專利名稱：一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)中，尤其在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中降低峰值平均功率比(PAPR)的方法，尤其涉及的是一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)是一種多載波調(diào)制系統(tǒng)，某時(shí)刻，若多個(gè)載波以同一方向進(jìn)行疊加，則會(huì)出現(xiàn)較大峰值，故要求功率放大器具有很大的線性區(qū)域。若線性區(qū)域小于信號(hào)最大峰值，則在峰值進(jìn)入功放非線性區(qū)域時(shí)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)畸變，從而產(chǎn)生子載波間的互調(diào)干擾和帶外輻射，破壞子載波間的正交性，降低系統(tǒng)性能。若功放工作在大功率補(bǔ)償狀態(tài)下，會(huì)導(dǎo)致非常低的放大效率，并使發(fā)射機(jī)成本非常昂貴。峰均比問題已經(jīng)成為OFDM技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，因此，必須采用一定技術(shù)降低峰均比，使發(fā)射機(jī)中功率放大器高效工作，同時(shí)提高系統(tǒng)的整體性能。
目前解決峰均比問題的技術(shù)主要分為3大類限幅類技術(shù)、編碼類技術(shù)以及概率類技術(shù)。
限幅類技術(shù)中，當(dāng)信號(hào)幅度超過預(yù)先規(guī)定的門限值時(shí)，超過門限部分的幅度即被砍掉，引起信號(hào)畸變。故限幅類技術(shù)中非線性操作會(huì)引起帶間干擾，增加符號(hào)間干擾(ISI)和誤碼率(BER)，此外，帶外噪聲還可能引起信道間干擾，降低頻譜利用率。
韓國(guó)三星公司所提出的名為“在OFDM通訊系統(tǒng)中減少PAPR的裝置和方法(Apparatus and method for reducing PAPR in OFDM communicationsystem)”的專利，歐洲專利號(hào)EP1515504，即屬于限幅類技術(shù)，其主要思想是對(duì)將進(jìn)行IFFT的N個(gè)子載波，其中N-L個(gè)子載波傳送數(shù)據(jù)，L個(gè)子載波傳送輔助數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，改變脈沖的相位，使其與N-L個(gè)子載波IFFT后最大峰值的相位相同，用最大峰值和門限功率值的差值來決定產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的縮放比例，然后把脈沖信號(hào)和IFFT的輸出信號(hào)線性相加輸出。但該專利沒有考慮頻譜上相鄰OFDM符號(hào)之間的干擾，由于利用L個(gè)子載波傳送輔助數(shù)據(jù)，必然會(huì)引起頻譜的擴(kuò)展，影響相鄰的OFDM符號(hào)。此外，若直接利用L個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行峰值抵消，不但不能達(dá)到優(yōu)化效果，反而會(huì)惡化峰均比，如仿真驗(yàn)證中的圖2所示，可以看出，要達(dá)到優(yōu)化峰均比的效果，必須在峰值抵消時(shí)對(duì)L個(gè)子載波數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，加權(quán)系數(shù)小于1，加權(quán)的系數(shù)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。
此外，專利EP1515504中用L個(gè)子載波輔助數(shù)據(jù)改善峰均比，其改善性能很大程度取決于L大小，L越大，性能越好，但同時(shí)N-L會(huì)減少，即有用信息減少，降低了系統(tǒng)的效率。在仿真驗(yàn)證專利EP1515504時(shí)，發(fā)現(xiàn)該方法在進(jìn)行峰值抵消時(shí)，如果未對(duì)L個(gè)數(shù)據(jù)加權(quán)，會(huì)造成峰均比惡化，如圖2所示，根據(jù)不同加權(quán)值，峰均比變化很大，當(dāng)加權(quán)值為0.2時(shí)，峰均比得到改善；而當(dāng)加權(quán)值為0.5時(shí)，峰均比反而惡化。故對(duì)于專利EP1515504，加權(quán)值是一個(gè)很重要的參數(shù)，對(duì)于它的選擇，需要依靠工程經(jīng)驗(yàn)確定。
