本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域，特別是涉及一種降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比多維快速搜索的低復(fù)雜度PTS方法。

背景技術(shù)：

正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）采用特殊的多載波窄帶傳輸體制，其多載波之間相互正交，具有良好的抗多徑干擾能力，可將頻率選擇性多徑衰落信道轉(zhuǎn)化為平坦衰落信道，減小了多徑衰落的影響。但是，OFDM 信號是由多個(gè)頻率不同、振幅不同的信號疊加而得到的，具有很高的峰均功率比（PAPR）。所以在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)必須采用具有大動態(tài)范圍的線性高功率放大器，這不僅限制了功率放大器的使用效率也增加了系統(tǒng)的造價(jià)和實(shí)現(xiàn)難度。為此，很多學(xué)者從多方面進(jìn)行了分析，提出了很多有效的降低PAPR 方法，目前來看，有這樣主要有3 大類：(1)信號失真技術(shù)，文獻(xiàn)“Armstrong,J, Peak-to-average power reduction for OFDM by repeated clipping and frequency domain filtering,Electronics Letters,Vol.38,N0.5,pp.246-247,2002”與“Zhu X D, Zhu G X, Lin P,Transforming the distribution of OFDM signals for peak-to-average power ratio reduction,Eur Trans Telecommun,Vol21,No.2,pp.352–362,2010”分別運(yùn)用了限幅法和壓擴(kuò)法，該技術(shù)是最簡單最直接的降低峰均比的非線性方法，但前者引入的帶內(nèi)失真和帶外輻射會嚴(yán)重地降低系統(tǒng)的性能，后者利用壓擴(kuò)函數(shù)和逆變換函數(shù)實(shí)現(xiàn)峰均比的降低。(2)編碼技術(shù)，文獻(xiàn)“TsaiYC,DengSK,ChenKC,etal.TurbocodedOFDMforreducingPAPRanderrorrates[J].WirelessCommunications,IEEETransactionson,2008,7(1):84-89”，算法思想是利用不同的編碼方式規(guī)避了可能產(chǎn)生較高PAPR的碼元的出現(xiàn)，但是編碼過程較為復(fù)雜；(3) 概率類技術(shù)（通過選擇映射法（SLM）和部分序列傳輸法(PTS)）。文獻(xiàn)“Xiaoke Qi, A Low Complexity PTS Scheme Based on Tree for PAPR Reduction, Communications Letters, IEEE ,Vol.16 ,No.9,pp.1486 – 1488,2012”提出的PTS具有良好PAPR抑制性能、信號無失真等優(yōu)點(diǎn)。但常規(guī)PTS（C-PTS）對所有可能相位窮盡搜索，其計(jì)算復(fù)雜度呈指數(shù)增加，因此計(jì)算量很大,所以很多研究者提出了相關(guān)的改進(jìn)方法。在本文中，提出了一種二維搜索迭代的Ant-PTS算法，可以在大量的旋轉(zhuǎn)向量中快速找到最優(yōu)解，該方法降低了計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)也抑制了過高的PAPR。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了改善傳統(tǒng)部分序列傳輸算法在OFDM系統(tǒng)中高計(jì)算復(fù)雜度的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了使用大量相位因子并且快速優(yōu)化的Ant-PTS算法，并可以有效地應(yīng)用于實(shí)際通信系統(tǒng)中的方法。

本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于采用大量相位因子并快速搜索的方式，降低了計(jì)算復(fù)雜度同時(shí)獲得了良好的PAPR性能。

本發(fā)明是一種降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的低復(fù)雜度多維快速部分序列傳輸方法，所述方法具體過程包括以下步驟：

步驟1假定OFDM系統(tǒng)有N個(gè)子載波，輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)比特流，調(diào)制得到映射信號，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后獲得一個(gè)OFDM信號序列可表示為：，分子塊數(shù)V，將其進(jìn)行交織分割，分割后得到k個(gè)獨(dú)立的子塊為則原始序列可以表示為：，設(shè)置W個(gè)不同相位因子，相位因子可以表示為：，表示相位因子序號，表示分割子塊序號；

步驟2 對于第個(gè)子塊，V為奇數(shù)時(shí)，令相位因子中取值為1，V為偶數(shù)時(shí)，令相位因子與中取值都為1，其余相位因子兩兩一組構(gòu)成多個(gè)二維平面，然后在這些平面上設(shè)置一些初始點(diǎn)；

步驟3使其它相位因子不變，以步驟二設(shè)置的初始點(diǎn)為中心，在第一個(gè)平面上進(jìn)行搜索，計(jì)算它以及周圍8個(gè)點(diǎn)中相位因子所對應(yīng)的PAPR值，選擇能取到最小PAPR值的點(diǎn)進(jìn)行移動，直到周圍的點(diǎn)都不能取到更小的PAPR值，構(gòu)成平面的前一個(gè)子塊的相位因子為X軸，后一塊為Y軸，設(shè)初始點(diǎn)所處平面的坐標(biāo)為,則它所能比較的8個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為，其中表示初始點(diǎn)移動的步長；

