本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域中的一種正交頻分復(fù)用ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)系統(tǒng)中基于部分序列傳輸pts(partialtransmitsequence)算法降低信號(hào)峰值平均功率比(papr，peaktoaveragepowerratio，簡稱峰均比)的方法，可用于降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的峰均比。

背景技術(shù)：

正交頻分復(fù)用系統(tǒng)具有抗多徑衰落、頻譜利用率高和系統(tǒng)容量大等優(yōu)點(diǎn)，因而已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在無線通信系統(tǒng)中，包括地面數(shù)字視頻廣播dvb-t(digitalvideobroadcasting-terrestrial)，數(shù)字音頻廣播dab(digitalaudiobroadcasting)，無線局域網(wǎng)wlan(wirelesslocalareanetwork)，全球互通微波存取wimax(worldwideinteroperabilityformicrowaveaccess)等領(lǐng)域。

正交頻分復(fù)用系統(tǒng)最主要的缺點(diǎn)是具有較大的峰均比，它直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本和效率。在某個(gè)時(shí)刻，若多個(gè)載波以同一個(gè)方向進(jìn)行累加就會(huì)產(chǎn)生很大的峰值功率，從而要求功率放大器具有很寬的線性放大區(qū)域。否則，當(dāng)信號(hào)峰值落在功率放大器的非線形區(qū)域時(shí)，就會(huì)發(fā)生信號(hào)的畸變，從而產(chǎn)生子載波間的互相干擾和帶外輻射，破壞了子載波的正交性，降低系統(tǒng)性能。為了避免這種情況，功率放大器應(yīng)該工作在大功率補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)下。然而，這會(huì)導(dǎo)致非常低的功率放大效率，并且使得發(fā)射機(jī)的成本變得非常昂貴。另一方面，若正交頻分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用在移動(dòng)通信中，由于移動(dòng)終端的能量很有限，從而要求高效的功率放大。因此，在正交頻分復(fù)用多載波系統(tǒng)中，必須采用一定的技術(shù)來降低信號(hào)的峰均比值，使得發(fā)射機(jī)中的功率放大器能夠高效工作并提高系統(tǒng)的整體性能。

電子科技大學(xué)在其提出的專利申請文獻(xiàn)“一種降低ofdm系統(tǒng)的papr的pts方法”(申請日：2013年8月31日，申請?zhí)枺?01310389920.2,公開號(hào)：cn103441769a)中公開了一種降低ofdm系統(tǒng)的papr的pts方法。該方法的實(shí)施步驟是：第一，將經(jīng)過串并變換和基帶調(diào)制后的頻域信號(hào)按照傳統(tǒng)部分序列傳輸pts的劃分規(guī)則進(jìn)行劃分，然后將所有子塊通過自相關(guān)系數(shù)判決器，判斷出相關(guān)系數(shù)；第二，將上一步所判別出的自相關(guān)系數(shù)和所有子塊一起通過自相關(guān)信號(hào)發(fā)生器得到自相關(guān)頻域子塊信號(hào)；第三，將上一步所得的自相關(guān)頻域子塊信號(hào)進(jìn)行逆快速傅立葉變換ifft(inversefastfouriertransform)，將頻域自相關(guān)子塊信號(hào)變換到時(shí)域，變換后的所有子塊信號(hào)分別乘以相位選擇因子；第四，根據(jù)峰均比計(jì)算公式計(jì)算每個(gè)備選傳輸序列的峰均比，并選擇其中具有最小峰均比的信號(hào)用于傳輸。該方法與傳統(tǒng)的基于部分序列傳輸?shù)姆椒ㄏ啾龋诮邮斩藷o須邊帶信息即可恢復(fù)出原始信號(hào)，節(jié)省了帶寬，有效地提高了頻譜的利用效率，同時(shí)可以有效的降低正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的峰均比。該方法存在的不足之處是：由于多了自相關(guān)系數(shù)判別器和自相關(guān)信號(hào)發(fā)生器，導(dǎo)致該方法復(fù)雜度較高，從而增大了整個(gè)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的復(fù)雜度。