編碼類技術(shù)的主要思想是限制可用于傳輸?shù)男盘?hào)碼字集合，只有幅度峰值低于功放最大范圍的碼字才能用于傳輸，從而完全避開信號(hào)峰值，目前證明性能較好的為Golay編碼技術(shù)。但該編碼技術(shù)在子載波點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，編碼率太低，如IFFT點(diǎn)數(shù)N＝256時(shí)，對(duì)應(yīng)編碼率僅為0.05左右，這些冗余信息會(huì)很大程度的降低有效信息的頻譜利用率，此外，Golay碼的編碼以及譯碼技術(shù)十分復(fù)雜，在工程實(shí)現(xiàn)中顯然不可取。
概率類技術(shù)的著眼點(diǎn)是降低峰值出現(xiàn)概率，而不是降低信號(hào)幅度最大值，通過線性變化完成，但在通常情況下，需要傳輸額外的輔助信息，增加冗余。屬于該類技術(shù)的有選擇映射法(SLM Selected Mapping)、部分傳輸序列法(PTS Partial Transmit Sequence)、沖激整形(PS Pulse Shaping)等。
SLM(請(qǐng)參見Stefan H Muller，Johannes B Huber.A comparison of peakpower reduction schemes for OFDM.Global Telecommunications Conference.1997.GLOBECOM’97，IEEE，1997，13～8)方法中，相同數(shù)據(jù)塊乘上不同的M個(gè)相位序列，M個(gè)相位序列長(zhǎng)度為N(N即為要進(jìn)行IFFT的點(diǎn)數(shù))，并且它們相互之間統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。數(shù)據(jù)塊與M個(gè)相位序列相乘后分別進(jìn)行IFFT操作，輸出后計(jì)算M路的峰均比，進(jìn)行比較，選出具有最小峰均比的數(shù)據(jù)塊傳輸。SLM方法的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行線性變換，不會(huì)引起信號(hào)畸變。但缺點(diǎn)是需要M個(gè)IFFT處理，占用較大資源，需要利用冗余信息傳輸相位序列信息。
PTS(請(qǐng)參見Stefan H Muller，Johannes B Huber.A comparison of peakpower reduction schemes for OFDM.Global Telecommunications Conference.1997.GLOBECOM’97，IEEE，1997，13～8)方法基于與SLM相同的原理，但其轉(zhuǎn)換向量具有不同的結(jié)構(gòu)，PTS方法首先將輸入的數(shù)據(jù)分為M個(gè)子塊，每個(gè)子塊分別進(jìn)行N點(diǎn)的IFFT操作，IFFT后每個(gè)數(shù)據(jù)塊乘一相位因子，最后M路數(shù)據(jù)相加，得到整個(gè)數(shù)據(jù)IFFT結(jié)果，對(duì)于多組相位因子，分別計(jì)算其對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的峰均比，找出其中最小峰均比對(duì)應(yīng)的相位因子(M個(gè))，輸出IFFT結(jié)果以及相位因子信息。PTS方法優(yōu)點(diǎn)是無信號(hào)畸變，但其缺點(diǎn)是要進(jìn)行M個(gè)IFFT處理，需要增加冗余來傳輸相位因子信息。
無論P(yáng)TS方法，還是SLM方法，均需要嚴(yán)格保證額外傳輸?shù)南辔恍畔⒌母邷?zhǔn)確性，否則一旦該相位信息發(fā)生錯(cuò)誤，則接收端完全錯(cuò)誤。故為保證相位信息的準(zhǔn)確性，必須引入編碼技術(shù)傳輸該相位信息，從而會(huì)帶來部分信息冗余。
因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，而有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，提出一種新穎的改善峰均比的方法，用于降低OFDM系統(tǒng)中峰均比，同時(shí)產(chǎn)生較小的額外鄰帶干擾。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，其中，包括以下步驟A、在空余子載波上傳輸多路輔助數(shù)據(jù)，每路輔助數(shù)據(jù)與有效數(shù)據(jù)線性組合；B、計(jì)算各路進(jìn)行IFFT輸出后的峰均比，通過多路比較，選擇最小峰均比；C、對(duì)空余子載波上輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)。
