專利名稱：一種基于壓擴的有效抑制ofdm系統(tǒng)大峰均功率比的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交頻分復用OF匿通信系統(tǒng)中的峰均功率比問題，具體地說是涉及 一種有效抑制OFDM系統(tǒng)大峰均功率比的非線性壓擴方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
正交頻分復用OF匿技術(shù)以其高效的頻譜利用率、良好的抗多徑衰落性能而被認 為是第四代移動通信4G的核心技術(shù)之一，目前OF匿技術(shù)已經(jīng)在非對稱數(shù)字用戶線ADSL、數(shù) 字音頻廣播DAB和數(shù)字電視廣播DVB、IEEE 802. 11、IEEE 802. 16以及電力線寬帶數(shù)據(jù)通信 等領(lǐng)域得到了廣泛應用。 OFDM的基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率相對較低的 若干個子信道中進行傳輸。由于每個子信道中的符號周期會相對增加，因此可以減輕無線 信道的多徑延遲擴展的影響。并且還可以在OF匿符號之間插入保護間隔，令保護間隔大于 無線信道的最大時延擴展，這樣就可以最大限度地消除由于多徑帶來的符號間干擾ISI。而 且，一般都采用循環(huán)前綴作為保護間隔，從而可以避免由多徑帶來的信道間干擾ICI。
OFDM通信系統(tǒng)原理如圖1所示。圖1中在OF匿的發(fā)送端，輸入為二進制比特流或 圖像或隨機序列a ;然后，采用正交幅度調(diào)制QAM或相移鍵控調(diào)制PSK對an進行一次預調(diào) 制，得到頻域信號X(n)，再經(jīng)串并變換和快速傅立葉反變換IFFT后得到時域信號x(n)，該 時域信號經(jīng)并串變換和數(shù)模轉(zhuǎn)換和低通濾波器后得到實際發(fā)送信號s (t)。在OFDM的接收 端，實際上進行的是上述發(fā)送端的逆過程。 對圖1的OF匿通信系統(tǒng)中的時域信號x (n)進行功率歸一化，得到OF匿通信系統(tǒng) 的時域抽樣序列{xn}如下 <formula>formula see original document page 4</formula> <formula>formula see original document page 4</formula>
其中N為子載波數(shù)，Xk表示第k個子載波上的調(diào)制數(shù)據(jù)，j表示V^T 。 與單載波系統(tǒng)相比，由于OF匿符號是由多個獨立的經(jīng)過調(diào)制的子載波信號相加
而成的，這樣的合成信號就有可能產(chǎn)生比較大的峰值功率，由此會帶來較大的峰均功率比
PAPR。
該峰均功率比可以定義為<formula>formula see original document page 4</formula> 峰均功率比PAPR對發(fā)射機內(nèi)放大器的線性提出了很高的要求，當OF匿系統(tǒng)內(nèi)變 化較大的信號通過非線性部件，例如進入放大器的非線性區(qū)域時，信號會產(chǎn)生非線性失真和諧波，造成較明顯的頻譜擴展干擾以及帶內(nèi)信號畸變，導致整個系統(tǒng)性能的下降；同時還 會增加A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的復雜度，降低轉(zhuǎn)換器的準確性。 為了避免所述的非線性失真，傳統(tǒng)的方法是采用大動態(tài)范圍的線性放大器，或者 對非線性放大器工作點進行補償，但這樣使功率放大器的效率大大降低，并且整個系統(tǒng)的 成本大大增高。要解決OFDM通信系統(tǒng)中信號非線性失真問題，就要降低系統(tǒng)中信號的 PAPR，目前提出的降低PAPR的方法主要有信號預畸變技術(shù)、高速編碼技術(shù)、分組編碼技術(shù) 三種，其中信號預畸變技術(shù)包括限幅、壓擴變換和預留子載波等；高速編碼技術(shù)，包括選擇 性映射SLM和部分傳送序列PTS ;分組編碼技術(shù)，包括Golay互補序列和ReechMuller編碼 等。其中限幅是最簡單有效的方法，它是通過消減峰值信號來降低PAPR，但是這種方法由于 引入了帶內(nèi)噪聲和帶外輻射，因而將導致OF匿系統(tǒng)誤碼率的增加。壓擴變換類似于限幅， 也是通過改變信號幅度來達到降低峰均功率比的目的。以C{ }表示壓擴變換，該壓擴變 換應滿足如下兩個條件
折點；
(1) 當|x|《m時，C{x} I > |x| ;否則，C(x) I《xl，其中m表示壓擴變換的轉(zhuǎn)
(2) 當滿足E(lxl21 "E{|C{x} |2}，即可保證變換前后平均功率大致相等。 為滿足上述條件，壓擴變換可以采用如下P律壓擴公式來描述
ln(l + //)乂.
