S/P變換器112所提供的調(diào)制符號執(zhí)行基于IFFT的OFDM調(diào)制，并且輸出OFDM符號。也就是，IFFT單元114把頻帶信號變換成時(shí)帶信號。從IFFT單元114并行輸出的OFDM符號被供應(yīng)給并串(P/S)變換器116，以串行輸出所提供的OFDM符號。
更具體說，如果從S/P變換器112輸出的調(diào)制符號被定義為Xk(0≤k≤N-1)，那么復(fù)合基帶OFDM符號值xn、P/S變換器116的輸出被定義為公式(1)xn=1NΣk=0N-1XKej2πnk/N,0≤n≤N-1]]>其中，N代表副載波的數(shù)量。如果N增加，則OFDM信號接近高斯分布。按照慣例，Xn的PAPR被定義為公式(2)PAPR=max{|xn2|}E{xn2}]]>這里，E(*)代表*的平均。在公式(2)中，分子代表峰值功率，分母代表平均功率。本發(fā)明通過預(yù)加重增加Xn2來增加平均功率，從而降低PAPR。所增加的Xn2被定義為S(n)。當(dāng)然，Xn2的增加將使峰值功率增加。然而，由于峰值功率被推斷成最大功率值，因此該峰值功率可以實(shí)現(xiàn)降低PAPR的本發(fā)明目的。
根據(jù)公式(1)從P/S變換器116輸出的OFDM符號被提供給預(yù)加重單元118。具有規(guī)定的傳遞特性的預(yù)加重單元118預(yù)加重所提供的OFDM符號并輸出增加了功率的OFDM符號S(n)。因此，與傳統(tǒng)的PAPR相比，增加了通過把預(yù)加重S(n)帶入公式(2)的Xn2而確定的PAPR。
數(shù)模(D/A)變換器120把預(yù)加重單元118所提供的數(shù)字S(n)變換成模擬信號，并輸出給功率放大器(HPA)122。大功率放大器122放大來自A/D變換器120的信號并把放大的信號發(fā)射到接收機(jī)。
預(yù)加重單元118的輸入傳遞特性由圖6的(1)和(2)表示。因此，預(yù)加重單元118使用圖6所示的傳遞特性對OFDM符號進(jìn)行預(yù)加重。在圖6中，L代表從IFFT單元114輸出的OFDM符號的最大振幅。由于在副載波具有其最大值時(shí)OFDM符號的振幅變成最大振幅，因此L等同于副載波的總數(shù)。所以，對預(yù)加重單元118的輸入具有0至L的振幅。此外，圖6中所示的k1代表被定義為預(yù)加重變換點(diǎn)的振幅。
圖2示出了預(yù)加重單元118的具體結(jié)構(gòu)。參見圖2，從P/S變換器116輸出的OFDM符號S(n)被施加到比較器210。比較器210將S(n)與規(guī)定的比較值k1進(jìn)行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果不同地輸出S(n)。也就是，如果S(n)屬于0至k1(S(n)＜k1)的范圍，則比較器210向第一運(yùn)算放大器220輸出S(n)。然而，如果S(n)屬于k1至L(S(n)≥k1)的范圍，則比較器210向第二運(yùn)算放大器230輸出S(n)。定義從0至L范圍的原因是因?yàn)槭┘拥筋A(yù)加重單元118的S(n)的振幅被確定為0至L之間。因此，L可以被定義為S(n)的最大振幅。第一運(yùn)算放大器220和第二運(yùn)算放大器230每一個(gè)通過不同的傳遞特性放大從比較器210提供的S(n)。傳遞特性可以被表示為由圖6的(1)和(2)代表的斜率。也就是，第一運(yùn)算放大器220的傳遞特性是圖6的(1)代表的斜率“k2/k1”，第二運(yùn)算放大器230的傳遞特性是圖6的(2)代表的斜率L-k2L-k1+L(1-L-k2L-k1)′′′′.]]>最好是，第一運(yùn)算放大器220的傳遞特性應(yīng)當(dāng)具有比第二運(yùn)算放大器230的傳遞特性更高的增益。這意味著，與第二運(yùn)算放大器230的傳遞特性相比，第一運(yùn)算放大器220的傳遞特性必需具有陡峭的斜率。
