專利名稱：：一種降低ofdm信號(hào)峰均功率比的信息傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于采用正交頻分復(fù)用信號(hào)(OFDM)的無(wú)線和有線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及采用扭曲星座圖降低OFDM信號(hào)峰均功率比并不發(fā)送邊帶的信息傳輸方法
背景技術(shù)：
：正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)作為一種非常有效地對(duì)抗時(shí)變多徑信道的傳輸方式，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)中，例如WLAN，WiMAX和DVB等系統(tǒng)。盡管OFDM技術(shù)在無(wú)線通信系統(tǒng)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但OFDM技術(shù)仍然存在一些重要問(wèn)題沒(méi)有得到很好地解決。其中一個(gè)主要缺點(diǎn)就是峰均功率比(PAPR)很高。OFDM信號(hào)的峰均功率比定義為峰值功率和平均功率之比。如果信號(hào)的峰均功率比很高，發(fā)射機(jī)高功率放大器的線性動(dòng)態(tài)范圍將要求很寬，這將使得發(fā)射機(jī)的成本大大增加。為了降低OFDM信號(hào)對(duì)發(fā)射機(jī)高功率放大器的要求，需要降低OFDM信號(hào)的峰均功率比。為了降低OFDM信號(hào)的峰均功率比，人們提出了很多解決方案。其中，部分旋轉(zhuǎn)序列(PTS)方法和選擇性映射(SLM)方法在有效地降低OFDM信號(hào)的PAPR的同時(shí)不會(huì)造成OFDM信號(hào)的失真。一個(gè)OFDM頻率域信號(hào)X=[X(0)，X(1)，L，X(N-I)]，其中X(k)，(k=0，1,L,N-1)為經(jīng)過(guò)正交幅度調(diào)制(QAM)的數(shù)據(jù)，N表示子載波的數(shù)量，k表示子載波的編號(hào)。PTS方法和SLM方法的基本思路可以概括為對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)X(k)選擇一個(gè)相位旋轉(zhuǎn)因子，產(chǎn)生若干不同的候選頻率域信號(hào)，在這些候選的頻率域信號(hào)中選取PAI^R最小的一個(gè)發(fā)送。相位旋轉(zhuǎn)因子一般有W種選擇。PTS方法是將N個(gè)子載波分為M組，每一組有N/M個(gè)子載波，對(duì)于每組子載波選取相同的相位旋轉(zhuǎn)因子。M的選取必須保證N/M為正整數(shù)，一般情況下M取4或者8。為了減少快速反傅里葉變換(IFFT)的次數(shù)，我們?cè)趯?shí)際操作中首先對(duì)每個(gè)分組進(jìn)行IFFT變換。即首先將一個(gè)頻率域信號(hào)分為M個(gè)子序列Xm，(m=1，2，LΜ)，每個(gè)子序列包含每個(gè)分組的子載波上的數(shù)據(jù)，其他子載波設(shè)為0，則MX=^XmW=I然后，對(duì)于每個(gè)子序列Xm進(jìn)行IFFT變換，得到對(duì)應(yīng)的時(shí)間域信號(hào)xm。對(duì)于每個(gè)時(shí)間域信號(hào)Xm選擇一個(gè)相位旋轉(zhuǎn)因子bm，求和得到一個(gè)OFDM時(shí)間域信號(hào)Mχ=w=l這里的相位旋轉(zhuǎn)因子bm有W種選擇，對(duì)于每個(gè)分組遍歷這W種選擇，則可以產(chǎn)生Wm種不同的候選OFDM時(shí)間域信號(hào)，選取其中PAPR最小的一個(gè)進(jìn)行發(fā)送。同時(shí)，對(duì)應(yīng)的相位旋轉(zhuǎn)序列Ibpb2,…，bM}作為邊帶信息發(fā)送至接收機(jī)端。對(duì)于SLM方法，發(fā)射機(jī)端和接收機(jī)端約定好U組相位旋轉(zhuǎn)序列Pv=[Pv(0)，Pv(I)，…，Pv(N-I)],(ν=1,2,LU)，其中每個(gè)元素Pv(k)，(k=0，1，…，N-1)分別對(duì)應(yīng)于每個(gè)子載波，有W種選擇。在發(fā)射機(jī)端，對(duì)于輸入的頻率域信號(hào)X=[X(O)，X(I)，L，X(N-I)]和每組相位旋轉(zhuǎn)序列分別點(diǎn)乘，得到U個(gè)候選頻率域信號(hào)Xv=[Xv(O)，Xv(I)，L，Xv(N-I)]，其中Xv(k)=Pv(k)X(k)。