水下物联网的OFDM信号峰均比抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种水下物联网的OFDM信号峰均比抑制方法，主要解决水下OFDM系统在采用高阶调制和大量子载波实现高速传输时峰均比高的问题。其方案是：将输入数据调制为原始频域信号并对其进行离散傅里叶逆变换，得到原始时域信号；用该信号计算限幅噪声，并由限幅噪声对原始频域信号进行初步扩展，根据重新设定的扩展区域进行扩展修正；用混沌序列产生相位因子序列，根据其和扩展修正后信号得到时域信号；任意组合两组时域信号以产生新的时域备选信号，并计算全部时域信号的峰均比，选择最小的一组作为发送信号。本发明专利技术降低了OFDM信号的峰均比，能保证误码损失在可接受范围内，提升了OFDM系统的整体性能，可用于水下物联网通信。信。信。

【技术实现步骤摘要】
Communication Technology(ICCT))中提出一种预失真星座扩展ACE算法，其实现步骤是：对映射后的频域数据进行离散傅里叶逆变换操作变换为时域信号，并对该时域信号进行限幅处理，由限幅后信号和原始时域信号计算限幅噪声，对限幅噪声进行傅里叶变换得到频域限幅噪声；再对原始频域信号进行扩展；然后根据设定的星座点可扩展区域修正扩展信号，并对修正后的频域信号进行离散傅里叶逆变换操作将变换到时域；计算时域信号的峰均比，选择峰均比最小的一组作为输出信号。该方法虽然不需要传输边带信息，且对内部星座点进行了扩展，但是当采用高阶调制和大量子载波时，该方法的峰均比抑制性能较差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出一种水下物联网的OFDM信号峰均比抑制方法，以提高OFDM信号峰均比抑制性能，降低系统的复杂度，满足水下物联网的OFDM信号峰均比抑制要求。
[0007]本专利技术的技术关键是：重新定义星座点的扩展方式，将内外部星座点均进行扩展，增加星座点的扩展数目；采用混沌序列产生随机相位因子序列，将扩展后频域信号与随机相位因子序列相乘；利用离散傅里叶逆变换的线性性质，对任意两组不同的时域备选信号进行组合，从而产生新的备选信号。其实现步骤包括如下：
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：
[0009](1)将系统发送端的二进制比特流调制为原始频域OFDM信号X；
[0010](2)对原始频域信号X进行上采样，得到上采样后频域信号X
′/>，对X
′
进行离散傅里叶逆变换，得到上采样后时域信号U；
[0011](3)对时域信号U进行限幅操作并计算时域限幅噪声，将时域限幅噪声进行傅里叶变换，得到频域限幅噪声C
clip
；
[0012](4)根据频域限幅噪声C
clip
对原始OFDM信号X进行初步扩展，并根据设定的扩展区域对初步扩展信号进行修正：
[0013](4a)由C
clip
对信号X进行初步扩展，获得初步扩展频域信号；
[0014](4b)将星座点可扩展区域划分为内外两部分，其外部区域包括二维正方形扩展区域E
square
和一维直线扩展区域E
line
，内部扩展区域为二维圆形扩展区域E
round
；
[0015](4c)对每个初步扩展频域信号所对应二维正方形扩展区域E
square
的星座点信号进行修正，得到修正后扩展频域信号Y
i
：
[0016][0017]其中，表示第i个初步扩展频域信号的实部，表示第i个初步扩展频域信号的虚部，X
i
表示第i个原始频域信号，0＜i＜N
‑
1，O
max
＝max(Real(X))和Q
max
＝max(Imag(X))分别表示所选调制方式星座点的实部最大值和虚部最大值；
[0018](4d)对每个初步扩展频域信号所对应一维直线扩展区域E
line
的星座点信号进行修正,得到修正后扩展频域信号Y
r
：
[0019][0020][0021]其中，X
r
表示第r个原始频域信号，0＜r＜N
‑
1；
[0022](4e)对每个初步扩展频域信号所对应二维圆形扩展区域E