第一運(yùn)算放大器220輸出從比較器210提供的S(n)與規(guī)定值(或者傳遞特性“k2/k1”)的乘積。也就是，第一運(yùn)算放大器220通過被定義為k2/k1的傳遞特性(或者增益)放大S(n)。第二運(yùn)算放大器230輸出從比較器210提供的S(n)與規(guī)定值(或者傳遞特性L-k2L-k1+L(1-L-k2L-k1)]]>)的乘積。也就是，第二運(yùn)算放大器230通過被定義為L-k2L-k1+L(1-L-k2L-k1)]]>的傳遞特性(或者增益)放大S(n)。第一運(yùn)算放大器220和第二運(yùn)算放大器230的輸出被提供給加法器240，加法器240通過相加兩個(gè)輸入來輸出Spre(n)。
圖2所示的預(yù)加重單元118的操作可以由公式(3)表示公式(3)Spre(n)=k2k1S(n),0≤S(n)≤k1]]>Spre(n)=L-k2L-k1S(n)+L(1-L-k2L-k1),k1≤S(n)≤L]]>圖4是圖示預(yù)加重單元118的操作的流程圖。參見圖4，預(yù)加重單元118在步驟410中確定最大輸入值L、預(yù)加重變換點(diǎn)k1、去加重變化點(diǎn)k2、k1和k2的范圍。在確定初始值之后，預(yù)加重單元118在步驟420中接收從P/S變換器116提供的OFDM符號S(n)，并且確定S(n)是否滿足第一條件。該第一條件是0≤S(n)≤k1。如果S(n)滿足第一條件，則預(yù)加重單元118在步驟430中根據(jù)公式(3)的第一式計(jì)算預(yù)加重值Spre。也就是，預(yù)加重單元118輸出通過S(n)乘傳遞特性k2/k1確定的預(yù)加重值Spre。然而，如果S(n)不滿足第一條件，則預(yù)加重單元118在步驟430中根據(jù)公式(3)的第二式計(jì)算預(yù)加重值Spre。也就是，預(yù)加重單元118輸出通過S(n)乘傳遞特性L-k2L-k1+L(1-L-k2L-k1)]]>確定的預(yù)加重值Spre。S(n)不滿足第一條件意味著該S(n)滿足k1≤S(n)≤L的第二條件。
預(yù)加重單元118的操作可以概括為，如果預(yù)加重單元118的輸入值S(n)具有0至k1的量級(0≤S(n)≤k1)，則預(yù)加重單元118向變換器120提供通過k2k1S(n)]]>計(jì)算的預(yù)加重結(jié)果值Spre(n)。然而，如果預(yù)加重單元118的輸入值S(n)具有k1至L的量級(k1≤S(n)≤L)，則預(yù)加重單元118向變換器120提供通過L-k1L-k2S(n)+L(1-L-k1L-k2)]]>計(jì)算的預(yù)加重結(jié)果值Spre(n)。
在圖6中，由于OFDM信號的振幅具有高斯分布，因此依據(jù)公式(3)預(yù)加重的信號的平均功率變得大于沒有預(yù)加重的OFDM信號的平均功率，從而降低了PAPR。因此，經(jīng)過預(yù)加重單元118并具有圖6所示的傳遞特性的OFDM符號的PAPR依據(jù)公式(4)確定
PAPRpre=max{|x~n2|}E{x~n2}]]>這里 代表預(yù)加重信號。預(yù)加重信號在峰值功率方面等同于原始OFDM信號。
接收機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作首先，將結(jié)合圖1說明本發(fā)明實(shí)施例的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。
參見圖1，從發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號被加到低噪聲放大器(LNA)126。低噪聲放大器126低噪聲放大所接收的信號，以抑制噪聲分量。由于提供給低噪聲放大器126的信號是發(fā)射機(jī)經(jīng)由無線信道發(fā)射的信號，因此該信號包括白高斯噪聲。從低噪聲放大器126輸出的信號被提供給模數(shù)(A/D)變換器128。A/D變換器128將低噪聲放大器126輸出的模擬信號變換成數(shù)字信號，并且將變換的數(shù)字信號供應(yīng)給去加重單元130。去加重單元130對變換的數(shù)字信號進(jìn)行去加重，并且輸出其結(jié)果值。例如，去加重單元130的輸出傳遞特性由圖6的(1)’和(2)’表示。去加重單元130用圖6所示的輸出傳遞特性去加重所接收的Spre(n)。