對(duì)于每個(gè)候選頻率域信號(hào)分別進(jìn)行IFFT變換，得到U個(gè)候選時(shí)間域信號(hào)xv，選取其中PAI^R最小的一個(gè)進(jìn)行發(fā)送。同時(shí)，對(duì)應(yīng)的相位旋轉(zhuǎn)序列Pv作為邊帶信息發(fā)送至接收機(jī)端。由于候選的相位旋轉(zhuǎn)序列是收發(fā)雙發(fā)約定好的，因此只用發(fā)送該相位旋轉(zhuǎn)序列的序號(hào)作為邊帶信息?？梢姡鲜鰞煞N方法在有效地降低OFDM信號(hào)的PAPR的同時(shí)，還必須發(fā)送額外的邊帶信息使得接收機(jī)端可以獲得正確的相位旋轉(zhuǎn)序列恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，這使得系統(tǒng)的頻帶利用率有一定的降低。而在實(shí)際通信過(guò)程中，采取了額外的編碼等措施來(lái)確保邊帶信息的正確傳輸，這使得系統(tǒng)的頻帶利用率進(jìn)一步的降低。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)OFDM系統(tǒng)高的峰均功率比，而現(xiàn)有的控制和降低OFDM信號(hào)峰均功率比方法存在需要發(fā)送邊帶信息的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種降低OFDM信號(hào)峰均功率比的信息傳輸方法，該方法在降低OFDM信號(hào)的峰均功率比的同時(shí)，保證了系統(tǒng)的頻帶利用率不受影響。本發(fā)明提供的一種降低OFDM信號(hào)峰均功率比的信息傳輸方法，設(shè)一個(gè)OFDM系統(tǒng)有N個(gè)子載波，N為正整數(shù)，該方法包括下述步驟第1步輸入的數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)編碼、交織后得到一個(gè)OFDM頻率塊D=[D(0)，D(1)，L，D(N-I)]，其中D(k)為9進(jìn)制符號(hào)，1^=0，1，1^，^1；第2步對(duì)于每個(gè)符號(hào)D(k)按照扭曲星座圖進(jìn)行調(diào)制，扭曲星座圖的星座點(diǎn)集合為C=Un，n=0，l，Lq_l}，得到一個(gè)OFDM頻率域信號(hào)X=[X(0)，X(1)，L，X(N-1)]，其中X(k)=ζη,η=D(k),k=0,1,L,N-I；扭曲星座圖是基于方形QAM星座圖產(chǎn)生的，對(duì)于方形QAM星座圖，虛部為負(fù)的點(diǎn)保留，作為扭曲星座圖中虛部為負(fù)的星座點(diǎn)，虛部為正的點(diǎn)按照移動(dòng)，得到22的點(diǎn)作為扭曲星座圖中虛部為正的星座點(diǎn)，其中d為方形QAM星座圖中星座點(diǎn)間的最小距尚，j=V^T；第3步確定部分旋轉(zhuǎn)序列方法的相位旋轉(zhuǎn)因子和選擇性映射方法的相位旋轉(zhuǎn)序列的每個(gè)元素的取值集合均為F={護(hù)，護(hù)，！^，產(chǎn)丨，其中^=/7^〗=1，2，LW，W表示相位旋轉(zhuǎn)因子可能的取值個(gè)數(shù)，1表示相位旋轉(zhuǎn)因子的序號(hào)；將得到的頻率域信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后，采用部分旋轉(zhuǎn)序列方法或選擇性映射方法降低其PAPR，若采用部分旋轉(zhuǎn)序列方法執(zhí)行步驟(3.1)，若采用選擇性映射方法執(zhí)行步驟(3.2)；步驟(3.1)或步驟(3.2)執(zhí)行完畢后進(jìn)入第4步；步驟(3.1)設(shè)分組數(shù)為M，M為確保N/M為正整數(shù)的正整數(shù)，將OFDM頻率域信號(hào)X=[X(O),X(I),L,X(N-I)]分為M個(gè)子序列Xm=[Xm(O)，Xm(I)，L，Xm(N-I)],m=1，2，L，M，其中權(quán)利要求一種降低OFDM信號(hào)峰均功率比的信息傳輸方法，設(shè)一個(gè)OFDM系統(tǒng)有N個(gè)子載波，N為正整數(shù)，該方法包括下述步驟第1步輸入的數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)編碼、交織后得到一個(gè)OFDM頻率塊D＝[D(0)，D(1)，L，D(N1)]，其中D(