ln(l + ^
、
乂
(3)
其中、表示壓擴后信號，
V表示0F匿符號xn的平均幅值，也就是壓擴變換的轉(zhuǎn)折點，
y為壓擴系數(shù)。
在接收端可以對接收信號實施壓擴變換的逆變換，即
廠
ln(l + a)
1}
(4) 其中y。表示壓擴變換后信號，L表示接收信號，V'是接收信號的平均幅值。
相對原始0F匿符號，由于壓擴變換對原始OFDM符號中的大幅度信號進行了壓縮， 對小幅度信號進行了擴大，所以經(jīng)過壓擴變換后的數(shù)據(jù)符號的分布更加的緊密，出現(xiàn)較大 幅值的符號數(shù)量有所減少，即降低了PAPR。隨著y的增加，這種改善也越來越明顯，但是由 于傳統(tǒng)壓擴變換函數(shù)的壓擴曲線特性，它對特大信號壓縮和特小信號擴展不夠，因此經(jīng)過 壓擴變換后的數(shù)據(jù)符號不能呈現(xiàn)均勻緊密的分布。雖然壓擴變換逆變換也基本可以還原接 收信號，但由于OF匿符號的平均功率會稍有差異，因而壓擴變換逆變換后的信號和原始信 號也會存在一些差異，即壓擴變換會造成一定的誤碼率。 可見，雖然壓擴變換比限幅更具靈活性，但是壓擴變換在抑制大PAPR的產(chǎn)生、改 善OFDM符號分布和改善誤碼率方面還有待進一步改進。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供了一種基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大 峰均功率比的方法，降低峰均功率比PAPR和改善誤碼率。 本發(fā)明的另一 目的在于提供了一種基于壓擴的有效抑制0F匿系統(tǒng)大峰均功率比 的系統(tǒng)，降低峰均功率比PAPR和改善誤碼率。 本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明揭示了一種基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均 功率比的方法，包括 在發(fā)送端壓擴變換0F匿信號的過程，進一步包括
(1)對OF匿系統(tǒng)的時域抽樣序列{xn}進行計算得出OF匿信號在時域的平均幅值 V ;
(2) 根據(jù)0F匿系統(tǒng)的要求，確定壓擴系數(shù)k和調(diào)幅系數(shù)a的值
(3) 根據(jù)平均幅值V和壓擴系數(shù)k、調(diào)幅系數(shù)a的值，對OF匿信號以雙曲正切S 形壓擴函數(shù)公式進行壓擴變換，該雙曲正切S形壓擴函數(shù)公式為=or x F x ) x /(-
) 其中f(，)表示雙曲漸進線函數(shù)，壓擴系數(shù)k用于控制對信號壓擴的程度，調(diào)幅系 數(shù)a用于維持信號在壓擴變換前后平均功率不變，signOO表示對Xn取符號；
(4)將壓擴變換后的信號進行并串轉(zhuǎn)換和濾波后發(fā)送到信道；
在接收端還原壓擴后的0F匿信號的過程 (5)對接收到的0F匿信號進行計算得出接收信號的平均幅值V'; (6)對接收到的OF匿信號通過設(shè)定門限進行限幅，即對幅值大于a XV'的信號
進行限幅，確保接收到的0F匿信號的幅值小于a XV'; (7)根據(jù)平均幅值V'和調(diào)幅系數(shù)a 、壓擴系數(shù)k的值對0F匿信號以雙曲正切S 形壓擴逆變換函數(shù)公式進行壓擴逆變換，其中雙曲正切S形壓擴逆變換函數(shù)公式為
'i '、 i =俯"(i J x K /h/— 其中f—1( )表示雙曲漸進線函數(shù)的逆函數(shù)，Rn'表示接收信號，sign(Rn')表示
對R/取符號； (8)還原出原始信號。 上述的基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均功率比的方法，其中，步驟(3)中的 該壓擴變換滿足的三個條件為 |f (①)I《Pgate， f (x) = -f (-x)，其中為根據(jù)實際系統(tǒng)確定的門限值； 當|xn|《m時，|sn| > lx丄否貝U， |sn|《| xn| ，其中m表示壓擴變換的轉(zhuǎn)折點； 當a和k選定后，滿足E(lx」2) " E {| sn 12}，即可保證變換前后平均功率大致相 本發(fā)明還揭示了一種基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均功率比的系統(tǒng)，包括
發(fā)射裝置 調(diào)制器，對0F匿信號進行調(diào)制；
6
V ;
第一串并變換單元，將OFDM調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為并行信號后進行傳輸； IFFT單元，將頻域信號轉(zhuǎn)變?yōu)闀r域信號；
第一計算平均幅值單元，通過該IFFT單元輸出的該時域信號計算得到平均幅值