duanmuc等人在其發(fā)表的論文“reductionofthepaprinofdmsystemsbyintelligentlyapplyingbothptsandslmalgorithms”(wirelesspersonalcommunications,2014,74(2):849-863)中提出一種聯(lián)合選擇性映射和部分序列傳輸來降低峰均比的方法。該方法的實(shí)施步驟是：第一，發(fā)射端信號(hào)處理器對輸入信號(hào)進(jìn)行串并變換，獲得一個(gè)并行傳輸?shù)男盘?hào)序列；第二，將信號(hào)分成兩個(gè)部分；第三，將第一個(gè)部分進(jìn)行部分序列傳輸，同時(shí)，將第二個(gè)部分進(jìn)行選擇性映射。第四，將第一部分得到的信號(hào)和第二部分得到的信號(hào)合并相加得到傳輸信號(hào)。該方法在一定程度上降低了傳輸信號(hào)的峰均比，而且在理想狀況下，沒有誤比特率的性能損失。在特定的通信場景中，能夠滿足用戶對于通信系統(tǒng)的性能要求。該方法存在的不足之處是：第一，該方法的運(yùn)算復(fù)雜度過高；第二，該方法對峰均比的降低幅度不夠大，無法滿足大多數(shù)移動(dòng)用戶終端設(shè)備對峰均比性能值的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，針對正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)提供一種基于部分序列傳輸pts算法的峰均比降低方法，不僅可以大幅度降低正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)傳輸信號(hào)的峰均比，而且可以降低正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的復(fù)雜度；在正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)接收端，此方法不會(huì)帶來系統(tǒng)誤碼率的增加。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體思路是，先將正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)發(fā)射端待處理的信號(hào)序列經(jīng)過編碼、調(diào)制、串并轉(zhuǎn)換之后，分割成多個(gè)互不重疊的子序列，再將子序列分成多組，每組分別進(jìn)行部分序列傳輸pts操作，然后再將每組得到的最優(yōu)子序列進(jìn)行循環(huán)移位序列css(cyclicshiftedsequence)操作，最終得到發(fā)射端的待發(fā)射信號(hào)序列。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的具體步驟如下：

(1)輸入待處理信號(hào)：

向正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的發(fā)射端輸入待處理的電信號(hào)；

(2)信號(hào)編碼：

將輸入的電信號(hào)分別通過信源編碼器和信道編碼器進(jìn)行信源編碼和信道編碼，得到二進(jìn)制比特流；

(3)對二進(jìn)制比特流進(jìn)行數(shù)字調(diào)制：

使用數(shù)字調(diào)制器，對二進(jìn)制比特流進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，得到正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的串行信號(hào)序列；

(4)對串行信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換：

通過串并轉(zhuǎn)換器，將輸入的正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的串行傳輸?shù)男盘?hào)序列轉(zhuǎn)換為并行傳輸?shù)男盘?hào)序列；

(5)分割并行信號(hào)序列：

(5a)采用相鄰分割的方法，將長度為n的并行傳輸?shù)恼活l分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的信號(hào)序列分為v個(gè)互不重疊的子序列，每個(gè)序列的長度為n/v；

(5b)對分割后的每個(gè)子序列進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)零，得到v個(gè)長度為n的子序列；

(6)對v個(gè)子序列進(jìn)行逆傅里葉變換：

分別對v個(gè)長度為n的子序列進(jìn)行逆傅里葉變換，得到v個(gè)長度為n的時(shí)域子序列；

(7)對v個(gè)時(shí)域子序列進(jìn)行分組：

采用隨機(jī)分組的方式，將v個(gè)時(shí)域子序列隨機(jī)分成m個(gè)互不重疊的時(shí)域子序列組，每個(gè)時(shí)域子序列組包含k個(gè)時(shí)域子序列，得到m個(gè)時(shí)域子序列組；

(8)獲得m個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列：

分別對m個(gè)時(shí)域子序列組進(jìn)行部分序列傳輸pts操作，得到m個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列；