k)為q進(jìn)制符號(hào)，k＝0，1，L，N1；第2步對(duì)于每個(gè)符號(hào)D(k)按照扭曲星座圖進(jìn)行調(diào)制，扭曲星座圖的星座點(diǎn)集合為C＝{ζn，n＝0，1，Lq1}，得到一個(gè)OFDM頻率域信號(hào)X＝[X(0)，X(1)，L，X(N1)]，其中X(k)＝ζn，n＝D(k)，k＝0，1，L，N1；扭曲星座圖是基于方形QAM星座圖產(chǎn)生的，對(duì)于方形QAM星座圖，虛部為負(fù)的點(diǎn)保留，作為扭曲星座圖中虛部為負(fù)的星座點(diǎn)，虛部為正的點(diǎn)按照移動(dòng)，得到的點(diǎn)作為扭曲星座圖中虛部為正的星座點(diǎn)，其中d為方形QAM星座圖中星座點(diǎn)間的最小距離，第3步確定部分旋轉(zhuǎn)序列方法的相位旋轉(zhuǎn)因子和選擇性映射方法的相位旋轉(zhuǎn)序列的每個(gè)元素的取值集合均為F＝{f1，f2，L，fW}，其中l(wèi)＝1，2，LW，W表示相位旋轉(zhuǎn)因子可能的取值個(gè)數(shù)，l表示相位旋轉(zhuǎn)因子的序號(hào)；將得到的頻率域信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后，采用部分旋轉(zhuǎn)序列方法或選擇性映射方法降低其PAPR，若采用部分旋轉(zhuǎn)序列方法執(zhí)行步驟(3.1)，若采用選擇性映射方法執(zhí)行步驟(3.2)；步驟(3.1)或步驟(3.2)執(zhí)行完畢后進(jìn)入第4步；步驟(3.1)設(shè)分組數(shù)為M，M為確保N/M為正整數(shù)的正整數(shù)，將OFDM頻率域信號(hào)X＝[X(0)，X(1)，L，X(N1)]分為M個(gè)子序列Xm＝[Xm(0)，Xm(1)，L，Xm(N1)]，m＝1，2，L，M，其中<mrow><msub><mi>X</mi><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mi>X</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mtd><mtd><mfrac><mi>N</mi><mi>M</mi></mfrac><mrow><mo>(</mo><mi>m</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>&le;</mo><mi>k</mi><mo>&le;</mo><mfrac><mi>N</mi><mi>M</mi></mfrac><mi>m</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><mi>else</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>0,1</mn><mo>,</mo><mi>L</mi><mo>,</mo><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>對(duì)于每個(gè)子序列進(jìn)行IFFT變換得到相應(yīng)的時(shí)間域信號(hào)xm；對(duì)于每個(gè)子序列分別選取一個(gè)相位旋轉(zhuǎn)因子bm∈F，疊加后得到一個(gè)候選的OFDM時(shí)間域信號(hào)<mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>M</mi></munderover><msub><mi>b</mi><mi>m</mi></msub><msub><mi>x</mi><mi>m</mi></msub></mrow>遍歷所有可能的組合{b1，b2，L，bM}，得到WM個(gè)候選OFDM時(shí)間域信號(hào)，選取其中PAPR最小的一個(gè)時(shí)間域信號(hào)；步驟(3.2)記相位旋轉(zhuǎn)序列數(shù)為U，U為正整數(shù)；產(chǎn)生U組相位旋轉(zhuǎn)序列Pv＝[Pv(0)，Pv(1)，…，Pv(N1)]，v＝1，2，L，U，v表示相位旋轉(zhuǎn)序列的序號(hào)，相位旋轉(zhuǎn)序列中的每個(gè)元素Pv(k)∈F，(k＝0，1，LN1)，分別對(duì)應(yīng)于每個(gè)子載波，這U組相位旋轉(zhuǎn)序列收發(fā)雙方均為已知；將OFDM頻率域信號(hào)X＝[X(0)，X(1)，L，X(N1)]分別與每個(gè)相位旋轉(zhuǎn)序列Pv＝[Pv(0)，Pv(1)，…，Pv