第二低通濾波器，對信道接收來的信號進行低通濾波； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；
第二串并變換單元，將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為并行信號后進行傳輸； 第二計算平均幅值單元，對接收到的OFDM信號進行計算得出接收信號的平均幅
壓擴變換單元，根據(jù)壓擴系數(shù)k和該平均幅值V、調(diào)幅系數(shù)a以雙曲正切S形壓擴 變換函數(shù)公式進行對該時域信號進行壓擴變換；
第一并串變換單元，將壓擴變換后的信號轉(zhuǎn)換為串行信號；
數(shù)模轉(zhuǎn)換器，對該串行信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；
第一低通濾波器，對該模擬信號進行低通濾波后發(fā)射至信道；
值V'; 比較限幅單元，對幅值大于a XV'的信號進行限幅，確保接收到OF匿信號的幅 值小于a XV'，其中a為調(diào)幅系數(shù)； 壓擴逆變換單元，根據(jù)平均幅值V'和調(diào)幅系數(shù)a 、壓擴系數(shù)k的值對0F匿信號 以雙曲正切S形壓擴逆變換函數(shù)公式進行壓擴逆變換；
FFT單元，將時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號； 第二并串變換單元，將壓擴逆變換后的信號轉(zhuǎn)換為串行信號；
解調(diào)器，對信號進行解調(diào)處理。 上述的基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均功率比的系統(tǒng)，其中，該壓擴變換單 元所依據(jù)的該雙曲正切S形壓擴函數(shù)公式為
<formula>formula see original document page 7</formula> 其中f(，)表示雙曲漸進線函數(shù)，壓擴系數(shù)k用于控制對信號壓擴的程度，調(diào)幅系 數(shù)a用于維持信號在壓擴變換前后平均功率不變，signOO表示對Xn取符號。
上述的基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均功率比的系統(tǒng)，其中，該壓擴變換單 元中的該壓擴變換滿足的三個條件為 |f (①)I《Pgate， f (x) = -f (-x)，其中為根據(jù)實際系統(tǒng)確定的門限值； 當|xn|《m時，|sn| > lx丄否貝U， |sn|《lx丄其中m表示壓擴變換的轉(zhuǎn)折點； 當a和k選定后，滿足E(lx」2) " E {| sn 12}，即可保證變換前后平均功率大致相 上述的基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均功率比的系統(tǒng)，其中，該壓擴逆變換 單元所依據(jù)的雙曲正切S形壓擴逆變換函數(shù)公式為 <formula>formula see original document page 7</formula>
其中f—1( )表示雙曲漸進線函數(shù)的逆函數(shù)，Rn'表示接收信號，sign(Rn')表示 對R/取符號。 本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果本發(fā)明通過分析OF匿系統(tǒng)PAPR問題產(chǎn) 生的根本原因和大PAPR產(chǎn)生概率小的因素，從壓縮時域大信號，擴展時域小信號并限幅超 大信號入手，結(jié)合限幅和壓擴的優(yōu)點，提出了一種基于雙曲漸近線壓擴函數(shù)的降低大PAPR 產(chǎn)生概率的壓擴方法，從而有效降低PAPR和改善誤碼率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具 有以下幾個優(yōu)點 1、由于本發(fā)明的壓擴函數(shù)為漸近雙曲線，它對峰值信號的壓縮效果和對小信號的 擴展效果都要優(yōu)于傳統(tǒng)的壓擴變換，因此它能更有效地把OF匿信號限制在一定的范圍之 內(nèi)，從而更好地降低PAPR; 2、由于本發(fā)明采用雙曲漸近線壓擴函數(shù)對小信號進行了擴大，增強了小信號對噪 聲的抵抗力； 3、由于本發(fā)明設(shè)定門限對超出限定范圍的信號進行限幅，在一定程度上限制了大 噪聲對信號的影響，因此本發(fā)明的系統(tǒng)的誤碼率稍微優(yōu)于傳統(tǒng)的壓擴變換；
4、由于本發(fā)明的雙曲漸近線壓擴函數(shù)采用了調(diào)幅系數(shù)和壓擴系數(shù)兩個系數(shù)，分別 用于調(diào)整平均幅值和壓擴程度，使得在對壓擴函數(shù)調(diào)整時更具靈活性； 5、仿真結(jié)果表明，本發(fā)明對峰值信號和小信號可進行更有效的壓縮和擴展，并且 使OF匿信號幅度更集中地分布在一定的范圍之內(nèi)，降低了信號對放大器線性范圍的要求， 提高了線性放大器的效率。
