專利名稱:一種ofdm無(wú)線數(shù)字地震儀傳輸系統(tǒng)降低papr融合法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及油氣地震勘探領(lǐng)域,尤其是在無(wú)線數(shù)字地震儀數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中采用正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術(shù)對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種利用動(dòng)態(tài)掃描選擇性映射與壓縮擴(kuò)展聯(lián)合改進(jìn)方法降低傳輸系統(tǒng)中峰值功率與平均功率比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)問(wèn)題。
背景技術(shù):
用于石油和天然氣地球物理勘探的數(shù)字地震儀按照數(shù)據(jù)傳輸方式可分為有線數(shù)字地震儀和無(wú)線數(shù)字地震儀。有線的地震儀的特征是完全由有線系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)需要發(fā)送指令和傳輸采集數(shù)據(jù),在目前的野外實(shí)際應(yīng)用中占有主導(dǎo)地位。但有線地震儀存在總體重量笨重、人工成本高、風(fēng)險(xiǎn)大,通過(guò)電纜傳輸功耗和準(zhǔn)確性降低是有線傳輸系統(tǒng)的瓶頸。 現(xiàn)在,用無(wú)線通信代替電纜的無(wú)線數(shù)字地震儀可以有效地改善有線地震儀的缺點(diǎn)。正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)以其高效的頻譜利用率、良好的抗多徑衰落性能、系統(tǒng)容量大等特點(diǎn),成為了第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一,同樣也可以應(yīng)用在無(wú)線數(shù)字地震儀的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中。但是,由于OFDM信號(hào)在時(shí)域上表現(xiàn)為多個(gè)正交子載波信號(hào)疊加而成的,其信號(hào)具有高的PAPR,這一特點(diǎn)就要求移動(dòng)通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)的高功率放大器具有很高的線性度,否則會(huì)產(chǎn)生非線性失真,非線性失真所產(chǎn)生的諧波會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。但是較大動(dòng)態(tài)范圍的功率器件,意味著發(fā)射機(jī)的設(shè)備成本更高。目前提出的降低PAI^R方法有很多,主要有信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)、信號(hào)擾碼技術(shù)、編碼技術(shù)三類,其中信號(hào)預(yù)畸變技術(shù)包括限幅、壓擴(kuò)變換和預(yù)留子載波等;信號(hào)擾碼技術(shù)包括選擇性映射法(SLM)和部分傳輸序列法(PTS);編碼技術(shù)包括Reed-Muller編碼和Golay互補(bǔ)序列等。目前國(guó)內(nèi)外降低PAPR的算法很多,各種算法都有優(yōu)點(diǎn)及其局限性。總的來(lái)說(shuō),這些算法普遍以犧牲系統(tǒng)性能為代價(jià),如信號(hào)畸變技術(shù)是以降低系統(tǒng)BER性能為主要代價(jià)來(lái)獲得低PAPR性能的。信號(hào)擾碼技術(shù)具有良好的PAPR降低性能,但它是以較高的系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜度為代價(jià)獲得良好PAI3R性能。編碼技術(shù)類技術(shù)由于需要發(fā)送大量冗余信息而使系統(tǒng)信息速率大幅度降低,即它是以降低系統(tǒng)功率性能為代價(jià)獲得較好PAPR性能。壓縮擴(kuò)展技術(shù)具有較好的性能,相對(duì)來(lái)說(shuō)復(fù)雜度較低,在實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用。 壓擴(kuò)法的原理是在發(fā)送端,根據(jù)不同的壓縮曲線,通過(guò)非線性變換提升信號(hào)中的低幅度值, 同時(shí)降低信號(hào)高幅度值的部分,保持信號(hào)平均功率不變,從而達(dá)到降低PAPR的作用。在接收端可以通過(guò)相應(yīng)的逆變換,來(lái)恢復(fù)出初始信號(hào)。如何更加有效地避免OFDM系統(tǒng)中的高PAPR值,使其更便于在無(wú)線數(shù)字地震儀數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中得到實(shí)際運(yùn)用,這是OFDM系統(tǒng)中必須要解決的問(wèn)題。選擇映射法(SLM)是一種有效地?zé)o失真的降低PAPR的算法,但高的計(jì)算復(fù)雜度和降低PAPR能力小是SLM的主要缺點(diǎn)。本專利根據(jù)現(xiàn)有SLM和壓縮擴(kuò)展算法的優(yōu)缺點(diǎn),綜合考慮從降低PAPR效果和計(jì)算量?jī)煞矫鎭?lái)進(jìn)行互補(bǔ)性能選取不同方法的聯(lián)合改進(jìn)技術(shù)——?jiǎng)討B(tài)SLM算法和壓縮擴(kuò)展聯(lián)合算法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種OFDM無(wú)線數(shù)字地震儀傳輸系統(tǒng)降低PAPR融合法。該方法在收發(fā)兩端實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,與傳統(tǒng)的SLM方法相比,在不犧牲降低PAPR能力的同時(shí),能更好的降低OFDM系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度。本發(fā)明提供了一種OFDM無(wú)線數(shù)字地震儀傳輸系統(tǒng)降低PAPR融合法,該方法步驟如下
