一种降低空频块码MIMO‑OFDM系统峰均比新方法技术方案

本发明专利技术公开了一种降低空频块码MIMO‑OFDM系统峰均比新方法，基于多相交错旋转(PII，Polyphase Interleaving and Inversion)和低复杂度PII算法(RC_PII，Reduced complexity PII)算法的缺陷，解决了空频块码MIMO‑OFDM系统中传输信号的高峰均功率比和高计算复杂度的问题。传输信号经过分块并利用奇、偶数角标实现每个分块信号的分解，按照空频块码编码的特性，将分解的信号进行重组构成新的分块信号，采用移屏方法搜索新的分块信号以获得所有分块信号的次最优组合，该方法不仅避免PII遍历搜索的次数，而且降低了RC_PII的峰均比性能，从而实现系统计算复杂度和PAPR性能改善的折衷。

【技术实现步骤摘要】
一种降低空频块码MIMO-OFDM系统峰均比新方法
本专利技术涉及移动通信领域，特别是涉及一种降低空频块码MIMO-OFDM系统峰均比新方法。
技术介绍
正交频分复用技术(OFDM)采用特殊的多载波窄带传输体制，其多载波之间相互正交，具有良好的抗多径干扰能力，可将频率选择性多径衰落信道转化为平坦衰落信道，减小了多径衰落的影响。多输入多输出(MIMO)充分开发空间资源，利用空间上产生的独立并行信道实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，成倍的提高信道容量，同时有效的提高系统的传输速率。基于MIMO-OFDM技术的第四代移动通信系统将具有高频谱利用率、高数据传输率、高可靠性,低发射功率，支持的业务从语音扩展到图片、数据、视频等多媒体业务，并能够和现有的各种无线局域网、公用电话网等网络实现无缝对接。然而，由于MIMO-OFDM系统采用的是多载波调制方式，因而它在继承OFDM调制诸多优点的同时，也不可避免地继承了其信号具有较高峰均比(PAPR，Peak-to-AverageRatio)的问题。高峰均比的缺点会迫使高功率放大器(HPA)具有大的回退，这降低了HPA的效率。MIMO-OFDM信号产生带内失真，产生带外噪声，进而频谱扩展干扰以及信号的畸变会导致整个系统性能严重下降。高PAPR问题已成为MIMO-OFDM系统实用化的一个障碍，因而寻求降低系统PAPR的方法是非常必要的。降低PAPR的技术可以大致分为三类：一类是编码技术，文献“TsaiYC,DengSK,ChenKC,etal.TurbocodedOFDMforreducingPAPRanderrorrates[J].WirelessCommunications,IEEETransactionson,2008,7(1):84-89”，算法思想是利用不同的编码方式规避了可能产生较高PAPR的码元的出现，但是编码过程较为复杂。二类是信号预畸变技术，包括限幅法和压扩法，该技术是最简单最直接的降低峰均比的非线性方法，但前者引入的带内失真和带外辐射会严重地降低系统的性能。后者利用压扩函数和逆变换函数实现峰均比的降低，文献“Shiann-ShiunJeng,andJia-MingChen,EfficientPAPRReductioninOFDMSystemsBasedonaCompandingTechniqueWithTrapeziumDistribution,IEEETransactionsonBroadcasting,vol.57,no.2,pp.291-298,June2011”提出一种梯形分布压扩方法替代常规的均匀部分方案，其可以满足不同性能要求的系统，并且能在PAPR和BER性能上作出折中。三类是扰码技术，包括选择性映射SLM和部分传输序列PTS，该技术利用不同的扰码序列对OFDM符号进行加权处理，通过设定PAPR门限值条件，从待传输序列中选择PAPR最小的一组用于传输，这样就显著降低大峰值功率信号出现的概率，但是由于采用过多的IFFT，计算复杂度急剧增加，而且边带信息的传输也造成了数据传输速率的损失。然而，用于MIMO-OFDM系统的PAPR降低算法的研究较少，解决MIMO-OFDM系统中的PAPR问题的方法概括为两个方面：一方面是将OFDM系统中方法直接移植到MIMO-OFDM系统的每一根天线，例如文献“JooHS,NoJS,ShinDJ.AblindSLMPAPRreductionschemeusingcyclicshiftinSTBCMIMO-OFDMsystem[C]//InformationandCommunicationTechnologyConvergence(ICTC),2010InternationalConferenceon.IEEE,2010:272-273”提出了时域循环移位的盲SLM算法，单根天线上对OFDM符号循环移位，无需过多的IFFT次数，在接收端采用ML方法解调，其BER性能不会恶化；另一方面是考虑MIMO-OFDM系统本身的特性，采取灵活的方法进行处理。文献“TaoJiangandCaiLi.SimpleAlternativeMultisequencesforPAPRReductionWithoutSideInformationinSFBCMIMO-OFDMSystems.IEEETransactionsonVehicularTechnology,vol.61,no.7,pp.3311-3315,Sep.2012.”提出的AMS(alternativemultisequence)算法，是将信号分块之后再进行重组，这种方案虽然降低了一定的复杂度，但是其PAPR减少量得到了限制。文献“ZoranLatinovic,YeheskelBar-Ness.SFBCMIMO-OFDMPeak-to-AveragePowerRatioReductionbyPolyphaseInterleavingandInversion.IEEECommun.Lett.,vol.l0,no.4,pp.266-268,April2006.”提出的PII(PolyphaseInterleavingandInversion)算法，利用SFBC编码的特性构造信号序列，能较好的降低SFBCMIMO-OFDM系统的PAPR。文献“SFBCMIMO-OFDMPeak-to-AveragePowerRatioReductionbyPolyphaseInterleavingandInversion，IEEECOMMUNICATIONSLETTERS,VOL.10,NO.4,APRIL2006”提出的RC_PII方法虽然降低了PII方法的计算复杂度但是同时也降低了性能。专利“张朝阳等，一种峰均比控制方法、接收端和发射端”描述了一种通过线性和非线性方法的结合降低系统的PAPR的方法，但是算法过程过于复杂。专利“CN102075222A，江涛，黎偲，屈代明，一种降低空频编码的MIMO-OFDM信号的峰均功率比的方法”，尽管不需要发送边带信息，但是算法计算量大。专利“CN101073217A,TANM,ZORANLZ,YEHESKELBN.STBCMIMO-OFDMPeak-to-AveragePowerRatioReductionbyCross-AntennaRotationandInversion”提出的CARI及其改进算法每次迭代没有复数乘法运算，计算复杂度降低，但是若将该算法直接扩展到更多发射天线的系统中，并不能充分利用增加天线提供的附加自由度。为了进一步改善MIMO-OFDM信号的PAPR性能和降低计算复杂度，本专利技术针对上述MIMO-OFDM系统降低PAPR的算法，提出了一种降低空频块码MIMO-OFDM峰均比新方法。在该方法中，经过映射的二进制频域信号经过分块并利用奇、偶数角标实现每个分块信号的分解，按照SFBC编码的特性，将分解的信号进行重组构成新的分块信号，采用移屏方法搜索新的分块信号以获得所有分块信号的次最优组合，该方法不仅避免PII遍历搜索的次数，而且降低了RC_PII的峰均比性能。理论和仿真分析表明，该方法可以实现系统计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低空频块码MIMO‑OFDM系统峰均比新方法，其特征在于：采用Alamouti经典方案发送天线为Tr＝2根，所述方法具体过程包括以下步骤：步骤1：输入二进制数据比特流，调制得到映射信号，经过串并转换后获得一个长度为N的OFDM信号序列可表示为：X＝[X0,X1,…,XN‑1]，将其进行相邻等长度分割，分割后的M个独立的子块为X(m)，m＝1,2,…,M，其中M>0；将第j子块中j≠m处子块添零构成长度与原始序列相同的序列组，则原始序列可以表示为：