步驟4 依次計(jì)算出所有初始點(diǎn)所能達(dá)到的位置，選取其中能取到PAPR最小值的相位因子為最優(yōu)解并記錄；

步驟5保持其他平面對應(yīng)的相位因子不變，對下一個(gè)平面進(jìn)行搜索，重復(fù)這些步驟直至所有平面搜索完畢并依次記錄，最后得到最優(yōu)相位因子；

假設(shè)保留，然后與另外8個(gè)相位因子對應(yīng)的PAPR進(jìn)行比較選取其中PAPR最小的保留。兩組比較的相位因子會有三個(gè)或者五個(gè)重復(fù)，所以除去第一次，之后的比較中至多需要計(jì)算其中五個(gè)相位因子對應(yīng)的PAPR。

傳統(tǒng)PTS算法：當(dāng)分塊數(shù)為V、相位因子數(shù)W時(shí)，產(chǎn)生的備選序列數(shù)為。當(dāng)OFDM信號的子載波數(shù)為N、過采樣率為L時(shí)，一次IFFT運(yùn)算需要的復(fù)數(shù)乘法和實(shí)數(shù)加法次數(shù)分別為和。因此，在產(chǎn)生備選序列時(shí)，傳統(tǒng)PTS算法需要V次LN點(diǎn)的IFFT運(yùn)算得到V個(gè)時(shí)域子塊信號，次LN點(diǎn)的實(shí)數(shù)加法得到個(gè)備選序列，總共需要的復(fù)數(shù)乘法和實(shí)數(shù)加法次數(shù)分別為和。對于Ant-PTS算法，初始點(diǎn)的數(shù)量A，以及步長的選取，會影響初始點(diǎn)的搜索次數(shù)。得到最優(yōu)解所需的復(fù)數(shù)乘法和實(shí)數(shù)加法分別為和。一般使用計(jì)算復(fù)雜度降低比（computational complexity reduction ratio,CCRR），其定義為

CCRR=*100%

當(dāng)相位因子一直增大時(shí)，PAPR性能呈對數(shù)增長。并且過高的相位因子數(shù)量也會增加所傳輸?shù)倪厧畔ⅲ砸话憧筛鶕?jù)實(shí)際情況取性能與邊帶信息大小的折中。當(dāng)子塊數(shù)量增加時(shí)，Ant-PTS會有較大性能的提升。

附圖說明

圖1是一種降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的低復(fù)雜度多維快速部分序列傳輸方法主要實(shí)現(xiàn)過程示意圖，首先在OFDM系統(tǒng)各分割子塊構(gòu)成的平面上設(shè)置初始點(diǎn)，然后使初始點(diǎn)與周圍的點(diǎn)比較，朝向峰均功率比更低的點(diǎn)移動，經(jīng)過多次比較直至不能移動，最后選取所有達(dá)到的終點(diǎn)中的最優(yōu)解；

圖2是初始點(diǎn)的移動示意圖，初始點(diǎn)與周圍8個(gè)點(diǎn)經(jīng)行比較，選擇能取到最小PAPR值的點(diǎn)經(jīng)行移動；

圖3是Ant-PTS算法的取不同相位因子數(shù)量時(shí)的仿真曲線圖，“原始信號”表示原始OFDM信號PAPR的CCDF曲線，“Ant-PTS（w=60）”表示相位數(shù)量取60時(shí)采用Ant-PTS算法的OFDM信號PAPR的CCDF曲線，“Ant-PTS（w=180）”表示相位數(shù)量取180時(shí)采用Ant-PTS算法的OFDM信號PAPR的CCDF曲線，“Ant-PTS（w=360）”表示相位因子數(shù)量取360時(shí)采用Ant-PTS算法的OFDM信號PAPR的CCDF曲線，CCDF是為了表示OFDM系統(tǒng)中的峰均值PAPR的統(tǒng)計(jì)特性所引入的的概念，它定義為多載波傳輸系統(tǒng)中峰均值超過某一門限值PAPR0的概率，圖中可以看出當(dāng)相位因子數(shù)由4增大到60時(shí)，C-PTS算法的性能提升了0.68dB；