(9)獲得時(shí)域最優(yōu)序列：

對m個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列進(jìn)行循環(huán)移位序列css操作，得到一個(gè)時(shí)域最優(yōu)序列；

(10)發(fā)送時(shí)域最優(yōu)序列：

將得到的時(shí)域最優(yōu)序列通過信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)送到信道中。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一，由于本發(fā)明采用隨機(jī)分組的方式，對v個(gè)時(shí)域子序列進(jìn)行分組，得到m個(gè)時(shí)域子序列組，分別對m個(gè)時(shí)域子序列組進(jìn)行部分序列傳輸pts操作，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的運(yùn)算復(fù)雜度過高的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明具有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)。

第二，由于本發(fā)明通過部分序列傳輸pts操作對多個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列進(jìn)行循環(huán)移位序列css操作，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的正交頻分復(fù)用ofdm信號(hào)峰均比降低幅度不夠大的缺點(diǎn)，具有峰均比降低幅度比較大的優(yōu)點(diǎn)，提高了通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的功率利用率，可以滿足移動(dòng)用戶終端設(shè)備對峰均比性能值的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明中序列傳輸pts操作步驟的流程圖；

圖3為本發(fā)明中循環(huán)移位序列css操作步驟的流程圖；

圖4為本發(fā)明仿真圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

參照附圖1，對本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法做進(jìn)一步描述。

步驟1，輸入待處理信號(hào)。

向正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的發(fā)射端輸入待處理的電信號(hào)。

步驟2，信號(hào)編碼。

將輸入的電信號(hào)分別通過信源編碼器和信道編碼器進(jìn)行信源編碼和信道編碼，得到二進(jìn)制比特流。

所述的信源編碼器的參數(shù)和信道編碼器的參數(shù)由正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的參數(shù)決定。

步驟3，二進(jìn)制比特流進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。

使用數(shù)字調(diào)制器，對二進(jìn)制比特流進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，得到正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的串行信號(hào)序列。

所述的數(shù)字調(diào)制器的參數(shù)由正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的參數(shù)決定。

步驟4，對串行信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換。

通過串并轉(zhuǎn)換器，將輸入的正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的串行傳輸?shù)男盘?hào)序列轉(zhuǎn)換為并行傳輸?shù)男盘?hào)序列。

步驟5，分割并行信號(hào)序列。

首先，采用相鄰分割的方法，將長度為n的并行傳輸?shù)恼活l分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的信號(hào)序列分為v個(gè)互不重疊的子序列，每個(gè)序列的長度為n/v。

所述的相鄰分割方法的具體步驟為：

第一步，將長度為n的并行傳輸?shù)恼活l分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的信號(hào)序列分為v個(gè)互不重疊的子序列，每個(gè)序列的長度為n/v；

第二步，對分割后的每個(gè)子序列進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)零，得到分割后的多個(gè)子序列；

第三步，將所有子序列對應(yīng)位置的元素相加，所得到的結(jié)果若是等于分割前的長度為n的并行傳輸?shù)恼活l分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的信號(hào)序列，則得到分割后的每個(gè)子序列，否則，執(zhí)行第一步。

其次，對分割后的每個(gè)子序列進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)零，得到v個(gè)長度為n的子序列。

步驟6，對v個(gè)子序列進(jìn)行逆傅里葉變換。

分別對v個(gè)長度為n的子序列進(jìn)行逆傅里葉變換，得到v個(gè)長度為n的時(shí)域子序列。

步驟7，對v個(gè)時(shí)域子序列進(jìn)行分組。

采用隨機(jī)分組的方式，將v個(gè)時(shí)域子序列隨機(jī)分成m個(gè)互不重疊的時(shí)域子序列組，每個(gè)時(shí)域子序列組包含k個(gè)時(shí)域子序列，得到m個(gè)時(shí)域子序列組。

所述隨機(jī)分組方式的具體步驟為：將v個(gè)時(shí)域子序列隨機(jī)地分成m個(gè)互不重疊的時(shí)域子序列組，每個(gè)時(shí)域子序列組包含k個(gè)時(shí)域子序列，得到m個(gè)時(shí)域子序列組其中表示第m個(gè)時(shí)域子序列組中的第k個(gè)子序列。