(N1)]進(jìn)行點(diǎn)乘，得到候選OFDM頻率域信號(hào)Xv＝[Xv(0)，Xv(1)，L，Xv(N1)]，其中Xv(k)＝Pv(k)X(k)；對(duì)于每個(gè)候選頻率域信號(hào)分別進(jìn)行IFFT變換，得到U個(gè)候選時(shí)間域信號(hào)xv，選取其中PAPR最小的一個(gè)時(shí)間域信號(hào)；第4步將得到的PAPR最小的時(shí)間域信號(hào)經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換后送入信道發(fā)送；第5步接收機(jī)接收到信道輸出的信號(hào)，首先對(duì)此信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，通過(guò)信道估計(jì)等處理后，得到頻率域信號(hào)Y＝[Y(0)，Y(1)，L，Y(N1)]；第6步恢復(fù)邊帶信息，若發(fā)射機(jī)采用PTS方法執(zhí)行步驟(6.1)，若發(fā)射機(jī)采用選擇性映射方法執(zhí)行步驟(6.2)，步驟(6.1)或步驟(6.2)執(zhí)行完畢后進(jìn)入第7步；步驟(6.1)將頻率域信號(hào)Y＝[Y(0)，Y(1)，L，Y(N1)]分為M個(gè)長(zhǎng)度為的子序列其中Ym(p)＝Y(jié)(k)，m＝1，2，L，M；對(duì)于每個(gè)子序列，遍歷部分旋轉(zhuǎn)序列方法的相位旋轉(zhuǎn)因子的取值集合F中的元素，得到W個(gè)候選序列其中l(wèi)＝1，2，L，W；對(duì)于每個(gè)候選序列，按照下式計(jì)算解調(diào)的均方誤差<mrow><msubsup><mi>MSE</mi><mi>m</mi><mi>l</mi></msubsup><mo>=</mo><mfrac><mi>M</mi><mi>N</mi></mfrac><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>/</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><msup><mrow><mo>|</mo><munder><munder><mi>min</mi><mrow><msub><mi>&zeta;</mi><mi>n</mi></msub><mo>&Element;</mo><mi>C</mi></mrow></munder><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>0,1</mn><mo>,</mo><mi>L</mi><mo>,</mo><mi>q</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></munder><mo>|</mo><msubsup><mi>Y</mi><mi>m</mi><mi>l</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>&zeta;</mi><mi>n</mi></msub><mo>|</mo><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow>恢復(fù)的第m個(gè)子序列的相位旋轉(zhuǎn)因子為<mrow><msub><mi>b</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><msup><mi>f</mi><mi>l</mi></msup><mo>,</mo><mi>l</mi><mo>=</mo><munder><mi>min</mi><mrow><mi>l</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mi>L</mi><mo>,</mo><mi>W</mi></mrow></munder><msubsup><mi>MSE</mi><mi>m</mi><mi>l</mi></msubsup></mrow>最終恢復(fù)出相位旋轉(zhuǎn)序列{b1，b2，L，bM}；步驟(6.2)由頻率域信號(hào)Y＝[Y(0)，Y(1)，L，Y(N1)]與U個(gè)相位旋轉(zhuǎn)序列Pv＝[Pv(0)，Pv(1)，…，Pv(N1)]分別得到U個(gè)候選序列Yv＝[Yv(0)，Yv(1)，L，Yv(N1)]，其中Yv(k)＝Y(jié)(k)/Pv(k)，v＝1，2，L，U。