從去加重單元130輸出的結(jié)果值被供應(yīng)給S/P變換器132，該變換器132并行輸出它的輸入信號。S/P變換器132的輸出由FFT單元134進(jìn)行FFT變換。FFT通常執(zhí)行將時(shí)帶信號變換成頻帶信號的處理，它對應(yīng)于發(fā)射機(jī)執(zhí)行的IFFT。被FFT變換的信號被提供給P/S變換器136，該變換器136串行輸出它的輸入信號。從P/S變換器136輸出的信號被反映射器138解調(diào)，然后經(jīng)由交織和解碼恢復(fù)成原始信號。
圖3示出了圖1中的去加重單元130的具體結(jié)構(gòu)。參見圖3，A/D變換器128的輸出Spre(n)被加到比較器310上。比較器310將Spre(n)與規(guī)定的比較值k2進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果不同地輸出Spre(n)。也就是，如果Spre(n)屬于0至k2(Spre(n)＜k2)的范圍，則比較器310向第一運(yùn)算放大器320輸出Spre(n)。然而，如果S(n)屬于k2至L(Spre(n)≥k2)的范圍，則比較器310向第二運(yùn)算放大器330輸出Spre(n)。定義從0至L范圍的原因是因?yàn)榘l(fā)射機(jī)中S(n)的振幅被確定為0至L之間。因此，L可以被定義為Spre(n)的最大振幅。第一運(yùn)算放大器320和第二運(yùn)算放大器330每一個(gè)通過不同的傳遞特性放大從比較器310提供的Spre(n)。傳遞特性可以被表示為由圖6的(1)’和(2)’代表的斜率。也就是，第一運(yùn)算放大器320的傳遞特性是由圖6的(1)’代表的斜率“k2/k1”，第二運(yùn)算放大器330的傳遞特性是圖6的(2)’代表的斜率L-k1L-k2+L(1-L-k1L-k2)′′′′.]]>最好是，第一運(yùn)算放大器320的傳遞特性應(yīng)當(dāng)具有比第二運(yùn)算放大器330的傳遞特性更低的增益。這意味著，與第二運(yùn)算放大器330的傳遞特性相比，第一運(yùn)算放大器320的傳遞特性必需具有陡峭的斜率。
第一運(yùn)算放大器320輸出從比較器310提供的Spre(n)與規(guī)定值(或者傳遞特性k1/k2)的乘積。也就是，第一運(yùn)算放大器320通過被定義為k1/k2的傳遞特性(或者增益)放大Spre(n)。第二運(yùn)算放大器330輸出從比較器310提供的Spre(n)與規(guī)定值(或者傳遞特性L-k1L-k2+L(1-L-k1L-k2)]]>)的乘積。第一運(yùn)算放大器320和第二運(yùn)算放大器330的輸出被提供給加法器340，加法器340通過相加兩個(gè)輸入來輸出S(n)。
圖3所示的去加重單元130的操作可以由公式(5)表示S(n)=k1k2Spre(n),0≤Spre(n)<k2]]>S(n)=L-k1L-k2Spre(n)+L(1-L-k1L-k2),k2≤Spre(n)≤L]]>圖5是圖示去加重單元130的操作的流程圖。參見圖5，去加重單元130在步驟510中確定最大輸入值L、預(yù)加重變換點(diǎn)k1、去加重變化點(diǎn)k2、k1和k2的范圍。在確定初始值之后，去加重單元130在步驟520中接收從A/D變換器128提供的Spre(n)，并且確定Spre(n)是否滿足第一條件。該第一條件是0≤Spre(n)≤k2。如果Spre(n)滿足第一條件，則去加重單元130在步驟530中根據(jù)公式(5)的第一式計(jì)算去加重值S。也就是，去加重單元130輸出通過Spre(n)乘傳遞特性k2/k2確定的去加重值S(n)。然而，如果Spre(n)不滿足第一條件，則去加重單元130在步驟540中根據(jù)公式(5)的第二式計(jì)算去加重值S(n)。也就是，去加重單元130輸出通過Spre(n)乘傳遞特性L-k1L-k2+L(1-L-k1L-k2)]]>確定的去加重值S(n)。Spre(n)不滿足第一條件意味著該Spre(n)滿足k2≤Spre(n)≤L的第二條件。
