本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種單載波頻分多址與預(yù)留子載波(Tone Reservation，TR)結(jié)合的峰均比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)抑制方法。

背景技術(shù)：

正交頻分多址(OrthogonalFrequency Division Multiple Access,OFDMA)作為基于OFDM技術(shù)的下行多址接入方案，雖然具有能夠抵抗頻率選擇性衰落和很高的頻譜利用率的優(yōu)點，但是OFDMA符號具有很高的峰均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)。導(dǎo)致這個問題的原因是每個符號都疊加了多個獨立的已調(diào)制子載波信號，當多個子載波相位相近或者相同時，該疊加信號就表現(xiàn)出很高的峰均功率，從而產(chǎn)生很高的PAPR。過高的PAPR要求系統(tǒng)具有極高的設(shè)計復(fù)雜度來預(yù)防非線性失真，這就要求系統(tǒng)內(nèi)要擁有很大的線性動態(tài)范圍的A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，功率放大器等器件，這就會大大提高用戶終端的生產(chǎn)成本，設(shè)計復(fù)雜度和削弱了終端電池的續(xù)航能力。

為了解決上述問題，以DFT-S-OFDM為核心的單載波頻分多址接入技術(shù)(SC-FDM)應(yīng)運而生，該系統(tǒng)中使用DFT-IDFT處理數(shù)據(jù)，讓IDFT后的時域輸出代替頻域符號的加權(quán)疊加，類似于單載波時域傳輸，使得DFT-S-OFDM符號表現(xiàn)出較低的PAPR，盡管頻譜利用率比OFDM稍低，但它成功解決了OFDM系統(tǒng)帶來的PAPR過高的問題，這樣大大減少了用戶設(shè)備的生產(chǎn)成本，設(shè)計復(fù)雜度，并且顯著提升了用戶終端電池的續(xù)航能力。

預(yù)留子載波算法(Tone Reservation，TR)是一種有效的PAPR抑制算法，其通過對于原來系統(tǒng)中不使用的子載波額外添加數(shù)據(jù)，使得整體的PAPR降低。預(yù)留子載波算法把頻域信號分為數(shù)據(jù)信號和子載波預(yù)留信號。當數(shù)據(jù)信號經(jīng)過IFFT運算后得到的時域信號具有較大的PAPR時，子載波預(yù)留信號經(jīng)過IFFT運算后的時域信號可以大幅度地抵消時域信號的峰值，這便是預(yù)留子載波算法可以有效地降低OFDM系統(tǒng)PAPR的原理。預(yù)留子載波算法的優(yōu)點是峰均比抑制效果明顯，不用傳送任何邊帶副信息；其缺點是預(yù)留子載波會占據(jù)一定數(shù)據(jù)帶寬，同時如果需要迭代算法則計算復(fù)雜度會提高。

目前的研究工作中存在著如下問題，對于預(yù)留子載波算法的研究，主要是集中在研究不同子載波數(shù)下的PAPR性能變化，而忽略了預(yù)留子載波對于有用信號傳輸功率的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種單載波頻分多址與預(yù)留子載波結(jié)合的峰均比抑制方法，考慮了預(yù)留子載波技術(shù)中傳送預(yù)留子載波所消耗的無用功率，定義新標準來選擇預(yù)留子載波個數(shù)，在保證PAPR增益同時能有效提高發(fā)送端效率。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種單載波頻分多址與預(yù)留子載波結(jié)合的峰均比抑制方法，包括以下步驟：

步驟A：定義有效信號功率，綜合考慮TR算法的PAPR抑制效果以及輸出信號的功率，定義有效信號功率ΔE為峰均比抑制后數(shù)據(jù)子載波實際的信號功率增益，并獲得最優(yōu)的預(yù)留子載波比例；

步驟B：TR與SC-FDM結(jié)合的PAPR抑制，在SC-FDM與TR結(jié)合的系統(tǒng)中，通過步驟A找到最優(yōu)的預(yù)留子載波比例，在此基礎(chǔ)上分別仿真比較不同的調(diào)制方式、DFT以及IDFT長度下的峰均比抑制效果，獲得最優(yōu)值。

所述的步驟A)最優(yōu)的預(yù)留子載波比例獲得具體為：在所有子載波個數(shù)一定時，仿真不同預(yù)留子載波比例下的有效信號功率增益大小，獲得有效信號功率值最大的比例為最優(yōu)的預(yù)留子載波比例。