round
的星座点信号进行修正，得到修正后扩展频域信号Y
l
：
[0023][0024]其中，δ表示最大畸变量，X
l
表示第l个原始频域信号，表示第l个频域限幅噪声的相位，表示虚数单位，0＜l＜N
‑
1；
[0025](4f)用扩展修正后每一个频域信号Y
i
、Y
r
和Y
l
组成全部修正后的频域信号Y；
[0026](5)采用混沌序列产生M组长度为N的随机相位因子序列P；
[0027](6)将修正后的频域信号Y与随机相位因子序列P相乘，得到点乘后的频域信号
[0028](7)对点乘后的频域信号进行离散傅里叶逆变换操作，得到时域信号d，并利用离散傅里叶逆变换的线性性质产生新的时域备选信号s：
[0029]s
z,k
＝cosθ
·
d
g,k
+j
·
sinθ
·
d
h,k
[0030]其中，s
z,k
表示第z组新时域备选信号中的第k个数据，d
g,k
表示第g组时域信号中的第k个数据，d
h,k
表示第h组时域信号中的第k个数据，1≤z≤M
·
(M
‑
1)/2，1≤g≤M，1≤h≤M，g≠h，0＜θ＜π/2；
[0031](8)用时域信号d和新的时域备选信号s组成全部时域信号f，计算该时域信号f峰均功率比，并选取峰均功率比最小的一组作为输出信号。
[0032]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0033]第一，本专利技术通过采用预失真ACE算法与SLM算法相结合的方法，重新定义星座扩展方式，对星座内外部的点均进行扩展，增加星座点的扩展数目，然后联合SLM算法，对峰均比抑制性能进一步提高，可在保证接收端误码性能不变的情况下，克服现有峰均比抑制方法对高阶调制和大数量子载波下抑制性能较差的问题，使得本专利技术提高了峰均比的抑制性能。
[0034]第二，本专利技术由于采用混沌序列产生随机相位因子序列的方式，在确定随机相位因子序列后，仅需发送具体序号数，从而减少了边带信息的传输，克服现有技术传输边带信息过多而带来的频谱利用率较低的问题；
[0035]第三，本专利技术通过组合任意两组不同的时域备选信号来产生新的备选信号，可在使用相同备选信号时减少离散傅里叶逆变换次数，从而克服了现有技术进行多次离散傅里叶逆变换运算，造成复杂度较高的问题，使得本专利技术能在保证峰均比抑制性能的同时，降低系统的复杂度。
附图说明
[0036]图1是本专利技术的实现流程图；
[0037]图2是本专利技术中第一象限星座点可扩展区域示意图；
[0038]图3是本专利技术中二维正方形区域的星座点扩展方式示意图；
[0039]图4是本专利技术中一维直线区域的星座点扩展方式示意图；
[0040]图5是本专利技术中二维圆形区域的星座点扩展方式示意图；
[0041]图6是本专利技术与现有技术的峰均比抑制性能对比图；
[0042]图7是本专利技术与现有技术的误码率性能对比图。
具体实施方式
[0043]以下结合附图对本专利技术的实施例和效果做进一步详细描述。
[0044]参照图1，本专利技术的实现步骤如下：
[0045]步骤1，将系统发送端的二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下物联网的OFDM信号峰均比抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将系统发送端的二进制比特流调制为原始频域OFDM信号X；(2)对原始频域信号X进行上采样，得到上采样后频域信号X
′
，对X
′
进行离散傅里叶逆变换，得到上采样后时域信号U；(3)对时域信号U进行限幅操作并计算时域限幅噪声，将时域限幅噪声进行傅里叶变换，得到频域限幅噪声C
clip
；(4)根据频域限幅噪声C
clip
对原始OFDM信号X进行初步扩展，并根据设定的扩展区域对初步扩展信号进行修正：(4a)由C
clip
对信号X进行初步扩展，获得初步扩展频域信号(4b)将星座点可扩展区域划分为内外两部分，其外部区域包括二维正方形扩展区域E