步驟8，獲得m個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列。

分別對m個(gè)時(shí)域子序列組進(jìn)行部分序列傳輸pts操作，得到m個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列。

下面結(jié)合圖2對本發(fā)明中部分序列傳輸pts操作的具體步驟進(jìn)行如下描述。

第一步，任意選取一個(gè)時(shí)域子序列組。

第二步，將當(dāng)前閥值設(shè)置為100，將當(dāng)前備選旋轉(zhuǎn)因子組合設(shè)置為第一個(gè)旋轉(zhuǎn)因子組合，將當(dāng)前最優(yōu)旋轉(zhuǎn)因子組合設(shè)置為第一個(gè)旋轉(zhuǎn)因子組合，旋轉(zhuǎn)因子組合共w^k個(gè)，其中，w表示旋轉(zhuǎn)因子組合中每個(gè)旋轉(zhuǎn)因子的取值個(gè)數(shù)，k表示當(dāng)前時(shí)域子序列組含有的時(shí)域子序列個(gè)數(shù)。

第三步，將當(dāng)前時(shí)域子序列組中的每一個(gè)時(shí)域子序列與當(dāng)前備選旋轉(zhuǎn)因子組合中該時(shí)域子序列對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子相乘，得到多個(gè)加權(quán)后的時(shí)域子序列。

第四步，將所有加權(quán)后的時(shí)域子序列對應(yīng)位置的元素相加后組成備選時(shí)域子序列。

第五步，計(jì)算備選時(shí)域子序列中的元素的最大值，如果得到的最大值小于等于當(dāng)前的閥值，則將當(dāng)前閥值設(shè)置為當(dāng)前的最大值，同時(shí)將當(dāng)前最優(yōu)旋轉(zhuǎn)因子組合設(shè)置為當(dāng)前備選旋轉(zhuǎn)因子組合。

第六步，判斷備選旋轉(zhuǎn)因子組合是否取完所有旋轉(zhuǎn)因子組合，若是，則執(zhí)行本步驟的第七步，否則，將當(dāng)前備選旋轉(zhuǎn)因子組合設(shè)置為下一個(gè)還沒有選取過的旋轉(zhuǎn)因子組合，執(zhí)行本步驟的第三步。

第七步，將當(dāng)前時(shí)域子序列組中的每一個(gè)時(shí)域子序列與當(dāng)前最優(yōu)旋轉(zhuǎn)因子組合中該時(shí)域子序列對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子相乘，得到多個(gè)加權(quán)后的時(shí)域子序列，再將所有的加權(quán)后的時(shí)域子序列對應(yīng)位置的元素相加，組成一個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列。

第九步，判斷是否取完所有時(shí)域子序列組，若是，得到多個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列，否則，將當(dāng)前時(shí)域子序列組設(shè)置為下一個(gè)還沒選取過的時(shí)域子序列組，執(zhí)行本步驟的第二步。

步驟9，獲得時(shí)域最優(yōu)序列。

對m個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列進(jìn)行循環(huán)移位序列css操作，得到一個(gè)時(shí)域最優(yōu)序列。

下面結(jié)合圖3對本發(fā)明中循環(huán)移位序列css操作的具體步驟進(jìn)行如下描述。

第一步，將當(dāng)前閥值設(shè)置為100，將當(dāng)前備選循環(huán)移位數(shù)組合設(shè)置為第一個(gè)循環(huán)移位數(shù)組合，將當(dāng)前最優(yōu)循環(huán)移位數(shù)組合設(shè)置為第一個(gè)循環(huán)移位數(shù)組合，循環(huán)移位數(shù)組合共s^m個(gè)，其中，s表示循環(huán)移位數(shù)組合中每個(gè)循環(huán)移位數(shù)的取值個(gè)數(shù)，m表示時(shí)域最優(yōu)子序列的個(gè)數(shù)。

