專利名稱：一種用于降低ofdm信號峰均比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及OFDM領(lǐng)域，特別是涉及一種用于降低OFDM信號峰均比的方法。
背景技術(shù)：
正交步貞分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)是——禾中 特殊的多載波(Multi-Carriers Modulation, MCM)傳輸方案，它既是一種調(diào)制技 術(shù)，也是一種復(fù)用技術(shù)。它具有許多其它無線通信技術(shù)所無法比擬的優(yōu)越性。 同時，它也是一種并行技術(shù)，其將一個高速的數(shù)據(jù)流分割成許多低速數(shù)據(jù)流， 并調(diào)制到若干相互正交的子載波上來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。由于每個子載波的 調(diào)制信號速率較低，這樣碼元的周期相對較長，因而對時延擴展有較強的抵抗 力，再加上每個碼元又采用了循環(huán)前綴(Cyclic Prefix, CP)作為保護間隔，所以 符號間干擾所帶來的影響明顯減少。OFDM相對于一般的多載波傳輸?shù)牟煌?是它允許子載波頻譜部分重疊，只要滿足子載波間互相正交就可以從重疊的子 載波上分離出數(shù)據(jù)信息。
OFDM的子載波內(nèi)含數(shù)據(jù)子載波(Data Subcarriers)、空余子載波(Null Subcarriers)和導(dǎo)頻子載波(PilotSubcarriers)。
在OFDM通信系統(tǒng)中，使用在頻率上具有同步關(guān)系的多個載波來調(diào)制信號， 由于各載波的包絡(luò)值統(tǒng)計獨立，隨著載波數(shù)的增加，疊加后信號的峰值功率與 平均功率的比值，即峰均比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)的數(shù)值較大。因此，調(diào)制信號的動態(tài)范圍相當(dāng)大，首先要求D/A轉(zhuǎn)換器具有較大的動態(tài)范圍， 又要求系統(tǒng)中的功放具有較高的線性放大范圍，以避免傳輸信號的非線性失真。 這樣就增加了系統(tǒng)成本和實現(xiàn)難度。
降低PAPR最直接而有效的方法就是對OFDM信號峰值進行限幅。假設(shè)信號 經(jīng)過星座圖映射、IFFT、并串轉(zhuǎn)換后為""，""^^—、對、進行限幅操作
其中^為原信號，^為限幅門限。當(dāng)信號小于限幅門限時，信號不變；當(dāng) 信號大于限幅門限時，將信號的模值限制為門限大小，并保持與原信號相同的 幅角。
信號在經(jīng)過非線性部件之前進行限幅，就可以使得峰值信號低于所期望的 最大電平值。盡管限幅非常簡單，但是它也會為OFDM系統(tǒng)帶來相關(guān)的問題。 首先，對OFDM符號幅度進行畸變，會對系統(tǒng)自身造成干擾，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的 BER性能降低。其次，OFDM信號的非線性畸變會導(dǎo)致帶外噪聲功率值的增加， 其原因在于限幅操作可以被認(rèn)為是OFDM采樣符號與矩形窗函數(shù)相乘，如果 OFDM信號的幅值小于門限值時，則該矩形窗函數(shù)的幅值為1;而如果信號幅值 需要被限幅時，則該矩形窗函數(shù)的幅值應(yīng)該小于1。根據(jù)時域相乘等效于頻域巻 積的原理，經(jīng)過限幅的OFDM符號的頻譜等于原始OFDM符號頻譜與窗函數(shù)頻 譜的巻積，因此其帶外頻譜特性主要由兩者之間頻譜寬度較大的信號來決定， 也就是矩形窗函數(shù)的頻譜來決定。
限幅帶來的帶內(nèi)噪聲不能通過濾波進行消除，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的誤比特率 性能降低。帶內(nèi)噪聲的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)為帶內(nèi)信號的誤差向量幅值(Error Vector Magnitude, EVM)。 EVM可以由限幅后信號產(chǎn)生的誤差矢量定義。定義帶內(nèi)的誤差矢量
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其中k表示第k個子載波，A和^分別為限幅前后數(shù)據(jù)的頻域形式，亦即 在星座圖上表現(xiàn)形式，可通過FFT變換獲得。在此基礎(chǔ)上可以定義EVM，即星 座圖中相對于最遠(yuǎn)星座點功率的平均誤差