square
和一维直线扩展区域E
line
，内部扩展区域为二维圆形扩展区域E
round
；(4c)对每个初步扩展频域信号所对应二维正方形扩展区域E
square
的星座点信号进行修正，得到扩展修正后频域信号Y
i
：其中，表示第i个初步扩展频域信号的实部，表示第i个初步扩展频域信号的虚部，X
i
表示第i个原始频域信号，0＜i＜N
‑
1，O
max
＝max(Real(X))和Q
max
＝max(Imag(X))分别表示所选调制方式星座点的实部最大值和虚部最大值；(4d)对每个初步扩展频域信号所对应一维直线扩展区域E
line
的星座点信号进行修正,得到扩展修正后频域信号Y
r
：：其中，X
r
表示第r个原始频域信号，0＜r＜N
‑
1；(4e)对每个初步扩展频域信号所对应二维圆形扩展区域E
round
的星座点信号进行修正，得到扩展修正后频域信号Y
l
：其中，δ表示最大畸变量，X
l
表示第l个原始频域信号，表示第l个频域限幅噪声的相位，表示虚数单位，0＜l＜N
‑
1；(4f)用扩展修正后每一个频域信号Y
i
、Y
r
和Y
l
组成全部修正后的频域信号Y；(5)采用混沌序列产生M组长度为N的随机相位因子序列P；
(6)将修正后的频域信号Y与随机相位因子序列P相乘，得到点乘后的频域信号(7)对点乘后的频域信号进行离散傅里叶逆变换操作，得到时域信号d，并利用离散傅里叶逆变换的线性性质产生新的时域备选信号s：s
z,k
＝cosθ
·
d
g,k
+j
·
sinθ
·
d
h,k
其中，s
z,k
表示第z组新时域备选信号中的第k个数据，d
g,k
表示第g组时域信号中的第k个数据，d
h,k
表示第h组时域信号中的第k个数据，1≤z≤M
·
(M
‑
1)/2，1≤g≤M，1≤h≤M，g≠h，0＜θ＜π/2；(8)用时域信号d和新的时域备选信号s组成全部时域信号f，计算该时域信号f峰均功率比，并选取峰均功率比最小的一组作为输出信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中生成的原始频域OFDM信号X，表示如下：X＝[X0,X1,
···
,X
k
,
···
,X
N
‑1]其中，X
k
表示原始频域信号中的第k个数据，k＝0,1,
···
,N
‑
1，N为OFDM符号包含的子载波个数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中得到的上采样后时域信号U，实现如下：(2a)在原始频域信号中间插入(J
‑
1)
×
N个零，得到上采样后频域信号X
′
：其中，X
k
表示原始频域信号中的第k个数据，k＝0,1,
···
,N
‑
1，X
′
n
表示上采样后频域信号中的第n个数据，J表示上采样因子，J≥4，n＝0,1,
···
,JN
‑
1，N为OFDM符号包含的子载波个数；(2b)对X
′
n
进行离散傅里叶逆变换得到上采样后的时域信号U：U＝[U0,U1,
···
,U
n
,
···
,U
JN
‑1]其中，U
n
表示上采样后时域信号中的第n个数据。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中生成频域限幅噪声C
clip
，实现如下：(3a)计算限幅门限A
clip
：其中，C
R
表示限幅率，表示上采样后的时域信号U的平均功率,U
n
表示上采样后时域信号中的第n个数据，n＝0,1,
···
,JN
‑
1，J表示上采样因子，J≥4，N为OFDM符号包含的子载波个数；(3b)根据限幅门限A
clip
，对上采样后的时域信号U对进行限幅操作，得到限幅后时域信号号
其中，表示限幅后时域信号中的第n个数据，θ
n
为上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，陈海明，李靖，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：