第二步，根據(jù)當(dāng)前備選循環(huán)移位數(shù)組合中每一個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列對應(yīng)的循環(huán)移位數(shù)，將每一個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列進(jìn)行循環(huán)移位，得到多個(gè)循環(huán)移位后的時(shí)域最優(yōu)子序列。

第三步，將所有循環(huán)移位后的時(shí)域最優(yōu)子序列對應(yīng)位置的元素相加，組成備選時(shí)域最優(yōu)序列。

第四步，計(jì)算備選時(shí)域最優(yōu)子序列中的元素的最大值，如果得到的最大值小于等于當(dāng)前的閥值，則將當(dāng)前閥值設(shè)置為當(dāng)前的最大值，同時(shí)將當(dāng)前最優(yōu)循環(huán)移位數(shù)組合設(shè)置為當(dāng)前備選循環(huán)移位數(shù)組合。

第五步，判斷備選循環(huán)移位數(shù)組合是否取完所有循環(huán)移位數(shù)組合，若是，則執(zhí)行本步驟的第六步，否則，將當(dāng)前備選循環(huán)移位數(shù)組合設(shè)置為下一個(gè)還沒有取過的循環(huán)移位數(shù)組合，執(zhí)行本步驟的第二步。

第六步，根據(jù)當(dāng)前最優(yōu)循環(huán)移位數(shù)組合中每一個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列對應(yīng)的循環(huán)移位數(shù)，將每一個(gè)時(shí)域最優(yōu)子序列進(jìn)行循環(huán)移位，得到多個(gè)循環(huán)移位后的時(shí)域最優(yōu)子序列，再將所有循環(huán)移位后的時(shí)域最優(yōu)子序列對應(yīng)位置的元素相加，組成時(shí)域最優(yōu)序列。

步驟10，發(fā)送時(shí)域最優(yōu)序列。

將得到的時(shí)域最優(yōu)序列通過信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)送到信道中。

下面通過本發(fā)明的仿真實(shí)驗(yàn)對本發(fā)明的效果做進(jìn)一步說明。

1.仿真條件：

本發(fā)明的仿真實(shí)驗(yàn)使用matlab8.5.0仿真軟件，系統(tǒng)參數(shù)n設(shè)置為128，v設(shè)置為4，m設(shè)置為2。原始部分序列傳輸pts方法的分割得到的子序列個(gè)數(shù)為4，分割方式為相鄰分割，相位旋轉(zhuǎn)因子數(shù)為2，本發(fā)明提出的算法中相位旋轉(zhuǎn)因子數(shù)為2。

2.仿真內(nèi)容：

本發(fā)明的仿真實(shí)驗(yàn)是使用本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的部分序列傳輸pts方法，分別對原始正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)發(fā)射端的信號(hào)進(jìn)行處理，得到兩條峰均比性能曲線如圖4所示。圖4中的橫軸表示正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)信號(hào)峰均比門限值，單位db，縱軸表示互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)。圖4中以五角星標(biāo)志的曲線表示使用本發(fā)明提出的方法，對正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)發(fā)射端的信號(hào)進(jìn)行處理后的峰均比性能曲線，以方塊標(biāo)志的曲線表示使用傳統(tǒng)部分序列傳輸pts方法，對正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)發(fā)射端的信號(hào)進(jìn)行處理后的峰均比性能曲線，以圓圈標(biāo)志的曲線表示原始正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)發(fā)射端的信號(hào)的峰均比性能曲線。

3.仿真結(jié)果分析：

由圖4的仿真圖可見，本發(fā)明在互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)為10^-4時(shí)，能夠?qū)⒄活l分復(fù)用ofdm系統(tǒng)的信號(hào)峰均比降低4db，與現(xiàn)有技術(shù)的部分傳輸pts方法相比，有將近1.5db的峰均比增益，與原始正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)發(fā)射端的信號(hào)相比，有將近4db的峰均比增益，而現(xiàn)有技術(shù)的部分傳輸pts方法與原始正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)發(fā)射端的信號(hào)相比，只有2.5db的峰均比增益。由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的部分傳輸pts方法相比，能夠顯著地降低原始正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)傳輸信號(hào)的峰均比。