1)在發(fā)送端對(duì)采集到的地震數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行串并變換轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù);
2)對(duì)第i行并行數(shù)據(jù)進(jìn)行如下操作,其中i表示并行數(shù)據(jù)的行數(shù),
3 )設(shè)置初值H = = 1,其中η表示相位因子的組數(shù),Ii = - -ΛΓ,i表示復(fù)制的N組 OFDM信號(hào)中PAra最小的一組的序號(hào);
4)將第η組并行數(shù)據(jù)與相位序列&相乘,執(zhí)行逆向快速傅立葉變換得到Zw(O,計(jì)算
其 PAPR 值,即 PAPR(ZwCO);
5)如果^ (ζ^ Ο J0 ,其中Jb為預(yù)設(shè)的閥值,則跳到6),否則跳到7);
6)^w= η5. !) = 2 ,即^*)表示復(fù)制的N組OFDM信號(hào)中PAPR最小的一組信號(hào), 則跳到10);
7) \I PAPR(zw(0)<PAPR(Zi")( )) ’ 則跳到 7a),否則跳到 7b);
7a)令G = w ,即將本次的信號(hào)視為PAPR最小的信號(hào); 7b) λ = n + 1 ;
8)如果w>AT,則跳到9),否則跳到4);
9)MzHt)進(jìn)行壓縮處理,z(t) = α05ζ*( )+(10.05>weaKz"(i)),跳到 10)
10)將經(jīng)過(guò)處理得到的具有最小的PAPR信號(hào)進(jìn)行發(fā)送;
11)ι—= +1且i—>M,跳到12),否則跳到2);
12)結(jié)束。本發(fā)明的有益效果在于,該算法可以在達(dá)到傳統(tǒng)SLM算法降低PAPR相似性能的前提下,大大地降低計(jì)算復(fù)雜度。給定的功率放大器要求輸入信號(hào)的PAI^R值小于一個(gè)預(yù)設(shè)閥
值作,若給定M個(gè)子載波,復(fù)制N次,和PAPR超過(guò)閥值的概率p=Pr { PJPR{^m>y6 },
則可以根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種OFDM無(wú)線數(shù)字地震儀傳輸系統(tǒng)降低PAPR融合法,該方法應(yīng)用在 OFDM無(wú)線數(shù)字地震儀傳輸系統(tǒng)中,融合了動(dòng)態(tài)選擇映射和壓縮擴(kuò)張法以降低PAPR,其特征在于包括如下步驟步驟1發(fā)送端將采集到的地震數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行串并變換為并行數(shù)據(jù); 步驟2對(duì)第i行并行數(shù)據(jù)進(jìn)行如下操作,其中i表示并行數(shù)據(jù)的行數(shù), i = 1,2…M ;步驟3設(shè)置初值n =。二 1 ,其中η表示相位因子的組數(shù), = 1,2—ΛΓ,-表示復(fù)制的N組OFDM信號(hào)中PAPR最小的一組的序號(hào);步驟4將第η組并行數(shù)據(jù)與相位序列&相乘,執(zhí)行逆向快速傅立葉變換得到一 (O,計(jì)算其 PAI3R 值,即 PAPR(ZwCO);步驟5如,其中Jb為預(yù)設(shè)閥值,則跳到6,否則跳到7;步驟6令η且i = ,即_表示復(fù)制的N組OFDM信號(hào)中PAPR最小的一組信號(hào),則跳到10;步驟7如果/MPiiOw(i)) <,則跳到7a,否則跳到7b ;7a令& = ιι,即將本次的信號(hào)視為PAI^R最小的信號(hào); 7b π = π+.1 ;步驟8如果if > Jf ,則跳到9,否則跳到4 ; 步驟9對(duì)ZiCi)進(jìn)行壓縮處理,根據(jù)非線性壓縮公式ζ( ) = 0.052" ( )+將壓縮后的信號(hào)作為PAI^R最小的^i),ft中mean表示求信號(hào)的平均值,跳到10 ;步驟10將經(jīng)過(guò)處理得到的具有最小的PAI^R信號(hào)經(jīng)信道發(fā)送到接收端;步驟11 i = 且 >Μ,跳到12,否則跳到2 ;步驟12結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDM無(wú)線數(shù)字地震儀傳輸系統(tǒng)降低PAPR融合法,其特征在于該方法中的壓縮器和擴(kuò)張器選擇傳統(tǒng)的非線性壓擴(kuò)中的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDM無(wú)線數(shù)字地震儀傳輸系統(tǒng)降低PAPR融合法,其特征在于采用動(dòng)態(tài)SLM算法只需要一個(gè)IFFT模塊,計(jì)算時(shí)間隨復(fù)制的個(gè)數(shù)N的增大而減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDM無(wú)線數(shù)字地震儀傳輸系統(tǒng)降低PAI^R融合法,其特征在于預(yù)設(shè)閥值7b由給定M個(gè)子載波數(shù),復(fù)制次數(shù)N及PAI5R超過(guò)預(yù)設(shè)閥值的概率 P=Pr{ FAPR(zM(£))>r0 !,通過(guò)公式
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDM無(wú)線數(shù)字地震儀傳輸系統(tǒng)降低PAPR融合法,其特征在于該方法同樣適用于其他OFDM系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種OFDM無(wú)線數(shù)字地震儀傳輸系統(tǒng)降低PAPR融合法,該方法將采集到的地震數(shù)據(jù)信號(hào)采用動(dòng)態(tài)選擇性映射與壓縮擴(kuò)展聯(lián)合方法來(lái)降低信號(hào)PAPR,降低了對(duì)射頻放大器的要求,提高其功率效率。同時(shí)在不犧牲降低PAPR能力的情況下,該方法大大降低傳統(tǒng)SLM算法的計(jì)算復(fù)雜度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)容易,能用于各類采用OFDM進(jìn)行調(diào)制的通信系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102170418SQ20111014328
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者黨煜蒲, 戈勇華, 羅仁澤 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)