去加重單元130的操作可以概括為，如果去加重單元130的輸入值Spre(n)具有0至k2的量級(0≤Spre(n)≤k2)，則去加重單元130向S/P變換器132提供依據(jù)k1k2S(n)]]>計(jì)算的去加重結(jié)果值S(n)。然而，如果去加重單元130的輸入值Spre(n)具有k2至L的量級(k2≤Spre(n)≤L)，則去加重單元130向S/P變換器132提供依據(jù)L-k1L-k2S(n)+L(1-L-k1L-k2)]]>計(jì)算的去加重結(jié)果值S(n)。
本發(fā)明的實(shí)施例可以概括為，將復(fù)合基帶OFDM符號值與規(guī)定值k1進(jìn)行比較。如果負(fù)荷基帶OFDM符號值具有0至k1的量級，則發(fā)射機(jī)用圖6的(1)表示的傳遞特性預(yù)加重OFDM符號值，以及接收機(jī)用圖6的(1)表示的傳遞特性進(jìn)行去加重。然而，如果復(fù)合基帶OFDM符號值具有k1至L的復(fù)合基帶OFDM符號值，則發(fā)射機(jī)用圖6的(2(表示的傳遞特性進(jìn)行預(yù)加重，以及接收機(jī)用圖6(2)’表示的傳遞特性進(jìn)行去加重。因此，本發(fā)明可以減少計(jì)算次數(shù)，使本發(fā)明能夠容易地使用DSP(數(shù)字信號處理器)裝置實(shí)現(xiàn)硬件。
圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)施例的預(yù)加重技術(shù)的頻譜效率。為了顯示應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重技術(shù)的OFDM信號的PAPR失真，在圖8中示出了CCDF(互補(bǔ)累積分布函數(shù))。假定供圖7和圖8性能比較的仿真條件被確定為，在使用QPSK和16副載波的調(diào)制方案的OFDM移動通信系統(tǒng)中，執(zhí)行8次重復(fù)取樣，預(yù)加重技術(shù)具有(L/9，8L/9)、(2L/9，7L/9)、(3L/9，6L/9)和(4L/9，5L/9)的預(yù)加重變化點(diǎn)(k1，k2)。這里，k1和k2不一定是整數(shù)，只要它們滿足其有關(guān)比值即可。
圖7示出了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重技術(shù)的OFDM符號的頻譜，從圖7中可以得知，與未應(yīng)用預(yù)加重技術(shù)的OFDM符號的頻譜作比較，隨著越來越高地增加預(yù)加重比，向鄰近信道的頻譜就越來越增加。然而，頻譜增長的程度小于現(xiàn)有的限幅方法。
圖8示出了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重技術(shù)的OFDM符號的PAPR的CCDF。當(dāng)CCDF為10-3以及預(yù)加重變化點(diǎn)為k1＝1/9時(shí)，PAPR降到1.8dB的最小值。
圖9示出了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重技術(shù)的OFDM系統(tǒng)的BER性能。通過應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)加重技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)噪聲抑制，從而有助于BER性能的顯著改善。
發(fā)射機(jī)的實(shí)施例首先，假定當(dāng)接收表1中所示的224數(shù)據(jù)輸入時(shí)，OFDM系統(tǒng)使用了具有3/9的預(yù)加重變化點(diǎn)的預(yù)加重技術(shù)，其中在所述OFDM系統(tǒng)中使用了QPSK調(diào)制和理想的HPA以及使用了無噪聲環(huán)境的16副載波。
表1

