專利名稱：一種疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequency DivisionMultiplexing，簡(jiǎn)稱 OFDM)移動(dòng)通信系統(tǒng)中對(duì)OFDM信號(hào)進(jìn)行改善的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種有效的降低OFDM 系統(tǒng)峰均功率比的疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，因其具有頻譜利用率高和抗 多徑衰落能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此在移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到了廣泛的研究與發(fā)展。峰均功率比是 指信號(hào)的峰值功率與平均功率之比，簡(jiǎn)稱為峰均比(Peak-to-Average Power Ratio，簡(jiǎn)稱 PAPR)。由于OFDM信號(hào)時(shí)域上表現(xiàn)為N個(gè)正交子載波信號(hào)的疊加，當(dāng)各載波的相位相同時(shí) 會(huì)產(chǎn)生很大的峰值，高峰均功率比會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。當(dāng)過(guò)高的信號(hào)通過(guò)非線性設(shè) 備如功率放大器時(shí)，會(huì)增加帶內(nèi)失真從而增加誤碼率，同時(shí)產(chǎn)生的帶外噪聲也會(huì)引起相鄰 信道干擾，降低頻譜效率，也增加了系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的設(shè)備成本。要解決OFDM通信系統(tǒng)中信號(hào)非線性失真問(wèn)題，就要降低系統(tǒng)中的PAPRR。目前提 出的降低PAPR的方法主要可以歸為三類信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)、高速編碼技術(shù)、分組編碼技術(shù)。 其中信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)包括限幅、壓擴(kuò)變換和預(yù)留子載波等；高速編碼技術(shù)包括選擇性映射 SLM和部分傳輸序列PTS ；分組編碼技術(shù)包括Reed-Muller編碼和Golay互補(bǔ)序列等。其 中限幅是最簡(jiǎn)單有效降低PAPR的方法，它是通過(guò)消減峰值信號(hào)來(lái)降低PAPR，但是這種方法 由于引入了帶內(nèi)噪聲和帶外輻射，因而將導(dǎo)致OFDM系統(tǒng)的誤碼率的增加。壓擴(kuò)變換法類似 于限幅法，也是通過(guò)改變信號(hào)幅度來(lái)達(dá)到降低系統(tǒng)PAPR的目的。在傳統(tǒng)的擴(kuò)張方法中，需 要把幅度比較小的符號(hào)進(jìn)行放大，而大幅度信號(hào)保持不變，這樣以增加整個(gè)系統(tǒng)的平均功 率為代價(jià)，來(lái)降低峰值平均功率比。這樣做的弊端在于一方面增加了系統(tǒng)的平均發(fā)射功 率，另一方面會(huì)使得符號(hào)的功率值更加接近功率放大器的非線性變化區(qū)域，容易造成信號(hào) 失真。因此一般都對(duì)壓縮擴(kuò)張變換方法(C變換，CompandingTransform)進(jìn)行了改進(jìn)。目 前較流行的方法是把大信號(hào)壓縮，而把小信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)大，從而可以使得發(fā)射信號(hào)的平均功 率相對(duì)保持不變。但是目前的壓擴(kuò)法都是以增加系統(tǒng)的復(fù)雜度來(lái)?yè)Q取峰均比的降低，雖然 PAPR能夠降低，但是計(jì)算量太大，實(shí)用效果并不是很好。如何更有效地降低OFDM系統(tǒng)中的PAPR值，便于移動(dòng)通信系統(tǒng)中實(shí)際運(yùn)用是現(xiàn)有 的OFDM系統(tǒng)中遇到的必須要解決的問(wèn)題，也是本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要解決的問(wèn)題。本專利 利用目前研究較少但具有對(duì)信號(hào)峰值平均功率比的抑制作用和降低線性功放效率的影響， 并且能進(jìn)一步提高系統(tǒng)頻帶利用率等優(yōu)點(diǎn)的疊加訓(xùn)練序列方法來(lái)改進(jìn)，同時(shí)提出了一種計(jì) 算復(fù)雜度更低的壓擴(kuò)算法，以期更有效地降低系統(tǒng)PAPR。