【技术特征摘要】
1.一种降低空频块码MIMO-OFDM系统峰均比新方法，其特征在于：采用Alamouti经典方案发送天线为Tr＝2根，所述方法具体过程包括以下步骤：步骤1：输入二进制数据比特流，调制得到映射信号，经过串并转换后获得一个长度为N的OFDM信号序列可表示为：X＝[X0,X1,…,XN-1]，将其进行相邻等长度分割，分割后的M个独立的子块为X(m)，m＝1,2,…,M，其中M>0；将第j子块中j≠m处子块添零构成长度与原始序列相同的序列组，则原始序列可以表示为：其中每个子块中的非零载波位置必须包含整数个空频编码块，以保证空频块码编码的正交性不受破坏；步骤2：对于第m个子块，对X(m)进行信号分解，信号根据m为奇数或偶数分解为新的序列Z(m)和Y(m)，则信号可表达为：步骤3：将公式(1)和(2)分解的两个奇、偶信号序列空频块码编码特性进行组合，以此获得两根天线第m发射子块的信号，可表示为公式(3)：其中，式(3)中A1和A2分别表示天线1、2上的信号；*表示对信号取共轭，shift[·]表示将信号向前循环移动一位，两根天线上的信号是X1(m)和X2(m)，进行IFFT后分别得到x1(m)和x2(m)；步骤4：对每一个子块采用两种处理方式：方法0：方式1：

【专利技术属性】
技术研发人员：罗仁泽，李芮，代月，杨娇，李阳阳，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51