所述方法還包括步驟N表示要進(jìn)行IFFT的長(zhǎng)度；L表示輔助數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；N-L表示有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；M表示在M組數(shù)據(jù)中選取最小峰均比；A1、產(chǎn)生長(zhǎng)度為L(zhǎng)的M組MPSK調(diào)制符號(hào)b1，b2，...，bL1，bL1+1，...，bL，每組符號(hào)分為兩部分，長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1、L2，且L1+L2＝L；B1、對(duì)于產(chǎn)生的兩部分調(diào)制符號(hào)，分別乘上加權(quán)系數(shù)w1，w2，...，wL1和wL1+1，wL1+2...，wL；C1、將加權(quán)后的M組調(diào)制符號(hào)分別與有效數(shù)據(jù)組合，將有效數(shù)據(jù)表示為x1，x2，...，xN-L-1，xN-L；則組合后M路數(shù)據(jù)其中一路表示為w1b1，w2b2，...，wL1bL1，x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，wL1+1bL1+1，...，wLbL；D1、對(duì)組合后的M路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行N點(diǎn)IFFT輸出；E1、計(jì)算經(jīng)過IFFT后M路數(shù)據(jù)的峰均比，并進(jìn)行比較，選出最小的峰均比輸出。
本發(fā)明所提供的一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，與現(xiàn)有的概率類算法SLM相比，雖均要進(jìn)行多個(gè)IFFT處理，但本發(fā)明方法無需增加額外的冗余傳輸相位因子信息，增加了系統(tǒng)的可靠性；雖然加權(quán)后對(duì)系統(tǒng)性能有一定影響，但與降低峰均比對(duì)系統(tǒng)性能貢獻(xiàn)相比，在允許范圍之內(nèi)。


圖1為本發(fā)明多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法的流程圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的專利EP1515504在不同加權(quán)值時(shí)峰均比的示意圖；圖3是本發(fā)明方法中不同選擇路數(shù)M下的CCDF(N＝256，QPSK，M＝3，5，7)示意圖；圖4是本發(fā)明的PAPR改善性能與現(xiàn)有技術(shù)的專利EP1515504、SLM方法結(jié)果對(duì)比示意圖；圖5是本發(fā)明方法的虛子載波不插值，即數(shù)據(jù)為零時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)過256點(diǎn)IFFT后的功率譜圖；圖6是本發(fā)明方法的虛子載波插入加權(quán)后的值時(shí)，并且加權(quán)系數(shù)為線性包絡(luò)，數(shù)據(jù)經(jīng)過256點(diǎn)IFFT后的功率譜圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，將對(duì)本發(fā)明的各較佳實(shí)施例進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。
本發(fā)明所述的多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，其核心思想是利用OFDM系統(tǒng)中空余子載波改善峰均比。在空余子載波上傳輸多路輔助信息，每路輔助信息與有效數(shù)據(jù)進(jìn)行線性組合，然后計(jì)算各路進(jìn)行IFFT輸出后的峰均比，通過多路比較，選擇最優(yōu)峰均比。由于空余子載波數(shù)據(jù)處于OFDM符號(hào)內(nèi)兩邊，會(huì)受到相鄰OFDM符號(hào)的干擾，因此在接收端通常廢棄不用，一般情況補(bǔ)零。在本發(fā)明方法中，對(duì)于空余子載波，插入一些特殊的數(shù)據(jù)，在多路信號(hào)中選取峰均比最好的一路信號(hào)。本發(fā)明方法的好處是利用了空余子載波，對(duì)降低峰均比做出貢獻(xiàn)，為了防止本發(fā)明方法利用空余子載波而引入的頻譜相鄰符號(hào)的干擾，需要對(duì)空余子載波數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)。此外，所述空余子載波數(shù)據(jù)會(huì)分擔(dān)一部分功率，使有用信息的功率有所降低。