圖1是現(xiàn)有的OF匿通信系統(tǒng)的原理框圖。 圖2是本發(fā)明的基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均功率比的方法的較佳實施 例的流程圖。 圖3是本發(fā)明的基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均功率比的系統(tǒng)的較佳實施 例的框圖。 圖4是本發(fā)明的仿真結(jié)果圖。 圖5是本發(fā)明中不同壓擴系數(shù)k的互補累計分布函數(shù)CCDF對比圖。
圖6是本發(fā)明中不同壓擴系數(shù)k的誤碼率Ber對比圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。 基于壓擴的有效抑制OFDM系統(tǒng)大峰均功率比的方法的實施例 圖3示出了本發(fā)明的基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均功率比的方法的實施
例的流程。請參見圖3，下面是方法中各個步驟的詳細描述。本實施例的方法包括在發(fā)送端
壓擴變換OF匿信號的過程(步驟S100 S103)以及在接收端還原壓擴后的OF匿信號的
過程(步驟S104 S108)。 步驟SIOO :對OFDM系統(tǒng)的時域抽樣序列{xn}進行計算得出OF匿信號在時域的平 均幅值V。
用常規(guī)方法對0F匿通信系統(tǒng)的時域抽樣序列{xn}取模值后求其平均，即可得到 時域的平均幅值V。 步驟S101 :根據(jù)OF匿系統(tǒng)的要求，確定壓擴系數(shù)k和調(diào)幅系數(shù)a的值。
對于壓擴系數(shù)k是根據(jù)功率放大器的線性范圍，預定出最大可以接受的信號峰值 功率Pgaw要求壓擴后的信號功率小于或等于Pgate，即k用于控制信號的PAPR。當k選定 后，a的取值是為了保持壓擴變換前后OF匿符號的平均功率不變。由于通常OF匿通信系 統(tǒng)處于大峰值功率的概率很低，一般OFmi信號功率超過平均功率的三倍，即當PAPR為10dB 的概率約為O. 1X;超過其四倍平均功率，即當PAPR為12dB的概率約為0.01X。當然由于 特大信號出現(xiàn)的概率極小，基于這一點的誤碼率改善收益很小，后面基于MATLAB的仿真也 說明了這一點。而保持信號的平均功率可以提高發(fā)射機線性放大器的效率，同時可以避免 高斯噪聲AWGN在接收端的擴大，從而增大接收端信號的信噪比SNR。在這里保持信號的平 均功率須滿足下式
E (xn2) = E (sn2)
(5) 其中E(Sn2)表示壓擴后的信號的功率，其公式如下
<formula>formula see original document page 9</formula> 其中/、 (^)是原信號的概率密度函數(shù)，而原信號的實部和虛部服從高斯分布。
根據(jù)(5)式和(6)式的限制，當k被選定時，a也可以同時被確定。比如在1024 子載波的OFDM系統(tǒng)中當k被選為O. 3，0.4，0. 45時，a分別近似等于3. 5， 2. 7， 2. 5。
步驟S102 :根據(jù)平均幅值V和壓擴系數(shù)k、調(diào)幅系數(shù)a的值，對OF匿信號以雙曲 正切S形壓擴函數(shù)公式進行壓擴變換。 本發(fā)明的一大特點就是以雙曲正切S形壓擴函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的律壓擴函數(shù)，使得
原信號的數(shù)據(jù)在壓擴后得到的值處于一定的范圍之內(nèi)。 雙曲正切S形函數(shù)公式為
<formula>formula see original document page 9</formula> 對(7)式擴展，定義雙曲正切S形壓擴函數(shù)公式為
<formula>formula see original document page 9</formula> 其中，&表示原始OF匿符號序列的第n個符號，V表示計算OF匿信號在時域的平 均幅值，k為壓擴系數(shù)，a為調(diào)幅系數(shù)，I xn|表示對xn取絕對值；該壓擴系數(shù)k用于控制對 信號壓擴的程度，該調(diào)幅系數(shù)a用于維持信號在壓擴變換前后平均功率不變。
從(8)式可以看出|sn|小于a XV，且由于雙曲正切S形壓擴函數(shù)為漸近雙曲線，
因此它對峰值信號的壓縮效果和對小信號的擴展效果都要優(yōu)于傳統(tǒng)的壓擴變換。 這一步驟中的壓擴變換需要滿足三個條件為
(1) |f (①)I《Pgate， f (x) = -f (-x)，其中為根據(jù)實際系統(tǒng)確定的門限值；