發(fā)明內(nèi)容
為更有效地克服OFDM系統(tǒng)中存在的上述缺陷，本發(fā)明目的是提供一種可以有效 降低OFDM系統(tǒng)中峰均功率比的效率，并能夠更有效地應(yīng)用于實(shí)際通信系統(tǒng)中的方法及其直ο按照本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法，該 方法步驟如下首先，在發(fā)送端對(duì)輸入信號(hào)序列進(jìn)行串并變換；其次，針對(duì)變換后的部分并 行信號(hào)，并對(duì)疊加訓(xùn)練序列和所疊加并行信號(hào)各自分配部分功率，將訓(xùn)練序列疊加到該并 行信號(hào)上；接著，對(duì)上述處理后的信號(hào)序列進(jìn)行IFFT變換處理，之后將所有信號(hào)序列利用 改進(jìn)非線性壓擴(kuò)函數(shù)進(jìn)行處理；最后，發(fā)送端對(duì)各個(gè)并行信號(hào)經(jīng)過(guò)上述處理后的變換輸出 結(jié)果分別進(jìn)行峰值功率與平均功率比的計(jì)算，并從中選出一個(gè)峰均比值最小的結(jié)果進(jìn)行發(fā) 送。其中，對(duì)于本發(fā)明中采用的非線性壓擴(kuò)函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程為 為了降低PAPR，將所有的信號(hào)都通過(guò)壓縮器，假設(shè)發(fā)射端信號(hào)通過(guò)壓縮器后信號(hào)為S' k，則對(duì)于第k 個(gè) OFDM 符號(hào) 則有S' k= ln(Sk+a),k = 0,1, ... ,N-I其中，3彡a彡9，a為常實(shí)數(shù)，通過(guò)不同的a值改變函數(shù)的形狀，獲取不同壓擴(kuò)增假設(shè)信道估計(jì)和同步性能均是理想狀態(tài)，于是在接收端信號(hào)可以表示為R(t)= h(t)*S' (t)+n(t)在接收端，接收信號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)張器，恢復(fù)出原來(lái)信號(hào)，有R' (t) = exp(R(t))-a按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種降低OFDM系統(tǒng)中PAPR的方法的裝 置，該裝置包括疊加訓(xùn)練序列方法處理模塊與非線性壓擴(kuò)方法處理裝置。其中，采用疊加訓(xùn)練序列方法模塊將訓(xùn)練序列按一定功率分配因子疊加在串并變 換后的部分信息序列上發(fā)送；采用非線性壓擴(kuò)方法處理裝置對(duì)融合了疊加訓(xùn)練序列方法后 的所有并行信號(hào)序列進(jìn)行壓縮與擴(kuò)張?zhí)幚恚越档头寰β时?，達(dá)到相對(duì)較有效的降低系 統(tǒng)峰均功率比的目的。本發(fā)明的有益效果在于，首先，通過(guò)疊加訓(xùn)練序列方法將訓(xùn)練序列按一定功率分 配因子疊加到該部分并行信號(hào)序列上；其次，改變傳統(tǒng)計(jì)算量較大的壓擴(kuò)函數(shù)選取方法，而 采用了一種計(jì)算復(fù)雜度較低的非線性壓擴(kuò)函數(shù)；最后，以改進(jìn)的非線性壓擴(kuò)函數(shù)對(duì)融合了 疊加訓(xùn)練序列方法后的所有并行信號(hào)序列進(jìn)行處理，同時(shí)將其中最小PAI^R值對(duì)應(yīng)的信號(hào) 序列發(fā)送。這種方法能夠達(dá)到相對(duì)原始方法更有效地降低系統(tǒng)中峰均功率比的目的。


圖1是現(xiàn)有含壓擴(kuò)算法的基帶OFDM通信系統(tǒng)框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法的主要過(guò)程示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明圖2中T2步對(duì)部分信號(hào)序列進(jìn)行疊加訓(xùn)練序列處理的主要實(shí) 現(xiàn)過(guò)程示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法的主要工作流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的對(duì)于不同的a值，疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法的PAHH方 真曲線圖；其中疊加訓(xùn)練序列的功率分配因子b取值為0. 1。