其中N是子載波數(shù)目，^ 是星座圖中星座點最大幅度。 限幅帶來的帶外噪聲可以通過濾波消除，但這將導(dǎo)致峰值再生。通常時域 的濾波器都是比較復(fù)雜的，因此現(xiàn)有方案使用一種新型的濾波器，在頻域中對 信號進行處理，即使用雙向快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)操作 來實現(xiàn)頻域濾波。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。這種算法的基本思想是首先將經(jīng)過 擾碼、編碼、交織、映射后的OFDM信號經(jīng)過I倍過采樣，即信號的中間插入(N-l) *1個零值，然后對過采樣后的信號進行N*l點IFFT操作，變換到時域，對時域 信號進行限幅，然后再進行N"點FFT操作變換到頻域，此時頻域中間的信號值 便是進行限幅所產(chǎn)生的帶外噪聲。去掉帶外噪聲，只取原來信號所在頻帶的頻 域值，進行N點IFFT操作，即完成了用雙向FFT實現(xiàn)頻域濾波的限幅算法。但 這一算法僅僅考慮了帶外子載波的作用，沒有考慮有效子載波和空余子載波的 作用的區(qū)別，不能減少帶內(nèi)失真，在一定程度上不能滿足頻譜模板的要求。
現(xiàn)有技術(shù)方案中，在大幅度降低峰均比的同時，兼顧了兩點 一、將帶內(nèi) 信號的EVM控制在某個指標(biāo)以下，這個指標(biāo)稱為EVM約束；二、減少限幅帶來 的帶內(nèi)失真的同時，過采樣帶來的帶外功率譜要在頻譜模板以卜。此方案有效 減少了帶內(nèi)失真，但并沒有根據(jù)帶內(nèi)子載波的不同類別對其分別處理，而是將帶內(nèi)的各類子載波統(tǒng)一處理，因此頻域處理的效果未能達(dá)到最優(yōu)，造成的帶內(nèi) 噪聲影響較大。另外，此方案沒有直接將帶外噪聲置零，避免PAPR上升和造成 帶外功率浪費。但通信鏈路后級的數(shù)據(jù)處理點數(shù)是過采樣前的數(shù)值，而不能處
理過采樣后的點數(shù)，即使帶外噪聲在頻譜模板之下，在后級處理時也需要置零 或者移除，所以保留帶外功率譜是沒有作用的。 現(xiàn)有降低峰均比的技術(shù)問題在于
1) 沒有充分考慮OFDM信號各類子載波的組成及其作用，因此頻域處理 的效果未能達(dá)到最優(yōu)；
2) 沒有考慮有效子載波和空余子載波的作用的區(qū)別，不能充分減少帶內(nèi) 失真，不能滿足頻譜模板的要求。
由于上述原因，造成了峰均比下降效果雖然明顯，但帶來了如帶內(nèi)噪聲較 大、對信道估計造成不良影響等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于降低OFDM信號峰均比的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中 峰均比下降而帶來了帶內(nèi)噪聲較大、對信道估計造成不良影響等問題。 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明提供一種用于降低OFDM信號峰均比的方法，包括如下歩驟 對OFDM信號進行限幅的限幅歩驟；
對限幅后的數(shù)據(jù)進行傅立葉變換(FFT)得到限幅后的頻域數(shù)據(jù)的時域-頻域 變換歩驟；
對限幅后的頻域數(shù)據(jù)進行修正的修正步驟；
對修正后的數(shù)據(jù)進行反傅立葉變換(IFFT)得到修正后時域數(shù)據(jù)的頻域-時域變換步驟；
修正步驟包括如下步驟
(11) 從限幅后的頻域數(shù)據(jù)分離出數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)，導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)和空 余子載波數(shù)據(jù)；
(12) 對數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)EVM約束進行修正；
(13) 對導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)進行復(fù)位操作，復(fù)位為限幅前數(shù)據(jù)；
(14) 對空余子載波數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的頻譜模板進行修正。 上述的技術(shù)方案的核心思想是對OFDM數(shù)據(jù)的三類帶內(nèi)子載波分別進行不
同的處理。
數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)，是OFDM符號內(nèi)的有用信號，這些信號承載著重要的數(shù) 據(jù)資料，需要符合系統(tǒng)的EVM約束，保證系統(tǒng)的誤碼率。EVM約束的具體值， 應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)和具體情況決定。
導(dǎo)頻子載波用于傳輸信道估計的參考信號，估計的信道信息將被用于補償 由信道造成的失真以恢復(fù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。因此，從這個意義上來說，導(dǎo)頻子載波 比其它的子載波更重要。把導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)恢復(fù)到限幅前數(shù)據(jù)，能增強信道估 計的效果。