(2) 當|xn|《m時，|sn| > lx丄否則，|sn|《lx丄其中m表示壓擴變換的轉(zhuǎn)折
點；
相等。
(3)當a和k選定后，滿足E(lx」2) "E(ls」^，即可保證變換前后平均功率大致
步驟S103 :將壓擴變換后的信號進行并串轉(zhuǎn)換和濾波后發(fā)送到信道。 步驟S104:接收數(shù)據(jù)。
步驟S105 :對接收到的OF匿信號進行計算得出接收信號的平均幅值V'。 步驟S106 :對接收到的OF匿信號通過設(shè)定門限進行限幅。
由于理論上lR/ l小于aXV'，本發(fā)明為接收信號設(shè)一門限為a XV'，對幅值 大于a XV'的信號進行限幅，確保接收到的OF匿信號的幅值小于a XV'，從而減小高斯 噪聲對接收信號的影響。 步驟S107 :根據(jù)平均幅值V'和調(diào)幅系數(shù)a 、壓擴系數(shù)k的值對OF匿信號以雙曲 正切S形壓擴逆變換函數(shù)公式進行壓擴逆變換。
其中雙曲正切S形壓擴逆變換函數(shù)公式為 <formula>formula see original document page 10</formula>
其中f—1( )表示雙曲漸進線函數(shù)的逆函數(shù)，IV表示接收信號，sign(Rn')表示 對R/取符號。 上述公式也可以表示為
<formula>formula see original document page 10</formula>
(9) 其中R/表示接收信號，V'表示接收信號的平均幅值。
步驟S108 :還原出原始信號。 基于壓擴的有效抑制OFDM系統(tǒng)大峰均功率比的系統(tǒng)的實施例
圖3示出了本發(fā)明所應用的OF匿通信系統(tǒng)的實施例的原理。請參見圖3，本實施 例的OFDM通信系統(tǒng)包括發(fā)射裝置和接收裝置。其中發(fā)射裝置包括調(diào)制器3、串并變換單元 5、IFFT單元、計算平均幅值單元13、IFFT單元7、壓擴變換單元9、并串變換單元11、數(shù)模轉(zhuǎn) 換器16和低通濾波器18。壓擴變換單元9用于對OF匿信號以雙曲正切S形壓擴函數(shù)公式 (8)進行壓擴變換，發(fā)射裝置的其他單元均為常規(guī)連接。接收裝置包括低通濾波器22、模數(shù) 轉(zhuǎn)換器24、串并變換單元26、計算平均幅值單元40、比較限幅單元28、壓擴逆變換單元30、 FFT單元32、并串變換單元34和解調(diào)器36。壓擴逆變換單元30用于對OF匿信號以雙曲正 切S形逆變換函數(shù)公式(9)進行壓擴逆變換。在串并轉(zhuǎn)換器26和壓擴逆變換單元30之間 連接比較限幅單元28，用于將接收到的0F匿信號通過門限，對幅值大于a XV'的信號進行限幅處理，確保接收到的OF匿信號的幅值小于a XV'，接收裝置的其他單元均為常規(guī) 整個0F匿系統(tǒng)的工作過程如下 對于0F匿系統(tǒng)的發(fā)射裝置，信源1產(chǎn)生的隨機數(shù)據(jù)符號流2作為0F匿信號，經(jīng)過 調(diào)制器3 (例如是基帶調(diào)制器)調(diào)制，調(diào)制可以采用QAM或QPSK，將0F匿信號映射為復數(shù)形 式的信號4，然后經(jīng)過串并變換單元5把0F匿調(diào)制信號轉(zhuǎn)化為并行輸入信號6，分配到傳輸 速率相對較低的N個信道中進行傳輸。經(jīng)過IFFT單元7變換，將頻域信號轉(zhuǎn)變?yōu)闀r域信號 8和12，信號12通過計算平均幅值單元13計算得到平均幅值14，將平均幅值14和時域信 號8送入壓擴變換單元9。 計算平均幅值單元13用常規(guī)方法對0FDM通信系統(tǒng)的時域抽樣序列{xn}取模值后 求其平均，即可得到時域的平均幅值V。壓擴變換單元9根據(jù)壓擴系數(shù)k和該平均幅值V、 調(diào)幅系數(shù)a以雙曲正切S形壓擴變換函數(shù)公式進行對該時域信號進行壓擴變換，輸出壓擴 變換后的信號10。 壓擴變換單元9所依據(jù)的該雙曲正切S形壓擴函數(shù)公式為<formula>formula see original document page 11</formula> 其中f(，)表示雙曲漸進線函數(shù)，壓擴系數(shù)k用于控制對信號壓擴的程度，調(diào)幅系 數(shù)a用于維持信號在壓擴變換前后平均功率不變，signOO表示對Xn取符號。