表1示出了224個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入。該224個(gè)數(shù)據(jù)輸入以兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入被映射成一個(gè)QPSK符號的方式進(jìn)行QPSK調(diào)制，從而產(chǎn)生表2中所示的112個(gè)調(diào)制符號值。映射的數(shù)據(jù)被歸一化，以把符號的功率設(shè)置為1。表2示出了通過執(zhí)行QPSK調(diào)制和對表1的數(shù)據(jù)輸入進(jìn)行歸一化確定的符號值。
表2


表3所示的是通過用16個(gè)符號值，即OFDM調(diào)制和P/S變換后確定的符號值IFFT變換表2的符號值獲得的數(shù)據(jù)值。也就是，表3示出了OFDM調(diào)制后的符號值。
表3

表4示出了通過用預(yù)加重點(diǎn)3/9預(yù)加重表3的OFDM調(diào)制符號所確定的符號值。

圖10A示出了表4中所示的預(yù)加重符號值的構(gòu)象，圖10B示出了預(yù)加重之前的符號值的構(gòu)象。參見圖10A的預(yù)加重符號值的構(gòu)象，可以注意到平均功率通過預(yù)加重而增加。圖10A和圖10B示出了代表信號的振幅和相位的復(fù)平面，其中水平軸代表信號的實(shí)振幅而垂直軸代表信號的虛振幅。
接收機(jī)的實(shí)施例表5示出了在接收機(jī)上通過去加重表4所示的數(shù)據(jù)而得到的數(shù)據(jù)。需要注意的是，表5所述的數(shù)據(jù)等同于IFFT調(diào)制和P/S變換后獲得的并顯示在表3上的符號值。
表5


表6示出了通過執(zhí)行OFDM調(diào)制，例如表5的去加重?cái)?shù)據(jù)的FFT合P/S變換獲得的數(shù)據(jù)。
表6


比較表1至表6的數(shù)據(jù)，可以注意到，通過QPSK映射調(diào)制的表2的符號在接收機(jī)中被正確地解調(diào)成表6的數(shù)據(jù)。這一情況在圖11中示出。在圖11中，表2的發(fā)射信號由“+”表示，表6的接收信號由“0”表示，并且接收信號與發(fā)射信號完全一致。這里，由于OFDM調(diào)制值等同于OFDM調(diào)制前的值，因此QPSK反映射器的值未被顯示。
圖12示出了時(shí)域中的OFDM調(diào)制信號、預(yù)加重信號和去加重信號的振幅。在圖12中，垂直軸代表信號的振幅，而水平軸代表數(shù)據(jù)抽樣的數(shù)量。
在圖12中，原始OFDM符號，即表3的數(shù)據(jù)值由“+”表示，表4的預(yù)加重?cái)?shù)據(jù)值由“·”表示。此外，通過去加重預(yù)加重的數(shù)據(jù)而獲得的數(shù)據(jù)值由“O”表示。從圖12中可以注意到，在接收機(jī)通過去加重預(yù)加重信號而確定的信號完全與原始OFDM信號一致。
表7示出了未應(yīng)用預(yù)加重技術(shù)的傳統(tǒng)OFDM移動通信系統(tǒng)與應(yīng)用預(yù)加重技術(shù)的新的OFDM移動通信系統(tǒng)間的比較。
表7


參見表7，與未應(yīng)用預(yù)加重技術(shù)的傳統(tǒng)OFDM移動通信系統(tǒng)比較，應(yīng)用具有k1＝L/9的預(yù)加重變化點(diǎn)的預(yù)加重技術(shù)的OFDM移動通信系統(tǒng)顯示了最大的PAPR減量。然而，應(yīng)用具有k1＝L/9的預(yù)加重變化點(diǎn)的預(yù)加重技術(shù)的OFDM移動通信系統(tǒng)由于大的頻譜增長導(dǎo)致其BER性能降低。當(dāng)預(yù)加重變換點(diǎn)為2L/9，OFDM系統(tǒng)顯示最高的BER性能和最大的PAPR減量。這是因?yàn)椋盘柺д嫘?，以及在接收機(jī)的去加重處理中，噪聲抑制效果高。也就是，通過根據(jù)公式(3)和公式(5)增加信號的振幅，增加了OFDM符號的平均功率。因此，依據(jù)公式(2)使PAPR得以降低。