作為保護頻帶的非承載數(shù)據(jù)的空余子載波，由于空余子載波上的功率信號， 對于時域信號的峰均比抑制有貢獻，因此沒有必要全部將其置零，否則造成功 率浪費，同時也使時域上的峰均比再牛。因此對空余子載波根據(jù)頻譜模板進行 修正，以滿足系統(tǒng)頻譜模板的要求。具體的頻譜模板需要根據(jù)不同的系統(tǒng)以及 實際情況設(shè)置。
作為一種優(yōu)選方案，步驟(11)還分離出帶外子載波，所述的修正步驟還包括對帶外子載波置零的帶外子載波修正步驟。
帶外子載波是由于在IFFT前補零進行過采樣時得到的，能更充分反映時域 信號的功率大小，對限幅操作有幫助，在頻帶上看屬于帶外信號，在最后保護
處理中需要濾除，以防止帶外噪聲，導(dǎo)致PAPR上升和造成帶外功率浪費。
對于為限幅服務(wù)的由于過采樣產(chǎn)生的帶外子載波，在限幅后應(yīng)該濾除，即
進行降采樣，對帶外子載波置零，將信號點數(shù)調(diào)整為原來值。 作為另外一種優(yōu)選方案，步驟(12)的具體步驟如下
(31) 計算限幅后的數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)的EVM;
(32) 如果其不符合EVM約束，則將數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)調(diào)整至符合EVM約束。 作為再一種優(yōu)選方案，步驟(14)的具體步驟如下
(41) 確定限幅后的空余子載波的功率；
(42) 如果空余子載波的功率超過頻譜模板函數(shù)對應(yīng)子載波的功率，則將 空余子載波的功率值調(diào)整至小于或等于頻譜模板函數(shù)對應(yīng)子載波的功率值。
本發(fā)明還提供一種用于降低OFDM信號峰均比的系統(tǒng)，包括 對OFDM信號進行限幅的限幅模塊；
對限幅后的數(shù)據(jù)進行傅立葉變換得到限幅后的頻域數(shù)據(jù)的時域-頻域變換模
塊；
對限幅后的頻域數(shù)據(jù)進行修正的修正模塊；
對修正后的數(shù)據(jù)進行反傅立葉變換得到修正后的時域數(shù)據(jù)的頻域-時域變換 模塊；
修正模塊包括(51) 從限幅后的頻域數(shù)據(jù)分離出數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)，導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)和空 余子載波數(shù)據(jù)的分離模塊；
(52) 對數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)EVM約束進行修正的數(shù)據(jù)子載波修正模
塊；
(53) 對導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)進行復(fù)位操作，復(fù)位為限幅前數(shù)據(jù)的導(dǎo)頻子載波 修正模塊；
(54) 對空余子載波數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的頻譜模板進行修正的空余子載波修正
模塊；
作為進一步的優(yōu)選方案，分離模塊還分離出帶外子載波，修正模塊還包括 對帶外子載波置零的帶外子載波修正模塊。
作為另外一種優(yōu)選方案，所述的數(shù)據(jù)子載波修正模塊包括
(71) 用于計算限幅后的數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)的EVM的模塊；
(72) 用于其如果不符合EVM約束，則將數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)調(diào)整至符合EVM 約束的模塊。
作為再一種優(yōu)選方案，所述的空余子載波修正模塊包括
(81) 用于確定限幅后的空余子載波的功率的模塊；
(82) 用于如果空余子載波的功率超過頻譜模板函數(shù)對應(yīng)子載波的功率， 則將空余子載波的功率值調(diào)整至小于或等于頻譜模板函數(shù)對應(yīng)子載波的功率值 的模塊。
本發(fā)明的技術(shù)方案，通過對數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)，導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)和空余子載 波數(shù)據(jù)進行分別修正，使不同的子載波采用不同的修正方式。子載波分類處理，能夠兼顧不同子載波的作用和指標(biāo)，對數(shù)據(jù)子載波進行EVM約束能控制其誤碼 率；對導(dǎo)頻子載波進行復(fù)位提高了信道估計的準(zhǔn)確性；對空余子載波進行抑制 能防止干擾相鄰頻帶。從而在降低峰均比的同時，有效地減少了限幅帶來的各 種不良影響。