壓擴變換單元9中的壓擴變換滿足的三個條件為 <formula>formula see original document page 11</formula>其中為根據(jù)實際系統(tǒng)確定的門限值； 當|xn|《m時，|sn| > lx丄否貝U， |sn|《| xn| ，其中m表示壓擴變換的轉(zhuǎn)折點； 當a和k選定后，滿足E(lx」2) "E(ls丄h即可保證變換前后平均功率大致相 壓擴變換后的信號10先經(jīng)過并串變換單元11轉(zhuǎn)換為串行信號15，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換 器16轉(zhuǎn)換為模擬信號17，最后經(jīng)低通濾波器18處理成信號19后輸出至信道20。
對于OF匿系統(tǒng)的接收裝置，信道20輸出的信號21經(jīng)低通濾波器22處理成信號 23，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器24轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號25，然后經(jīng)串并變換單元26轉(zhuǎn)換為并行信號，得到 信號27和39，其中信號27送入比較限幅單元28，信號39送入計算平均幅值單元40。計算 平均幅值單元40對接收到的0FDM信號進行計算得出接收信號的平均幅值V'，分成兩路信 號輸出，一路信號41輸出至比較限幅單元28，另一路信號42輸出至壓擴逆變換單元30。
比較限幅單元28對幅值大于a XV'的信號進行限幅，確保接收到OF匿信號的幅 值小于a XV'，其中a為調(diào)幅系數(shù)。 比較限幅單元28輸出的信號29送入壓擴逆變換單元30，壓擴逆變換單元30根據(jù) 平均幅值V'和調(diào)幅系數(shù)a 、壓擴系數(shù)k的值對OF匿信號以雙曲正切S形壓擴逆變換函數(shù) 公式進行壓擴逆變換。其中雙曲正切S形壓擴逆變換函數(shù)公式為<formula>formula see original document page 11</formula> 其中f—1( )表示雙曲漸進線函數(shù)的逆函數(shù)，IV表示接收信號，sign(Rn')表示對R/取符號。
上述公式也可以表示為
<formula>formula see original document page 12</formula>
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(9) 其中R/表示接收信號，V'表示接收信號的平均幅值。 壓擴逆變換單元30處理得到的信號31經(jīng)FFT單元32的處理得到頻域信號33，經(jīng) 并串變換單元34轉(zhuǎn)換為串行信號35，再經(jīng)解調(diào)器36解調(diào)成信號37后輸出至信宿38，恢復 出原信號。 本發(fā)明的效果可以通過以下仿真進一步說明。
仿真1 本0F匿系統(tǒng)仿真條件如下 OFDM信號由隨機信號源產(chǎn)生，16QAM調(diào)制，子載波數(shù)為1024，采用4096點IFFT，即 4倍過采樣。根據(jù)該條件下的平均幅值V和壓擴系數(shù)k、調(diào)幅系數(shù)a的值對OF匿信號以雙 曲正切S形壓擴公式進行壓擴變換，并將該壓擴的曲線與傳統(tǒng)的壓擴曲線進行對比，如圖4 所示。從圖4可見，在信號原始幅度較大時，本發(fā)明壓擴后的幅度較小，因此它能更有效地 把OF匿信號限制在一定的范圍之內(nèi)，從而更好地降低PAPR，提高了線性放大器的利用率； 同時對小信號的有效放大和對大信號有效擴展也降低了系統(tǒng)對信號的線性放大器的線性 范圍要求，也提高了線性放大器的利用率。
仿肓2 為了說明本發(fā)明基于雙曲正切S形壓擴函數(shù)的壓擴變換比傳統(tǒng)的壓擴方案具 有更好的降低0F匿系統(tǒng)信號PAPR的效果，圖5給出了這兩種方案互補累積分布函數(shù) CCDF(CCDF = Pr {PAPR > PAPR0})仿真曲線的對比圖。該互補累積分布函數(shù)，即計算峰均功 率比超過某一門限值的概率，其數(shù)學表達式為
Pr {PAPR > PAPR0} = 1_ (l_e—PAPK0)N
PAPR0 > 0 其中，PAPR0表示峰均功率比的門限值，PAPR表示0F匿信號的實際峰均功率。
從圖5可以看出，隨著k的值的增加，本發(fā)明降低PAPR的效果越來越好；另外兩種 壓擴方法相對于原始0F匿信號，其PAPR都有較大改善；而本發(fā)明的壓擴方法在k取0. 3、 0. 4和0. 45時，與傳統(tǒng)壓擴變換y取0. 35、0. 65和1. 0相比，當兩種方法的CCDF曲線初始 下降點相同時，在CCDF為10—4的位置，本發(fā)明的壓擴變換方法有0. 5 1. 5dB左右的PAPR 改善，可見本發(fā)明的壓擴方法對抑制大PAPR的效果更好。
仿真3