本發(fā)明方法的流程如圖1所示，具體步驟可包括如下其中N表示要進(jìn)行IFFT的長(zhǎng)度；L表示輔助數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；N-L表示有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；M表示在M組數(shù)據(jù)中選取最優(yōu)峰均比。
第一步，產(chǎn)生長(zhǎng)度為L(zhǎng)的M組MPSK調(diào)制符號(hào)，每組符號(hào)分為兩部分，長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1、L2，則有L1+L2＝L。調(diào)制符號(hào)用b1，b2，...，bL1，bL1+1，...，bL表示。
第二步，對(duì)于產(chǎn)生的兩組調(diào)制符號(hào)，分別乘上加權(quán)系數(shù)w1，w2，...，wL1和wL1+1，wL1+2...，wL，對(duì)符號(hào)進(jìn)行加權(quán)是為了降低插入數(shù)據(jù)對(duì)頻譜擴(kuò)展的影響，減少相鄰頻帶間的干擾。
第三步，將加權(quán)后的M組調(diào)制符號(hào)分別與有效數(shù)據(jù)組合，若有效數(shù)據(jù)表示為x1，x2，...，xN-L-1，xN-L；則組合后M路數(shù)據(jù)其中一路可表示為w1b1，w2b2，...，wL1bL1，x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，wL1+1bL1+1，...，wLbL；第四步，對(duì)組合后的M路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行N點(diǎn)IFFT；第五步，計(jì)算經(jīng)過IFFT后M路數(shù)據(jù)的峰均比，并進(jìn)行比較，選出最小的峰均比。
第六步，將最小峰均比對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出。
為驗(yàn)證本發(fā)明方法的性能，根據(jù)802.16協(xié)議中物理層規(guī)定，可進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
在OFDM系統(tǒng)基帶發(fā)射端，數(shù)據(jù)子載波192個(gè)，加上8個(gè)導(dǎo)頻子載波，一共200個(gè)有效的子載波數(shù)據(jù)，利用序號(hào)為28到127、129到228的子載波傳輸，對(duì)序號(hào)1到27、128以及229到256的子載波，稱為虛子載波，虛子載波處于OFDM符號(hào)內(nèi)兩邊，會(huì)受到相鄰OFDM符號(hào)的干擾，一般情況補(bǔ)零。本發(fā)明方法即利用虛子載波傳輸輔助數(shù)據(jù)，輔助數(shù)據(jù)是隨機(jī)產(chǎn)生的MPSK調(diào)制符號(hào)經(jīng)過加權(quán)后的數(shù)據(jù)，具體實(shí)施的步驟如下1.將200個(gè)有效數(shù)據(jù)放到序號(hào)為28到127、129到228的子載波上，其余位置子載波數(shù)據(jù)為零；2.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行N(N＝256)點(diǎn)IFFT變換，得到xN-L(n)；3.產(chǎn)生M路隨機(jī)QPSK調(diào)制符號(hào)，每路L(L＝55)個(gè)調(diào)制符號(hào)，分成兩部分一部分27個(gè)QPSK調(diào)制符號(hào)，加權(quán)系數(shù)為w1，w2，...，w27，放到序號(hào)為1到27子載波上，另一部分28個(gè)QPSK調(diào)制符號(hào)，加權(quán)系數(shù)為w28，w29，...，w55，放到序號(hào)為229到256的子載波上。其余子載波(序號(hào)28到228)數(shù)據(jù)全部為零。仿真中w1，w2，...，w27取值為[1/28:1/28:1-1/28]，w28，w29，...，w55取值為[1:-1/28:1/28]；4.對(duì)這M路信號(hào)分別進(jìn)行N點(diǎn)的IFFT操作，輸出M路信號(hào)xL1(n)，xL2(n)，......，xLM(n)；5.將IFFT輸出的M路信號(hào)分別與步驟2產(chǎn)生的xN-L(n)相加，得到x1(n)，x2(n)，...，xM(n)；6.將x1(n)，x2(n)，...，xM(n)共M組輸出分別計(jì)算峰均比，并進(jìn)行比較，輸出最小PAPR對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。