所述的最優(yōu)的預(yù)留子載波比例具體計算過程如下：

步驟A1：分析TR算法的PAPR增益,考慮TR算法中的預(yù)留子載波位置是隨機分布的，所以PAPR增益只與預(yù)留子載波的個數(shù)有關(guān)，定義α為預(yù)留的子載波數(shù)N_r與所有的載波數(shù)N的比值，即通過理論分析計算出TR算法得到的PAPR增益其中與是發(fā)送時域信號的最大值與第二大值，當載波總數(shù)N不變時，α變化會引起參數(shù)δ變化進而影響TR算法的PAPR增益；

步驟A2：綜合考慮PAPR增益以及發(fā)送信號功率，通過有效信號功率ΔE來衡量TR算法的性能；定義為其中ΔPAPR1為TR算法得到的PAPR增益，E(|x_n|²)和分別代表TR處理前后的信號的平均功率，故第二項表示TR算法處理過后的信號功率的衰減；通過優(yōu)化參數(shù)α來使ΔE最大，即可得到最佳的預(yù)留子載波數(shù)。

所述的步驟B具體包括以下步驟：

步驟B1：在使用TR算法的SC-FDM系統(tǒng)中，PAPR增益ΔPAPR分為兩部分，ΔPAPR＝ΔE+ΔPAPR2，ΔE為步驟A中定義的有效信號功率，ΔPAPR2為SC-FDM系統(tǒng)的PAPR增益；

步驟B2：利用ΔPAPR來對SC-FDM系統(tǒng)的參數(shù)進行優(yōu)化，首先由步驟A得到最優(yōu)的預(yù)留子載波比例α，在TR與SC-FDM結(jié)合的系統(tǒng)中，保持α為該比例不變，仿真不同的調(diào)制指數(shù)K、DFT長度M、IDFT長度Q*M值下的ΔPAPR值，選使ΔPAPR最大的參數(shù)值為最優(yōu)。

所述的ΔPAPR2受SC-FDM系統(tǒng)參數(shù)的影響，包括調(diào)制指數(shù)K、DFT長度M、IDFT長度Q*M。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中定義了新的度量標準有效信號功率，并用該標準來選擇預(yù)留子載波算法中的預(yù)留子載波比例，與傳統(tǒng)方法相比不僅能保證PAPR增益，更能減少無用傳輸功率，提高傳輸效率。將SC-FDM與TR這兩種方式相結(jié)合，在新的度量標準基礎(chǔ)上選擇最優(yōu)系統(tǒng)參數(shù)，達到更好的PAPR抑制效果。

附圖說明

圖1為SC-FDM系統(tǒng)框圖；

圖2為實施例中不同參數(shù)下的仿真結(jié)果曲線圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

本發(fā)明首先對SC-FDM系統(tǒng)中的PAPR進行了理論分析，推導(dǎo)了SC-FDM系統(tǒng)參數(shù)與PAPR關(guān)系的公式。其次，綜合考慮TR算法中的PAPR增益與信號傳送功率，定義了有效信號功率(effective signal power)這種新的度量標準，在此基礎(chǔ)上得到TR算法的最優(yōu)預(yù)留子載波數(shù)目。最后將SC-FDM與TR這兩種PAPR抑制技術(shù)相結(jié)合，通過仿真獲得最優(yōu)的系統(tǒng)參數(shù)。

仿真不同的子載波比例下預(yù)留子載波算法性能，調(diào)制方式設(shè)置為QAM，載波數(shù)N為2048，子載波比例α值分別設(shè)置為0.1％、1.0％和10％，仿真結(jié)果如表1所示；

表1

由有效信號功率最優(yōu)得到的α值為1.0％，而傳統(tǒng)方法得到的最優(yōu)值為10％。實際上，在現(xiàn)有的DVB-T2標準中，N＝2048,N_r＝18，接近于1.0％，可見用有效信號功率來選擇預(yù)留子載波比例具有較高的實用價值。

仿真SC-FDM與TR結(jié)合的PAPR抑制性能，其中總載波數(shù)N為2048，不同參數(shù)下的仿真結(jié)果如圖2所示，可以看出在BPSK調(diào)制方式、M＝256、Q＝8條件下，系統(tǒng)的ΔPAPR最大。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護范圍為準。