對(duì)于每個(gè)候選序列，按照下式計(jì)算解調(diào)的均方誤差<mrow><msup><mi>MSE</mi><mi>v</mi></msup><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>N</mi></mfrac><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><msup><mrow><mo>|</mo><munder><munder><mi>min</mi><mrow><msub><mi>&zeta;</mi><mi>n</mi></msub><mo>&Element;</mo><mi>C</mi></mrow></munder><mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>0,1</mn><mo>,</mo><mi>L</mi><mo>,</mo><mi>q</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></munder><mo>|</mo><msup><mi>Y</mi><mi>v</mi></msup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>&zeta;</mi><mi>n</mi></msub><mo>|</mo><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow>恢復(fù)的相位旋轉(zhuǎn)序列為<mrow><msup><mi>P</mi><mi>v</mi></msup><mo>,</mo><mi>v</mi><mo>=</mo><munder><mi>min</mi><mrow><mi>v</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mi>L</mi><mo>,</mo><mi>U</mi></mrow></munder><msup><mi>MSE</mi><mi>v</mi></msup></mrow>第7步利用恢復(fù)的相位旋轉(zhuǎn)序列恢復(fù)OFDM頻率域信號(hào)，并利用扭曲星座圖解調(diào)得到原始數(shù)據(jù)。FDA0000027874570000011.tif,FDA0000027874570000012.tif,FDA0000027874570000013.tif,FDA0000027874570000022.tif,FDA0000027874570000023.tif,FDA0000027874570000024.tif,FDA0000027874570000031.tif,FDA0000027874570000032.tif,FDA0000027874570000033.tif全文摘要本發(fā)明公開了一種降低OFDM信號(hào)峰均功率比的信息傳輸方法，該方法在數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)編碼、交織后，采用新的扭曲星座圖調(diào)制，得到頻率域信號(hào)。對(duì)于該頻率域信號(hào)，選擇相位旋轉(zhuǎn)序列以降低通過(guò)IFFT變換的時(shí)間域信號(hào)的PAPR。在接收機(jī)端，接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)FFT變換，信道估計(jì)得到頻率域信號(hào)。對(duì)于該頻率域信號(hào)，采用不同的相位旋轉(zhuǎn)序列恢復(fù)得到候選信號(hào)。這些候選信號(hào)中，只有采用正確的相位旋轉(zhuǎn)序列恢復(fù)的信號(hào)在與星座圖進(jìn)行硬判決時(shí)的均方誤差最小。選擇均方誤差最小的候選信號(hào)判定為原始信號(hào)，對(duì)應(yīng)的相位旋轉(zhuǎn)序列即是恢復(fù)的邊帶信息。本發(fā)明能有效地降低OFDM信號(hào)的峰均功率比，同時(shí)不需要發(fā)送邊帶信息，提高了系統(tǒng)的頻帶利用率，可應(yīng)用于采用OFDM技術(shù)的各種通信系統(tǒng)。文檔編號(hào)H04L25/02GK101958873SQ20101050243公開日2011年1月26日申請(qǐng)日期2010年10月11日優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日發(fā)明者江濤,黎偲申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)