如上所述，OFDM移動通信系統(tǒng)的被建議的PAPR降低設(shè)備和方法利用預(yù)加重技術(shù)來降低PAPR，從而有助于PAPR急劇降低和BER性能的改善。此外，OFDM移動通信系統(tǒng)的被建議的PAPR降低設(shè)備和方法與傳統(tǒng)的設(shè)備和方法相比，結(jié)構(gòu)和操作都很簡單。
盡管已經(jīng)結(jié)合某些優(yōu)選實(shí)施例顯示和說明了本發(fā)明，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會明白，在不背離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以對所述實(shí)施例形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種為了降低移動通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)中峰值平均功率比(PAPR)而控制符號值的方法，所述發(fā)射機(jī)通過對輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行IFFR(反向快速傅立葉變換)來產(chǎn)生OFDM(正交頻分多路復(fù)用)調(diào)制符號，所述方法包括以下步驟用符號值S(n)大于還是小于規(guī)定基準(zhǔn)值k1的不同傳遞特性預(yù)加重符號值S(n)；和把預(yù)加重符號值的數(shù)字值Spre變換成模擬信號，并以規(guī)定的增益放大模擬信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中規(guī)定的基準(zhǔn)值k1根據(jù)聚集OFDM調(diào)制符號失真的位置來確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中符號值S(n)小于規(guī)定基準(zhǔn)值k1(0≤S(n)＜k1)時(shí)的傳遞特性被定義為Spre(n)=k2k1S(n)]]>以及符號值S(n)大于或者等于規(guī)定基準(zhǔn)值k1(k1≤S(n)＜L)時(shí)的傳遞特性被定義為Spre(n)=L-k2L-k1S(n)+L(1-L-k2L-k1)]]>其中，L是S(n)的最大值。
4.一種為了降低移動通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)中峰值平均功率比(PAPR)而控制符號值的設(shè)備，所述發(fā)射機(jī)通過對輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行IFFR(反向快速傅立葉變換)來產(chǎn)生OFDM(正交頻分多路復(fù)用)調(diào)制符號，所述設(shè)備包括一個(gè)預(yù)加重單元，用符號值S(n)大于還是小于規(guī)定基準(zhǔn)值k1的不同傳遞特性預(yù)加重符號值S(n)；一個(gè)數(shù)模變換器，把從預(yù)加重單元輸出的的數(shù)字符號值Spre變換成模擬信號；和一個(gè)大功率放大器，用于以規(guī)定的增益放大來自數(shù)模變換器的模擬信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中規(guī)定的基準(zhǔn)值k1根據(jù)聚集OFDM調(diào)制符號失真的位置來確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中符號值S(n)小于規(guī)定基準(zhǔn)值k1(0≤S(n)＜k1)時(shí)的傳遞特性被定義為Spre(n)=k2k1S(n)]]>以及符號值S(n)大于或者等于規(guī)定基準(zhǔn)值k1(k1≤S(n)＜L)時(shí)的傳遞特性被定義為Spre(n)=L-k2L-k1S(n)+L(1-L-k2L-k1)]]>其中，L是S(n)的最大值。
