一种用于降低ＯＦＤＭ信号峰均比的方法技术

本发明专利技术涉及ＯＦＤＭ领域，特别是涉及一种用于降低ＯＦＤＭ信号峰均比的方法。本发明专利技术提供一种用于降低ＯＦＤＭ信号峰均比的方法，包括限幅步骤，时域－频域变换步骤，修正步骤和频域－时域变换步骤，其中的修正步骤包括：（１１）从限幅后的频域数据分离出数据子载波数据，导频子载波数据和空余子载波数据；（１２）对数据子载波数据根据系统ＥＶＭ约束进行修正；（１３）对导频子载波数据进行复位操作，复位为限幅前数据；（１４）对空余子载波数据根据系统的频谱模板进行修正。本发明专利技术的技术方案，通过对数据子载波数据，导频子载波数据和空余子载波数据进行分别修正，使不同的子载波数据采用不同的修正方式。在降低峰均比的同时，有效地减少了限幅带来的各种不良影响。

A method for reducing the peak to average ratio of OFDM signals

The invention relates to the field of OFDM, in particular to a method for reducing the peak to average ratio of an OFDM signal. The present invention provides a method for reducing the OFDM peak to average ratio, including limiting steps, time domain frequency domain step correction step and frequency - time domain transform steps, including steps: (11) separating data sub carrier data from the frequency domain data limiting the pilot subcarriers and data vacant sub carrier data; (12) to the data sub carrier data are corrected according to the system of EVM constraints; (13) reset operation of the pilot sub carrier data reduction, limited data; (14) the spare subcarrier data was modified according to the spectral template system. The technical proposal of the invention utilizes the data carrier data, pilot sub carrier data and null carrier data to be corrected separately so that different subcarrier data adopt different correction methods. While reducing the peak to average ratio, all kinds of adverse effects caused by the limiting amplitude are effectively reduced.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及OFDM领域，特别是涉及一种用于降低OFDM信号峰均比的方法。
技术介绍
正交步贞分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)是——禾中 特殊的多载波(Multi-Carriers Modulation, MCM)传输方案，它既是一种调制技 术，也是一种复用技术。它具有许多其它无线通信技术所无法比拟的优越性。 同时，它也是一种并行技术，其将一个高速的数据流分割成许多低速数据流， 并调制到若干相互正交的子载波上来实现数据的高速传输。由于每个子载波的 调制信号速率较低，这样码元的周期相对较长，因而对时延扩展有较强的抵抗 力，再加上每个码元又采用了循环前缀(Cyclic Prefix, CP)作为保护间隔，所以 符号间干扰所带来的影响明显减少。OFDM相对于一般的多载波传输的不同之处 是它允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间互相正交就可以从重叠的子 载波上分离出数据信息。OFDM的子载波内含数据子载波(Data Subcarriers)、空余子载波(Null Subcarriers)和导频子载波(PilotSubcarriers)。在OFDM通信系统中，使用在频率上具有同步关系的多个载波来调制信号， 由于各载波的包络值统计独立，随着载波数的增加，叠加后信号的峰值功率与 平均功率的比值，即峰均比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)的数值较大。因此，调制信号的动态范围相当大，首先要求D/A转换器具有较大的动态范围， 又要求系统中的功放具有较高的线性放大范围，以避免传输信号的非线性失真。 这样就增加了系统成本和实现难度。降低PAPR最直接而有效的方法就是对OFDM信号峰值进行限幅。假设信号 经过星座图映射、IFFT、并串转换后为，^^—、对、进行限幅操作其中^为原信号，^为限幅门限。当信号小于限幅门限时，信号不变；当 信号大于限幅门限时，将信号的模值限制为门限大小，并保持与原信号相同的 幅角。信号在经过非线性部件之前进行限幅，就可以使得峰值信号低于所期望的 最大电平值。尽管限幅非常简单，但是它也会为OFDM系统带来相关的问题。 首先，对OFDM符号幅度进行畸变，会对系统自身造成干扰，从而导致系统的 BER性能降低。其次，OFDM信号的非线性畸变会导致带外噪声功率值的增加， 其原因在于限幅操作可以被认为是OFDM采样符号与矩形窗函数相乘，如果 OFDM信号的幅值小于门限值时，则该矩形窗函数的幅值为1;而如果信号幅值 需要被限幅时，则该矩形窗函数的幅值应该小于1。根据时域相乘等效于频域巻 积的原理，经过限幅的OFDM符号的频谱等于原始OFDM符号频谱与窗函数频 谱的巻积，因此其带外频谱特性主要由两者之间频谱宽度较大的信号来决定， 也就是矩形窗函数的频谱来决定。限幅带来的带内噪声不能通过滤波进行消除，会导致整个系统的误比特率 性能降低。带内噪声的一个衡量标准为带内信号的误差向量幅值(Error Vector Magnitude, EVM)。 EVM可以由限幅后信号产生的误差矢量定义。定义带内的误差矢量<formula>formula see original document page 7</formula>其中k表示第k个子载波，A和^分别为限幅前后数据的频域形式，亦即 在星座图上表现形式，可通过FFT变换获得。在此基础上可以定义EVM，即星 座图中相对于最远星座点功率的平均误差其中N是子载波数目，^ 是星座图中星座点最大幅度。 限幅带来的带外噪声可以通过滤波消除，但这将导致峰值再生。通常时域 的滤波器都是比较复杂的，因此现有方案使用一种新型的滤波器，在频域中对 信号进行处理，即使用双向快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)操作 来实现频域滤波。其结构框图如图1所示。这种算法的基本思想是首先将经过 扰码、编码、交织、映射后的OFDM信号经过I倍过采样，即信号的中间插入(N-l) *1个零值，然后对过采样后的信号进行N*l点IFFT操作，变换到时域，对时域 信号进行限幅，然后再进行N点FFT操作变换到频域，此时频域中间的信号值 便是进行限幅所产生的带外噪声。去掉带外噪声，只取原来信号所在频带的频 域值，进行N点IFFT操作，即完成了用双向FFT实现频域滤波的限幅算法。但 这一算法仅仅考虑了带外子载波的作用，没有考虑有效子载波和空余子载波的 作用的区别，不能减少带内失真，在一定程度上不能满足频谱模板的要求。现有技术方案中，在大幅度降低峰均比的同时，兼顾了两点 一、将带内 信号的EVM控制在某个指标以下，这个指标称为EVM约束；二、减少限幅带来 的带内失真的同时，过采样带来的带外功率谱要在频谱模板以卜。此方案有效 减少了带内失真，但并没有根据带内子载波的不同类别对其分别处理，而是将带内的各类子载波统一处理，因此频域处理的效果未能达到最优，造成的带内 噪声影响较大。另外，此方案没有直接将带外噪声置零，避免PAPR上升和造成 带外功率浪费。但通信链路后级的数据处理点数是过采样前的数值，而不能处理过采样后的点数，即使带外噪声在频谱模板之下，在后级处理时也需要置零 或者移除，所以保留带外功率谱是没有作用的。 现有降低峰均比的技术问题在于1) 没有充分考虑OFDM信号各类子载波的组成及其作用，因此频域处理 的效果未能达到最优；2) 没有考虑有效子载波和空余子载波的作用的区别，不能充分减少带内 失真，不能满足频谱模板的要求。由于上述原因，造成了峰均比下降效果虽然明显，但带来了如带内噪声较 大、对信道估计造成不良影响等问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于降低OFDM信号峰均比的方法，以解决现有技术中 峰均比下降而带来了带内噪声较大、对信道估计造成不良影响等问题。 本专利技术采用如下技术方案本专利技术提供一种用于降低OFDM信号峰均比的方法，包括如下歩骤 对OFDM信号进行限幅的限幅歩骤；对限幅后的数据进行傅立叶变换(FFT)得到限幅后的频域数据的时域-频域 变换歩骤；对限幅后的频域数据进行修正的修正步骤；对修正后的数据进行反傅立叶变换(IFFT)得到修正后时域数据的频域-时域变换步骤；修正步骤包括如下步骤(11) 从限幅后的频域数据分离出数据子载波数据，导频子载波数据和空 余子载波数据；(12) 对数据子载波数据根据系统EVM约束进行修正；(13) 对导频子载波数据进行复位操作，复位为限幅前数据；(14) 对空余子载波数据根据系统的频谱模板进行修正。 上述的技术方案的核心思想是对OFDM数据的三类带内子载波分别进行不同的处理。数据子载波数据，是OFDM符号内的有用信号，这些信号承载着重要的数 据资料，需要符合系统的EVM约束，保证系统的误码率。EVM约束的具体值， 应根据系统和具体情况决定。导频子载波用于传输信道估计的参考信号，估计的信道信息将被用于补偿 由信道造成的失真以恢复传输的数据。因此，从这个意义上来说，导频子载波 比其它的子载波更重要。把导频子载波数据恢复到限幅前数据，能增强信道估 计的效果。作为保护频带的非承载数据的空余子载波，由于空余子载波上的功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于降低ＯＦＤＭ信号峰均比的方法，包括如下步骤：对ＯＦＤＭ信号进行限幅的限幅步骤；对限幅后的数据进行傅立叶变换得到限幅后的频域数据的时域－频域变换步骤；对限幅后的频域数据进行修正的修正步骤；对修正后的数据进行反傅立叶变换得到修正后的时域数据的频域－时域变换步骤；其特征在于，所述的修正步骤包括如下步骤：（１１）从限幅后的频域数据分离出数据子载波数据，导频子载波数据和空余子载波数据；（１２）对数据子载波数据根据系统ＥＶＭ约束进行修正；（１３）对导频子载波数据进行复位操作，复位为限幅前数据；（１４）对空余子载波数据根据系统的频谱模板进行修正。

