一种抑制正交频分复用OFDM信号峰均比的方法技术

本发明专利技术公开一种抑制正交频分复用OFDM信号峰均比的方法，具体步骤包括：(1)在信号发射端将输入的串行数据信号变为并行信号，获得并行信号序列；(2)将并行信号序列与构造的预编码矩阵相乘，得到抑制峰均比的预编码后的信号；(3)对预编码后的信号添加循环前缀，通过分段指数压扩函数进行压扩处理，进一步抑制压扩后的信号的峰均比；(4)在信号发射端将压扩后的信号序列进行并串变换，获得正交频分复用传输信号。本发明专利技术具有复杂度低的优点，在不损失接收信号误比特率的情况下显著降低信号的峰均比，提高了通信系统的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信
中的一种抑制正交频分复用OFDM(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)信号峰均比的方法。正交频分复用OFDM的一个主要缺陷是信号峰均平均功率比PAPR(Peak-to-AveragePowerRatio，简称峰均比)过大，本专利技术联合预编码技术和分段指数压扩技术，可抑制正交频分复用OFDM信号的峰均比。
技术介绍
正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术因其高频谱效率、优秀的抗多径能力和实现复杂度低等优点，被广泛应用于当今的各种数字传输和通信中。应用场景包括4G无线通信系统，电力线载波通，无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork)等。然而，正交频分复用OFDM技术的一个主要缺陷就是信号峰均功率比(Peak-to-AveragePowerRatio)过大。过高的信号峰均比会使信号峰值超过放大器线性工作范围，从而造成非线性失真，这些非线性失真会降低系统的误码率性能，造成发射信号频谱扩展，严重影响系统的传输质量。因此，必须对正交频分复用OFDM信号进行处理，降低其信号峰值平均功率比。JiangnanXiao等人在其发表的论文“HadamardTransformCombinedWithCompandingTransformTechniqueforPAPRReductioninanOpticalDirect-DetectionOFDMSystem”(VOL.4,NO.10/OCTOBER2012/J.OPT.COMMUN.NETW.709)中提出了一种基于哈达玛变换和压扩技术结合的方法来降低正交频分复用OFDM系统信号的峰均比的方法。该方法的实施步骤是：第一，对并行信号进行映射；第二，映射后的信号先进行哈达玛变换，然后再做快速逆傅里叶变换进行调制；第三，对所得的调制信号做压扩处理，最后加上循环前缀和数模转换操作后进行发射。该方法在一定程度上降低了正交频分复用OFDM系统信号的峰均比，实现的复杂度比较低。但是，该方法仍然存在的不足之处是，第一，由于进行了非线性压扩处理，系统的误比特率性能损失较大；第二，非线性操作导致了带外频谱扩展较为严重。第三，由于要对信号分别进行哈达玛变换和快速傅里叶变换，该方法的运算复杂度较高。胡梅霞等人在其发表的论文“Parameter-adjustablepiecewiseexponentialcompandingschemeforpeak-to-averagepowerratioreductioninorthogonalfrequencydivisionmultiplexingsystems”(IETCommun.,2014,Vol.8,Iss.4,pp.530–536)中提出了一种基于可变参数的分段指数压扩技术来降低OFDM系统传输信号的峰均比的方法。该方法的实施步骤是：第一，对数据信号进行串并变换得到并行信号；第二，并行信号经过快速逆傅里叶变换得到正交频分复用OFDM调制信号；第三，对正交频分复用OFDM信号进行压扩分段处理，其中对小幅值信号不进行处理，对大幅值信号进行指数压扩处理。第四，对压扩后的信号进行发射操作。该方法对正交频分复用OFDM信号的峰均比抑制有很好的性能提升。但是，该方法仍然存在的不足之处是，第一，由于分段指数压扩技术是一种非线性的处理过程，因此会造成系统信号的带外失真和频谱泄露；第二，由于非线性操作的引入，系统的误比特率性能的会降低，尤其当系统信道为瑞利衰落信道时。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，针对正交频分复用OFDM通信系统提出了一种联合预编码技术和可变参数的分段指数压扩技术的新方法，不仅可以大幅度地降低信号的峰均比和实现的运算复杂度，而且在获得较好的峰均比抑制效果的同时可以减少系统的误码率损失。