5
圖6是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法的PATO仿真曲線圖；該圖中 3- — 3 ο圖7是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法的不同功率分配因子下疊 加復(fù)巴克碼序列的PAI3R仿真曲線圖；圖中b為疊加訓(xùn)練序列的功率分配因子，該圖中a = 3。圖8是根據(jù)本發(fā)明的疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法的不同功率分配因子下疊 加復(fù)巴克碼序列的不同信噪比、誤碼率仿真曲線圖；圖中b為疊加訓(xùn)練序列的功率分配因 子，該圖中a = 3。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合各個(gè)參考附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的主要實(shí)現(xiàn)原理具體實(shí)施方式
等 進(jìn)行詳細(xì)描述。請(qǐng)參照?qǐng)D2，該圖是本發(fā)明提出的一種利用疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法處理 發(fā)送信號(hào)的主要過(guò)程示意圖，針對(duì)本發(fā)明重點(diǎn)是降低系統(tǒng)峰均功率比問(wèn)題，就其主要實(shí)現(xiàn) 過(guò)程如下步驟Al，發(fā)送端將輸入信號(hào)序列進(jìn)行串并處理；步驟A2，針對(duì)串并變換后的并行 傳輸信號(hào)序列，選取其中部分信號(hào)序列進(jìn)行如下步驟處理步驟Tl，將疊加訓(xùn)練序列r[N]按 一定功率分配因子b疊加到選取出的部分信號(hào)序列上；步驟T2，其中的疊加訓(xùn)練序列所占 功率比因子b的設(shè)置，參考圖7的仿真平臺(tái)、仿真參數(shù)以及仿真結(jié)果，為保證疊加訓(xùn)練序列 對(duì)系統(tǒng)性能的影響較小，一般地我們?cè)? 0. 1之間取功率分配因子值b ；步驟A3，將經(jīng)過(guò) 上述處理后的所有并行信號(hào)序列進(jìn)行IFFT變換處理；步驟A4，將所有信號(hào)序列利用改進(jìn)非 線性壓擴(kuò)函數(shù)進(jìn)行處理；步驟A5，發(fā)送端對(duì)各個(gè)并行信號(hào)經(jīng)過(guò)上述處理后的變換輸出結(jié)果 分別進(jìn)行峰值功率與平均功率比的計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選出一個(gè)峰均比最小的結(jié)果進(jìn)行 發(fā)送。請(qǐng)參照?qǐng)D3，該圖是本發(fā)明提出的疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法中實(shí)現(xiàn)疊加訓(xùn) 練序列處理的主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖，主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下步驟1，設(shè)置b為疊加訓(xùn)練序列所 占功率比因子；步驟2，將疊加訓(xùn)練序列r[N]分配一定功率b疊加到選取出的部分信號(hào)序列 上，對(duì)應(yīng)提取出的部分信號(hào)序列所占功率大小則為l_b ；步驟3，將上述處理后的信號(hào)序列 仍在原并行位置上傳輸。請(qǐng)參照?qǐng)D4，該圖是本發(fā)明提出的用疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法針對(duì)降低系 統(tǒng)PAPR的主要實(shí)現(xiàn)原理流程圖，其主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下步驟S0，發(fā)送端將輸入信號(hào)序列進(jìn) 行串并變換；步驟Si，從變換后信號(hào)序列中提取部分并行信號(hào)序列執(zhí)行步驟Tl，假設(shè)先取 疊加訓(xùn)練序列功率因子為0. 