【技术特征摘要】
1、一种用于降低OFDM信号峰均比的方法，包括如下步骤对OFDM信号进行限幅的限幅步骤；对限幅后的数据进行傅立叶变换得到限幅后的频域数据的时域-频域变换步骤；对限幅后的频域数据进行修正的修正步骤；对修正后的数据进行反傅立叶变换得到修正后的时域数据的频域-时域变换步骤；其特征在于，所述的修正步骤包括如下步骤(11)从限幅后的频域数据分离出数据子载波数据，导频子载波数据和空余子载波数据；(12)对数据子载波数据根据系统EVM约束进行修正；(13)对导频子载波数据进行复位操作，复位为限幅前数据；(14)对空余子载波数据根据系统的频谱模板进行修正。2、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤(11)还分离出带外子 载波，所述的修正步骤还包括对带外子载波置零的带外子载波修正步骤。3、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述步骤(12)的具体步骤 如下(31) 计算限幅后的数据子载波数据的EVM;(32) 如果其不符合EVM约束，则将数据子载波数据调整至符合EVM约束。4、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述步骤(14)的具体步骤 如下(41) 确定限幅后的空余子载波数据的功率；(42) 如果空余子载波的功率超过频谱模板函数对应子载波的功率，则将 空余子载波的功率值调整至小于或等于频谱模板函数对应子载波的功率值。5、 一种用于降低OFDM信号峰均比的系统，包括 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立俊，张永强，
申请(专利权)人：广州杰赛科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]