7.一種在移動通信系統(tǒng)中由接收機(jī)接收發(fā)射機(jī)經(jīng)由基于IFFT(反向快速傅立葉變換)的OFDM(正交頻分多路復(fù)用)發(fā)射的調(diào)制符號的方法，所述方法包括以下步驟低噪聲放大調(diào)制符號并把所放大的調(diào)制符號變換成數(shù)字符號值；用符號值Spre(n)大于還是小于規(guī)定基準(zhǔn)值k2的不同傳遞特性去加重符號值Spre(n)；和對預(yù)加重的符號值S(n)進(jìn)行FFT(快速傅立葉變換)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中規(guī)定的基準(zhǔn)值k2根據(jù)聚集通過OFDM發(fā)射的調(diào)制符號失真的位置來確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中符號值Spre(n)小于規(guī)定基準(zhǔn)值k2(0≤Spre(n)＜k1)時(shí)的傳遞特性被定義為Spre(n)=k1k2Spre(n)]]>以及符號值Spre(n)大于或者等于規(guī)定基準(zhǔn)值k2(k2≤Spre(n)＜L)時(shí)的傳遞特性被定義為Spre(n)=L-k1L-k2Spre(n)+L(1-L-k1L-k2)]]>其中，L是S(n)的最大值。
10.一種由移動通信系統(tǒng)的接收機(jī)接收發(fā)射機(jī)經(jīng)由基于IFFT(反向快速傅立葉變換)的OFDM(正交頻分多路復(fù)用)發(fā)射的調(diào)制符號的設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)低噪聲放大器，用于低噪聲放大調(diào)制符號；一個(gè)模數(shù)變換器，用于把所放大的調(diào)制符號變換成數(shù)字符號值；一個(gè)去加重單元，用于用符號值Spre(n)大于還是小于規(guī)定基準(zhǔn)值k2的不同傳遞特性去加重符號值Spre(n)；和一個(gè)FFT(快速傅立葉變換)單元，用于對預(yù)加重的符號值S(n)進(jìn)行FFT。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中規(guī)定的基準(zhǔn)值k2根據(jù)聚集通過OFDM發(fā)射的調(diào)制符號失真的位置來確定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中符號值Spre(n)小于規(guī)定基準(zhǔn)值k2(0≤Spre(n)＜k1)時(shí)的傳遞特性被定義為Spre(n)=k1k2Spre(n)]]>以及符號值Spre(n)大于或者等于規(guī)定基準(zhǔn)值k2(k2≤Spre(n)＜L)時(shí)的傳遞特性被定義為Spre(n)=L-k1L-k2Spre(n)+L(1-L-k1L-k2)]]>其中，L是S(n)的最大值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低由于PFDM(正交頻分多路復(fù)用)移動通信系統(tǒng)中的多個(gè)副載波造成的峰值平均功率比(PAPR)的設(shè)備和方法。在PFDM移動通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)預(yù)加重IFFT(反向快速傅立葉變換)的輸出信號，接收機(jī)在進(jìn)行FFT(快速傅立葉變換)之前去加重所接收的信號，從而有效地降低由于多個(gè)副載波造成的PAPR。
文檔編號H04L27/26GK1488210SQ02803576
公開日2004年4月7日 申請日期2002年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
發(fā)明者鄭樭, 柳興均, 金仁培, 陳炳一, 鄭 申請人:三星電子株式會社