1，將該并行信號(hào)序列和疊加訓(xùn)練序列一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行相加；步 驟T2，并將相加結(jié)果和提取后剩余并行信號(hào)序列進(jìn)行并行處理；步驟S2，對(duì)上述處理后的 所有并行信號(hào)序列執(zhí)行IFFT變換；步驟S3，將所有信號(hào)序列利用改進(jìn)非線性壓擴(kuò)函數(shù)進(jìn)行 處理；步驟S4，發(fā)送端對(duì)經(jīng)上述處理后的變換輸出結(jié)果分別進(jìn)行峰值功率與平均功率比的 計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇出一個(gè)峰均比最小的結(jié)果進(jìn)行發(fā)送。請(qǐng)參照?qǐng)D5，該圖是本發(fā)明提出的用疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法中所采用的 非線性函數(shù)中a值的選取依據(jù)。由于不同的a值可改變函數(shù)的形狀，獲取不同壓擴(kuò)增益。我 們通過(guò)仿真本發(fā)明所提出的方法在不同a值時(shí)的PAPR曲線，可得出其中，3 < a < 9，a為常實(shí)數(shù)，系統(tǒng)能獲得較好PAPR性能。另一方面，本發(fā)明中對(duì)圖2所述的步驟A2，將疊加訓(xùn)練序列疊加到選取出的部分 傳輸序列上，其中的疊加訓(xùn)練序列的功率分配因子b的處理方法如下利用功率分配因子 單元，設(shè)置疊加訓(xùn)練序列所占的功率分配因子大小b ；在利用改進(jìn)非線性壓擴(kuò)函數(shù)進(jìn)行處 理過(guò)程中，適當(dāng)改變b值，本發(fā)明通過(guò)仿真選取疊加訓(xùn)練序列的功率分配因子b分別為0. 1、 0. 3,0. 5,0. 9時(shí)，計(jì)算此時(shí)系統(tǒng)PAI3R值以及系統(tǒng)誤碼率性能，從而尋找出不僅能降低系統(tǒng) PAI^R值，并且能滿足系統(tǒng)性能要求的功率分配因子，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的功率分配因子即為該系 統(tǒng)所選的相對(duì)最佳功率分配因子；最后將上述處理后的輸出結(jié)果進(jìn)行PAPR計(jì)算。加法單元，用于將疊加訓(xùn)練序列疊加到串并變換后的部分并行信號(hào)上，處理后仍 在這部分并行信號(hào)原來(lái)位置上發(fā)送；圖4為利用疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法對(duì)于降低系統(tǒng)PAPR的主要實(shí)現(xiàn)原理 流程圖，我們?cè)谄浠A(chǔ)上搭建好的一個(gè)OFDM系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行仿真以驗(yàn)證本發(fā)明提出的方 法的性能。算法仿真參數(shù)為■疊加訓(xùn)練序列采用長(zhǎng)度為32的復(fù)巴克碼序列■每個(gè)OFDM信號(hào)包含128個(gè)子載波■采用QSPK調(diào)制方法■在20條多徑瑞利衰落信道下仿真圖形參見(jiàn)附圖中圖6、圖7和圖8。注附圖6中的疊加訓(xùn)練功率分配因子取b = 0. 1。以上所披露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明的權(quán)利保護(hù) 范圍?？梢岳斫猓鶕?jù)本發(fā)明所附權(quán)利要求書中限定的實(shí)質(zhì)和范圍所作的等同變化，仍屬于 本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
一種疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法及其裝置，該方法包括如下步驟步驟1發(fā)送端對(duì)輸入信號(hào)序列進(jìn)行串并變換；步驟2針對(duì)變換后的部分并行信號(hào)，利用疊加訓(xùn)練序列方法將訓(xùn)練序列按一定功率分配疊加到該并行信號(hào)上；步驟3對(duì)上述處理后的信號(hào)序列進(jìn)行IFFT變換處理；步驟4將所有信號(hào)序列利用非線性壓擴(kuò)函數(shù)進(jìn)行壓縮處理；步驟5發(fā)送端對(duì)各個(gè)并行信號(hào)經(jīng)過(guò)上述處理后的變換輸出結(jié)果分別進(jìn)行峰值功率與平均功率比的計(jì)算，并從中選出一個(gè)峰均比值最小的結(jié)果進(jìn)行發(fā)送。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法及其裝置，其特征在于改變傳統(tǒng)的壓縮擴(kuò)張變換函數(shù)，利用一種計(jì)算復(fù)雜度更低的壓擴(kuò)方法，這是一種采用 了非線性壓擴(kuò)函數(shù)的數(shù)值變換的預(yù)失真方法，能有效減小目前壓擴(kuò)法中計(jì)算復(fù)雜度大的缺占.