該仿真條件如下 OF匿信號由隨機信號源產(chǎn)生，16QAM調(diào)制，AWGN信道，子載波數(shù)為1024，采用4096 點IFFT，即4倍過采樣；本發(fā)明的壓擴方法在k取0. 3、0. 4和0. 45，傳統(tǒng)壓擴變換P取 0. 35、0. 65和1. 0。 用本發(fā)明的壓擴方法和傳統(tǒng)壓擴變換方法仿真的誤碼率曲線如圖6。從圖6可見，在相同的SNR下，BER越小越好；雖然兩種壓擴方法都造成了一定程度的誤碼率性能下降， 但是本發(fā)明的壓擴方法比傳統(tǒng)壓擴方法在誤碼率性能上有微小改進。 上述實施例是提供給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來實現(xiàn)或使用本發(fā)明的，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而 本發(fā)明的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的 最大范圍。
權(quán)利要求
一種基于壓擴的有效抑制OFDM系統(tǒng)大峰均功率比的方法，包括在發(fā)送端壓擴變換OFDM信號的過程，進一步包括(1)對OFDM系統(tǒng)的時域抽樣序列{xn}進行計算得出OFDM信號在時域的平均幅值V；(2)根據(jù)OFDM系統(tǒng)的要求，確定壓擴系數(shù)k和調(diào)幅系數(shù)α的值(3)根據(jù)平均幅值V和壓擴系數(shù)k、調(diào)幅系數(shù)α的值，對OFDM信號以雙曲正切S形壓擴函數(shù)公式進行壓擴變換，該雙曲正切S形壓擴函數(shù)公式為 <mrow><msub> <mi>S</mi> <mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mi>α</mi><mo>×</mo><mi>V</mi><mo>×</mo><mi>sign</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mi>n</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>k</mi> <mo>×</mo> <mo>|</mo> <msub><mi>x</mi><mi>n</mi> </msub> <mo>|</mo></mrow><mi>V</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中f(·)表示雙曲漸進線函數(shù)，壓擴系數(shù)k用于控制對信號壓擴的程度，調(diào)幅系數(shù)α用于維持信號在壓擴變換前后平均功率不變，sign(xn)表示對xn取符號；(4)將壓擴變換后的信號進行并串轉(zhuǎn)換和濾波后發(fā)送到信道；在接收端還原壓擴后的OFDM信號的過程(5)對接收到的OFDM信號進行計算得出接收信號的平均幅值V′；(6)對接收到的OFDM信號通過設(shè)定門限進行限幅，即對幅值大于α×V′的信號進行限幅，確保接收到的OFDM信號的幅值小于α×V′；(7)根據(jù)平均幅值V′和調(diào)幅系數(shù)α、壓擴系數(shù)k的值對OFDM信號以雙曲正切S形壓擴逆變換函數(shù)公式進行壓擴逆變換，其中雙曲正切S形壓擴逆變換函數(shù)公式為 <mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mi>sign</mi><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>R</mi><mi>n</mi><mo>′</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><msup> <mi>V</mi> <mo>′</mo></msup><mo>/</mo><mi>k</mi><mo>×</mo><msup> <mi>f</mi> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msup> <mi>R</mi> <mo>′</mo></msup><mrow> <mi>α</mi> <mo>×</mo> <msup><mi>V</mi><mo>′</mo> </msup></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中f-1(·)表示雙曲漸進線函數(shù)的逆函數(shù)，Rn′表示接收信號，sign(Rn′)表示對Rn′取符號；(8)還原出原始信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均功率比的方法，其特征 在于，步驟(3)中的該壓擴變換滿足的三個條件為f(①)1《Pgate，f(x) =_"1)，其中為根據(jù)實際系統(tǒng)確定的門限值；當|xn|《m時，|sn| > lx丄否貝U， |sn|《lx丄其中m表示壓擴變換的轉(zhuǎn)折點； 當a和k選定后，滿足E(lx」2) "E(ls」^，即可保證變換前后平均功率大致相等。