实现本专利技术的目的的思路是，首先对OFDM原始信号进行预编码处理，预编码过程通过蝶形算法实现，能大大降低预编码的算法复杂度，预编码能一定程度抑制OFDM信号的峰均比，并且提升OFDM信号在多径频率选择性信道的误码率表现；然后对预编码信号进行分段指数压扩进一步抑制峰均比。本专利技术实现上述目的的具体步骤如下：(1)获得信号序列：在正交频分复用OFDM系统的信号发射端，将输入的串行数据信号变为并行的信号，获得并行信号序列；(2)预编码：(2a)构造一个N阶行比特逆序排列的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵和N阶沃什-哈达玛Walsh-Hadamard矩阵，N取值为2的偶次幂；(2b)按照下式，计算并行信号序列的预编码矩阵：T=FWN]]>其中，T表示并行信号序列的预编码矩阵，F表示N阶行比特逆序排列的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵，W表示N阶沃什-哈达玛Walsh-Hadamard矩阵，N取值为2的偶次幂；(2c)利用蝶形算法，得到抑制峰均比的预编码信号；(3)压扩预编码信号：(3a)在抑制峰均比的预编码信号之前添加循环前缀；(3b)对添加循环前缀后的预编码信号，通过分段指数压扩函数进行压扩处理，得到进一步抑制峰均比的压扩信号；(4)获得传输信号：(4a)在正交频分复用OFDM系统的信号发射端，将压扩信号由并行信号变为串行信号，获得正交频分复用OFDM传输信号；(4b)正交频分复用OFDM系统的信号发射端，发射正交频分复用OFDM传输信号。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术采用了信号序列的预编码和压扩处理，预编码带来的误码率的提升抵消了分段指数压扩方法对系统误码率性能造成的负面影响，克服了现有技术存在的误比特率性能损失较大的缺点，使得本专利技术具有良好的误比特率性能。第二，由于本专利技术采用了蝶形算法来实现预编码信号序列的预编码，蝶形算法能大大减少预编码过程中加法和乘法的运算数量，从而大大降低系统的运算复杂度，克服了现有技术存在的运算复杂度较高的缺点，使得本专利技术具有运算复杂度低的优点。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术峰均比性能仿真效果对比图；图3为本专利技术接收信号误比特率仿真效果对比图；图4为本专利技术算法实现复杂度仿真效果对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述。参照附图1，对本专利技术的的具体步骤做进一步描述。步骤1，获得信号序列。在正交频分复用OFDM系统的信号发射端，将输入的串行数据信号变为并行的信号，获得并行信号序列。步骤2，预编码。构造一个N阶行比特逆序排列的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵和N阶沃什-哈达玛Walsh-Hadamard矩阵W[N]，N取值为2的偶次幂，本专利技术中N取值为256。构造N阶行比特逆序排列的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵的具体步骤如下：第1步，按照下式，构造N阶的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵：其中，Fr[N]表示N阶的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵，N取值为2的偶次幂，e表示自然对数的底数，j表示虚数单位，π表示圆周率。第2步，将N阶的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵的K到L以二进制比特表示，得到二进制比特表示的行数，其中，N表示快速逆傅里叶变换IDFT矩阵的阶数，K表示快速逆傅里叶变换IDFT矩阵第一行的行数，L表示快速逆傅里本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制正交频分复用OFDM信号峰均比的方法，包括如下步骤：(1)获得信号序列：在正交频分复用OFDM系统的信号发射端，将输入的串行数据信号变为并行的信号，获得并行信号序列；(2)预编码：(2a)构造一个N阶行比特逆序排列的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵和N