圖1為使用雙向FFT操作來實現(xiàn)頻域濾波的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
圖3為本實施例的一種頻譜模板。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明。
如圖2所示為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。本發(fā)明對經(jīng)過限幅后的OFDM數(shù)據(jù)進行 FFT轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù)，對OFDM頻域數(shù)據(jù)進行分類處理。
首先對頻域中的OFDM的子載波進行分類數(shù)據(jù)子載波(DataSubcanriers)、 空余子載波(Null Subcarriers)和導(dǎo)頻子載波(Pilot Subcarriers)。以256點的 OFDM系統(tǒng)為例，低頻空余子載波28個，高頻空余子載波27個，空余子載波索 引為-128、 -127.....-101， 101、 102......127。導(dǎo)頻子載波為-88、 -63、 -38、 -13、
18、 38、 63、 88。其它均為數(shù)據(jù)子載波，分布如圖3所示。另外，帶外子載波 是由于在IFFT前補零進行過采樣時得到的，在頻帶上看屬于帶外信號，對限幅 操作有幫助，但在最后保護處理中需要濾除。
在現(xiàn)有的限幅類方法中，常常采取限幅濾波的常規(guī)方法實現(xiàn)峰均比抑制。 限幅后，信號峰均比有所下降，而信號由于限幅的影響產(chǎn)生帶內(nèi)失真和帶外泄 漏，帶內(nèi)失真是不可避免的，但可以在系統(tǒng)規(guī)定范圍內(nèi)進行修正以滿足系統(tǒng)的需求，特別是EVM和BER等指標(biāo)。令信號經(jīng)過星座圖映射、IFFT、并串轉(zhuǎn)換后 為^""W-1。對、進行限幅操作
限幅前信號、，^"w-i的傅里葉變換為^，kt/，z)unjwu^f/，其中o
為數(shù)據(jù)子載波集合，p為導(dǎo)頻子載波集合，w為空余子載波集合，o為帶外子載 波集合，互不相交。對這四類子載波采用以下修正方法，《為修正后的信號。
數(shù)據(jù)子載波EVM約束的具體選取，應(yīng)根據(jù)不同系統(tǒng)的具體要求而定。若系 統(tǒng)采用了限幅操作而造成EVM，數(shù)據(jù)子載波繼續(xù)保持其在頻域上的幅角，而幅 度則限制在EVM約束之下，EVM約束取值有多種選擇，本實施例取限幅門限與
星座點最大幅度的乘積"^自。
導(dǎo)頻子載波由于其在OFDM信道估計中的重要作用，同時也影響到信號檢 測過程，因此要保證其不受限幅影響，在OFDM頻域信號中，導(dǎo)頻子載波復(fù)位 為原值^。即導(dǎo)頻子載波的EVM設(shè)置為零，不能受到限幅操作的影響。
其中M^)是關(guān)于頻率k的頻譜模板的函數(shù)。對于不同的應(yīng)用場合，頻譜模 板的函數(shù)有所不同，如圖3所示，表現(xiàn)為圖中A/B/C/D等值的具體不同。
權(quán)利要求
1、一種用于降低OFDM信號峰均比的方法，包括如下步驟對OFDM信號進行限幅的限幅步驟；對限幅后的數(shù)據(jù)進行傅立葉變換得到限幅后的頻域數(shù)據(jù)的時域-頻域變換步驟；對限幅后的頻域數(shù)據(jù)進行修正的修正步驟；對修正后的數(shù)據(jù)進行反傅立葉變換得到修正后的時域數(shù)據(jù)的頻域-時域變換步驟；其特征在于，所述的修正步驟包括如下步驟(11)從限幅后的頻域數(shù)據(jù)分離出數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)，導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)和空余子載波數(shù)據(jù)；(12)對數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)EVM約束進行修正；(13)對導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)進行復(fù)位操作，復(fù)位為限幅前數(shù)據(jù)；(14)對空余子載波數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的頻譜模板進行修正。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟(11)還分離出帶外子 載波，所述的修正步驟還包括對帶外子載波置零的帶外子載波修正步驟。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(12)的具體步驟 如下(31) 計算限幅后的數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)的EVM;(32) 如果其不符合EVM約束，則將數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)調(diào)整至符合EVM約束。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(14)的具體步驟 如下(41) 確定限幅后的空余子載波數(shù)據(jù)的功率；(42) 如果空余子載波的功率超過頻譜模板函數(shù)對應(yīng)子載波的功率，則將 空余子載波的功率值調(diào)整至小于或等于頻譜模板函數(shù)對應(yīng)子載波的功率值。