3. —種基于壓擴的有效抑制OF匿系統(tǒng)大峰均功率比的系統(tǒng)，包括 發(fā)射裝置調(diào)制器，對0F匿信號進行調(diào)制；第一串并變換單元，將OFDM調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為并行信號后進行傳輸； IFFT單元，將頻域信號轉(zhuǎn)變?yōu)闀r域信號；第一計算平均幅值單元，通過該IFFT單元輸出的該時域信號計算得到平均幅值V ; 壓擴變換單元，根據(jù)壓擴系數(shù)k和該平均幅值V、調(diào)幅系數(shù)a以雙曲正切S形壓擴變換 函數(shù)公式進行對該時域信號進行壓擴變換；第一并串變換單元，將壓擴變換后的信號轉(zhuǎn)換為串行信號； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，對該串行信號轉(zhuǎn)換成模擬信號； 第一低通濾波器，對該模擬信號進行低通濾波后發(fā)射至信道；接收裝置第二低通濾波器，對信道接收來的信號進行低通濾波； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；第二串并變換單元，將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為并行信號后進行傳輸；第二計算平均幅值單元，對接收到的OFDM信號進行計算得出接收信號的平均幅值V';比較限幅單元，對幅值大于a XV'的信號進行限幅，確保接收到OF匿信號的幅值小 于a XV'，其中a為調(diào)幅系數(shù)；壓擴逆變換單元，根據(jù)平均幅值V'和調(diào)幅系數(shù)a 、壓擴系數(shù)k的值對0F匿信號以雙 曲正切S形壓擴逆變換函數(shù)公式進行壓擴逆變換；FFT單元，將時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號；第二并串變換單元，將壓擴逆變換后的信號轉(zhuǎn)換為串行信號； 解調(diào)器，對信號進行解調(diào)處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于壓擴的有效抑制0F匿系統(tǒng)大峰均功率比的系統(tǒng)，其特征 在于，該壓擴變換單元所依據(jù)的該雙曲正切S形壓擴函數(shù)公式為<formula>formula see original document page 3</formula>其中f(，)表示雙曲漸進線函數(shù)，壓擴系數(shù)k用于控制對信號壓擴的程度，調(diào)幅系數(shù)a 用于維持信號在壓擴變換前后平均功率不變，sign GO表示對Xn取符號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于壓擴的有效0F匿系統(tǒng)大峰均功率比的系統(tǒng)，其特征在 于，該壓擴變換單元中的該壓擴變換滿足的三個條件為f (①)I《Pgate， f (x) = _f (-x)，其中為根據(jù)實際系統(tǒng)確定的門限值； 當|xn|《m時，|sn| > lx丄否貝U， |sn|《lx丄其中m表示壓擴變換的轉(zhuǎn)折點； 當a和k選定后，滿足E(lx」2) "E(ls」^，即可保證變換前后平均功率大致相等。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于壓擴的有效0F匿系統(tǒng)大峰均功率比的系統(tǒng)，其特征在 于，該壓擴逆變換單元所依據(jù)的雙曲正切S形壓擴逆變換函數(shù)公式為<formula>formula see original document page 3</formula>其中f—、 )表示雙曲漸進線函數(shù)的逆函數(shù)，Rn'表示接收信號，sign(Rn')表示對 Rn'取符號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于壓擴的有效抑制OFDM系統(tǒng)大峰均功率比的方法和系統(tǒng)，降低峰均功率比PAPR和改善誤碼率。其技術(shù)方案為本發(fā)明通過分析OFDM系統(tǒng)PAPR問題產(chǎn)生的根本原因和大PAPR產(chǎn)生概率小的因素，從壓縮時域大信號，擴展時域小信號并限幅超大信號入手，結(jié)合限幅和壓擴的優(yōu)點，提出了一種基于雙曲漸近線壓擴函數(shù)的降低大PAPR產(chǎn)生概率的壓擴方法。本發(fā)明應用于OFDM系統(tǒng)中。
文檔編號H04B7/005GK101753500SQ20081020724
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者周云峰 申請人:中國電子科技集團公司第五十研究所