阶沃什‑哈达玛Walsh‑Hadamard矩阵，N取值为2的偶次幂；(2b)按照下式，计算并行信号序列的预编码矩阵：T=FWN]]>其中，T表示并行信号序列的预编码矩阵，F表示N阶行比特逆序排列的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵，W表示N阶沃什‑哈达玛Walsh‑Hadamard矩阵，N取值为2的偶次幂；(2c)利用蝶形算法，得到抑制峰均比的预编码信号；(3)压扩预编码信号：(3a)在抑制峰均比的预编码信号之前添加循环前缀；(3b)对添加循环前缀后的预编码信号，通过分段指数压扩函数进行压扩处理，得到进一步抑制峰均比的压扩信号；(4)获得传输信号：(4a)在正交频分复用OFDM系统的信号发射端，将压扩信号由并行信号变为串行信号，获得正交频分复用OFDM传输信号；(4b)正交频分复用OFDM系统的信号发射端，发射正交频分复用OFDM传输信号。

【技术特征摘要】
1.一种抑制正交频分复用OFDM信号峰均比的方法，包括如下步骤：(1)获得信号序列：在正交频分复用OFDM系统的信号发射端，将输入的串行数据信号变为并行的信号，获得并行信号序列；(2)预编码：(2a)构造一个N阶行比特逆序排列的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵和N阶沃什-哈达玛Walsh-Hadamard矩阵，N取值为2的偶次幂；(2b)按照下式，计算并行信号序列的预编码矩阵：T=FWN]]>其中，T表示并行信号序列的预编码矩阵，F表示N阶行比特逆序排列的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵，W表示N阶沃什-哈达玛Walsh-Hadamard矩阵，N取值为2的偶次幂；(2c)利用蝶形算法，得到抑制峰均比的预编码信号；(3)压扩预编码信号：(3a)在抑制峰均比的预编码信号之前添加循环前缀；(3b)对添加循环前缀后的预编码信号，通过分段指数压扩函数进行压扩处理，得到进一步抑制峰均比的压扩信号；(4)获得传输信号：(4a)在正交频分复用OFDM系统的信号发射端，将压扩信号由并行信号变为串行信号，获得正交频分复用OFDM传输信号；(4b)正交频分复用OFDM系统的信号发射端，发射正交频分复用OFDM传输信号。2.根据权利要求1所述的一种抑制正交频分复用OFDM信号峰均比的方法，其特征在于，步骤(2a)中所述的构造一个N阶行比特逆序排列的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵的具体步骤如下：第1步，按照下式，构造N阶的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵：其中，Fr[N]表示N阶的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵，N取值为2的偶次幂，e表示自然对数操作，j表示虚数单位符号，π表示圆周率；第2步，将N阶的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵中的K到L以二进制比特表示，得到二进制比特表示的行数，其中，N表示快速逆傅里叶变换IDFT矩阵的阶数，K表示快速逆傅里叶变换IDFT矩阵第一行的行数，L表示快速逆傅里叶变换IDFT矩阵最后一行的行数，K＝0，L＝N-1；第3步，对以比特表示的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵的行数进行逆序处理，得到行比特逆序的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵；第4步，将行比特逆序的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵的行，按照行数由小到大进行排序，得到N阶行比特逆序排列的快速逆傅里叶变换IDFT矩阵。3.根据权利要求1所述的一种抑制正交频分复用OFDM信号峰均比的方法，其特征在于，步骤(2a)中所述N阶沃什-哈达玛Walsh-Hadamard矩阵如下：其中，W[N]表示N阶沃什哈达玛Walsh-Hadamard矩阵，N取值为2的偶次幂。4.根据权利要求1所述的一种抑制正交频分复用OFDM信号峰均比的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，康策，郭潇洒，刘轩，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61