圖4是Ant-PTS算法與傳統(tǒng)和對比算法的PAPR仿真曲線圖，“C-PTS”表示采用傳統(tǒng)PTS算法的OFDM信號PAPR的CCDF曲線，“Ant-PTS(A=9)”表示采用Ant-PTS算法并取初始點(diǎn)為9的OFDM信號PAPR的CCDF曲線，“Ant-PTS(A=5)”表示采用Ant-PTS算法并取初始點(diǎn)為5的OFDM信號PAPR的CCDF曲線，“T-PTS”表示對比文獻(xiàn)“Xiaoke Qi, A Low Complexity PTS Scheme Based on Tree for PAPR Reduction”, Communications Letters, IEEE ,Vol.16 ,No.9,pp.1486 – 1488,2012”中的PTS算法信號的PAPR的CCDF曲線；橫坐標(biāo)表示PAPR的門限值，縱坐標(biāo)表示PAPR超過某一門限值的概率，即互補(bǔ)累計(jì)概率分布函數(shù)（CCDF）；圖中表示出了子塊數(shù)V分別為4與8時(shí)，傳統(tǒng)PTS算法與Ant-PTS算法和T-PTS算法的性能對比，可見當(dāng)初始點(diǎn)A=9時(shí)，Ant-PTS算法性能會優(yōu)于T-PTS算法并且逼近傳統(tǒng)PTS算法。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(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。本發(fā)明是一種降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的低復(fù)雜度多維快速部分序列傳輸方法，所述方法具體過程包括以下步驟：

步驟1假定OFDM系統(tǒng)有2048個(gè)子載波，輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)比特流，調(diào)制得到映射信號，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后獲得一個(gè)OFDM信號序列可表示為：，分子塊數(shù)8，將其進(jìn)行交織分割，分割后得到k個(gè)獨(dú)立的子塊為則原始序列可以表示為：，設(shè)置60個(gè)不同相位因子，相位因子可以表示為：，表示相位因子序號，表示分割子塊序號；

步驟2 對于第個(gè)子塊，令相位因子與中取值都為1，其余子塊相位因子兩兩一組構(gòu)成多個(gè)二維平面，然后在這些平面上設(shè)置一些初始點(diǎn)；

步驟3使其它相位因子不變，以步驟二設(shè)置的初始點(diǎn)為中心，在第一個(gè)平面上進(jìn)行搜索，計(jì)算它以及周圍8個(gè)點(diǎn)中相位因子所對應(yīng)的PAPR值，選擇能取到最小PAPR值的點(diǎn)進(jìn)行移動，直到周圍的點(diǎn)都不能取到更小的PAPR值，構(gòu)成平面的第二子塊的相位因子為X軸，第三子塊為Y軸，設(shè)初始點(diǎn)所處平面的坐標(biāo)為,則它所能比較的8個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為，其中表示初始點(diǎn)移動的步長；

步驟4 依次計(jì)算出所有初始點(diǎn)所能達(dá)到的位置，選取其中能取到PAPR最小值的相位因子為最優(yōu)解并記錄；

步驟5保持其他平面對應(yīng)的相位因子不變，對下一個(gè)平面進(jìn)行搜索，重復(fù)這些步驟直至所有平面搜索完畢并依次記錄，最后得到最優(yōu)相位因子；圖3是Ant-PTS算法的取不同相位因子數(shù)量時(shí)的仿真曲線圖，給出了當(dāng)分塊數(shù)Ｖ＝2，初始點(diǎn)數(shù)量A=5，Ant-PTS算法分別在W=60,W=180,W=360時(shí)的曲線。當(dāng)分別使用W＝60，W＝180和W=360備選序列時(shí)，在ＣＣＤＦ＝０．１％處，分別達(dá)到了8.92ｄＢ、8.43ｄＢ和８．19ｄＢ?？梢姡?dāng)使用相位因子數(shù)為180時(shí)，比使用相位因子數(shù)為60時(shí)PAPR性能提高了0.49dB，而使用相位因子數(shù)360時(shí)比使用相位因子數(shù)為180時(shí)，PAPR性能僅提高了0.24dB。這表明，當(dāng)相位因子增大時(shí)，提升PAPR性能的能力會衰減，并最終收斂與某一值。并且過高的相位因子數(shù)量也會增加所傳輸?shù)倪厧畔?，所以一般可根?jù)實(shí)際情況取性能與邊帶信息大小的折中；

圖4是Ant-PTS算法與傳統(tǒng)和對比算法的PAPR仿真曲線圖，圖中表明當(dāng)仿真次數(shù)為1?104，子塊數(shù)量V=8時(shí)，在ＣＣＤＦ＝０．1％處，C-PTS會領(lǐng)先Ant-PTS（A=9）約0.1dB的性能。而Ant-PTS（A=9）則會超越T-PTS算法約0.05dB，但Ant-PTS（A=5）卻落后其約0.1dB。在子塊數(shù)量V=4時(shí)，Ant-PTS方法（A=9）與C-PTS方法的性能幾乎相同，而對于T-PTS與Ant-PTS（A=5）分別會有0.05dB與0.1dB性能的提高?？梢?，當(dāng)子塊數(shù)量增加時(shí)，Ant-PTS會有較大性能的提升，并且相比T-PTS算法提升更為顯著。