5、 一種用于降低OFDM信號峰均比的系統(tǒng)，包括 對OFDM信號進行限幅的限幅模塊；對限幅后的數(shù)據(jù)進行傅立葉變換得到限幅后的頻域數(shù)據(jù)的時域-頻域變換模塊；對限幅后的頻域數(shù)據(jù)進行修正的修正模塊；對修正后的數(shù)據(jù)進行反傅立葉變換得到修正后的時域數(shù)據(jù)的頻域-時域變換 模塊；其特征在于，所述的修正模塊包括(51) 從限幅后的頻域數(shù)據(jù)分離出數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)，導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)和空 余子載波數(shù)據(jù)的分離模塊；(52) 對數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)EVM約束進行修正的數(shù)據(jù)子載波修正模塊；(53) 對導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)進行復(fù)位操作，復(fù)位為限幅前數(shù)據(jù)的導(dǎo)頻子載波 修正模塊；(54) 對空余子載波數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的頻譜模板進行修正的空余子載波修正模塊；
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分離模塊還分離出帶外 子載波，所述的修正模塊還包括對帶外子載波置零的帶外子載波修正模塊。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)子載波修正模塊包括(71) 用于計算限幅后的數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)的EVM的模塊；(72) 用于其如果不符合EVM約束，則將數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)調(diào)整至符合EVM 約束的模塊。
8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的空余子載波修正模塊包括(81) 用于確定限幅后的空余子載波的功率的模塊；(82) 用于如果空余子載波的功率超過頻譜模板函數(shù)對應(yīng)子載波的功率， 則將空余子載波的功率值調(diào)整至小于或等于頻譜模板函數(shù)對應(yīng)子載波的功率值 的模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及OFDM領(lǐng)域，特別是涉及一種用于降低OFDM信號峰均比的方法。本發(fā)明提供一種用于降低OFDM信號峰均比的方法，包括限幅步驟，時域-頻域變換步驟，修正步驟和頻域-時域變換步驟，其中的修正步驟包括(11)從限幅后的頻域數(shù)據(jù)分離出數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)，導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)和空余子載波數(shù)據(jù)；(12)對數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)EVM約束進行修正；(13)對導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)進行復(fù)位操作，復(fù)位為限幅前數(shù)據(jù)；(14)對空余子載波數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的頻譜模板進行修正。本發(fā)明的技術(shù)方案，通過對數(shù)據(jù)子載波數(shù)據(jù)，導(dǎo)頻子載波數(shù)據(jù)和空余子載波數(shù)據(jù)進行分別修正，使不同的子載波數(shù)據(jù)采用不同的修正方式。在降低峰均比的同時，有效地減少了限幅帶來的各種不良影響。
文檔編號H04L27/26GK101674279SQ20091019302
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者張永強, 陳立俊 申請人:廣州杰賽科技股份有限公司