仿真驗(yàn)證中的M值可以變化，M的選擇是影響性能和資源的要點(diǎn)，M越大，選擇路徑就越多，改善峰均比的效果越好，但同時(shí)，隨著M的增大，要進(jìn)行256點(diǎn)IFFT運(yùn)算增大，占用資源也增大，需要在效果和資源之間找一個(gè)平衡，根據(jù)不同系統(tǒng)的需要，可以通過仿真來找到最佳的M取值。如圖3顯示了在不同M值時(shí)改善峰均比的情況。
如圖5和圖6則顯示了對(duì)輔助數(shù)據(jù)不加權(quán)和加權(quán)后的頻譜圖示。
為了與其他方法相比較，對(duì)SLM算法以及專利EP1515504也進(jìn)行仿真，比較結(jié)果如圖4所示，本發(fā)明方法與現(xiàn)有的概率類算法SLM相比，雖均要進(jìn)行多個(gè)IFFT處理，但本發(fā)明方法無需增加額外的冗余傳輸相位因子信息，增加了系統(tǒng)的可靠性。與專利EP1515504相比，均利用插入數(shù)據(jù)降低峰均比，但實(shí)際使用時(shí)，專利EP1515504并未對(duì)因增加數(shù)據(jù)引起的頻譜擴(kuò)展問題進(jìn)行解決，而本發(fā)明方法利用給OFDM符號(hào)內(nèi)兩邊輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)以減少頻譜干擾，由仿真結(jié)果可得出結(jié)論雖然加權(quán)后對(duì)系統(tǒng)性能有一定影響，但與降低峰均比對(duì)系統(tǒng)性能貢獻(xiàn)相比，在允許范圍之內(nèi)，得到了非常好的效果。
應(yīng)當(dāng)指出的是，上述針對(duì)具體實(shí)施例的描述較為具體，并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，其特征在于，包括以下步驟A、在空余子載波上傳輸多路輔助數(shù)據(jù)，每路輔助數(shù)據(jù)與有效數(shù)據(jù)線性組合；B、計(jì)算各路進(jìn)行IFFT輸出后的峰均比，通過多路比較，選擇最小峰均比；C、對(duì)空余子載波上輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括步驟N表示要進(jìn)行IFFT的長(zhǎng)度；L表示輔助數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；N-L表示有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；M表示在M組數(shù)據(jù)中選取最小峰均比；A1、產(chǎn)生長(zhǎng)度為L(zhǎng)的M組MPSK調(diào)制符號(hào)b1，b2，...，bL1，bL1+1，...，bL，每組符號(hào)分為兩部分，長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1、L2，且L1+L2＝L；B1、對(duì)于產(chǎn)生的兩部分調(diào)制符號(hào)，分別乘上加權(quán)系數(shù)w1，w2，...，wL1和wL1+1，wL1+2...，wL；C1、將加權(quán)后的M組調(diào)制符號(hào)分別與有效數(shù)據(jù)組合，將有效數(shù)據(jù)表示為x1，x2，...，xN-L-1，xN-L；則組合后M路數(shù)據(jù)其中一路表示為w1b1，w2b2，...，wL1bL1，x1，x2，...，xN-L-1，xN-L，wL1+1bL1+1，...，wLbL；D1、對(duì)組合后的M路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行N點(diǎn)IFFT輸出；E1、計(jì)算經(jīng)過IFFT后M路數(shù)據(jù)的峰均比，并進(jìn)行比較，選出最小的峰均比輸出。
全文摘要
本發(fā)明的一種多載波調(diào)制系統(tǒng)中降低峰均比的方法，包括以下步驟在空余子載波上傳輸多路輔助信息，每路輔助信息與有效數(shù)據(jù)線性組合；計(jì)算各路進(jìn)行IFFT輸出后的峰均比，通過多路比較，選擇最優(yōu)峰均比；對(duì)空余子載波數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)。本發(fā)明方法無需增加額外的冗余傳輸相位因子信息，增加了系統(tǒng)的可靠性；雖然加權(quán)后對(duì)系統(tǒng)性能有一定影響，但與降低峰均比對(duì)系統(tǒng)性能貢獻(xiàn)相比，在允許范圍之內(nèi)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1913511SQ20051009008
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者郭陽, 鄭新春, 石苗 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司