其中利用改進(jìn)的非線性壓擴(kuò)函數(shù)進(jìn)行壓擴(kuò)處理的主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程為為了降低PAPRJf 所有的信號(hào)都通過(guò)壓縮器，假設(shè)發(fā)射端信號(hào)通過(guò)壓縮器后信號(hào)為S' k，則對(duì)于第 k 個(gè) OFDM 符號(hào): 則有 S' k= ln(Sk+a)，k = 0，1，...，N-1其中，3 < a < 9，a為常實(shí)數(shù)，通過(guò)不同的a值改變函數(shù)的形狀，獲取不同壓擴(kuò)增益； 假設(shè)信道估計(jì)和同步性能均是理想狀態(tài)，于是在接收端信號(hào)可以表示為R(t)= h(t)*S' (t)+n(t)在接收端，接收信號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)張器，恢復(fù)出原來(lái)信號(hào)，有 R' (t) = exp(R(t))-a 式中，exp (χ) = ex。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法及其裝置，其特征在于針對(duì)串并變換后的部分并行信號(hào)利用疊加訓(xùn)練序列方法處理，設(shè)置相應(yīng)的疊加訓(xùn)練序 列所占功率分配因子b ；其中疊加訓(xùn)練序列所占功率分配因子b的選取取決于疊加訓(xùn)練序 列對(duì)系統(tǒng)性能的影響以及實(shí)際對(duì)系統(tǒng)性能的要求而定，一般在0 0. 1之間取值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法及其裝置，其特征在于，該 裝置包括如下單元串并變換單元，用于發(fā)送端將輸入信號(hào)序列進(jìn)行串并變換處理； 功率分配因子單元，用于設(shè)置疊加訓(xùn)練序列與信號(hào)序列功率分配所占比例大??； 乘法單元，用于疊加訓(xùn)練序列方法處理時(shí)，序列與其所占功率分配因子進(jìn)行相乘運(yùn)算；提出單元，用于提取串并變換后的部分信號(hào)序列；加法單元，用于將疊加訓(xùn)練序列疊加到串并變換后的部分并行信號(hào)上，處理后仍在這 部分并行信號(hào)位置上發(fā)送；并行單元，用于將疊加訓(xùn)練序列處理后的部分并行信號(hào)序列與未處理并行信號(hào)序列并 行合并處理；逆向快速傅立葉變換單元，用于對(duì)經(jīng)過(guò)疊加訓(xùn)練序列方法處理后的信號(hào)序列執(zhí)行逆向快速傅立葉變換；非線性函數(shù)單元，用于對(duì)信號(hào)序列進(jìn)行壓縮與擴(kuò)張運(yùn)算；選擇單元，用于對(duì)上述逆向快速傅立葉變換單元變換后的信號(hào)進(jìn)行PAPR計(jì)算，選擇出 一個(gè)PAH 值最小的并行信號(hào)變換輸出結(jié)果進(jìn)行發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種疊加訓(xùn)練序列的非線性壓擴(kuò)方法及裝置，該方法針對(duì)降低系統(tǒng)峰均功率比部分包括發(fā)送端將輸入信號(hào)序列進(jìn)行串并變換，從變換后信號(hào)序列中提取部分并行信號(hào)序列執(zhí)行；考慮功率分配，將該并行信號(hào)序列和疊加訓(xùn)練序列一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行相加；并將相加結(jié)果和提取后剩余并行信號(hào)序列進(jìn)行并行處理；將所有并行信號(hào)執(zhí)行逆向快速傅立葉變換；利用提出的非線性壓擴(kuò)函數(shù)對(duì)所有變換信號(hào)進(jìn)行壓縮處理；發(fā)送端對(duì)各個(gè)并行信號(hào)經(jīng)過(guò)上述處理后的變換輸出結(jié)果分別進(jìn)行峰值功率與平均功率比的計(jì)算，并從中選出一個(gè)峰均比值最小的結(jié)果進(jìn)行發(fā)送。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101883065SQ20091013893
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月9日
發(fā)明者伍曉瓊, 劉盈, 羅仁澤, 高頔, 黃家盛 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)中山學(xué)院