一種迭代限幅濾波降低ofdm信號峰均比的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字無線通信傳輸技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種迭代限幅濾波降低OFDM信號峰 均比的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 正交頻分復(fù)用（(Orthogonal Frequen巧 Division Multiplexing,(FDM)技術(shù)是一 種多載波調(diào)制技術(shù)，憑借其較高的傳輸速率、較強的抗多徑能力等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于無線 通信領(lǐng)域，是第四代地面移動通信的核屯、技術(shù)之一。
[0003] OFDM技術(shù)的基本原理是將高速串行的輸入數(shù)據(jù)流調(diào)制到Ns路相互正交的低速并 行的子載波上，使得每路子載波數(shù)據(jù)流的信息速率降低為輸入數(shù)據(jù)流的1/Ns倍，數(shù)據(jù)符號 周期擴展為輸入數(shù)據(jù)的Ns倍。OFDM的調(diào)制/解調(diào)過程通常采用逆傅里葉變換/傅里葉變換 (Inverse !^ist Fourier Transform,IFFT/FFT)實現(xiàn)，故基帶0抑M符號表示為
[000引其中，X化)為第k個子載波上的數(shù)據(jù)，Ns為IFFT的大小。
[0006] 從(FDM基帶信號的表達式可W看出，(FDM調(diào)制信號由化個獨立且正交的子載波疊 加而成。當(dāng)Ns個子載波同相疊加時可能產(chǎn)生較大的峰值，導(dǎo)致OFDM系統(tǒng)的峰值平均功率 (Peak-to-Average I^wer Ratio,PAPR)較高。PAPR定義為(FDM信號最大信號峰值功率與信 號平均功率之比，表示為
[000引其中，x(n)為(FDM基帶信號，E[ ?]表示計算期望。衡量PAPR性能最常用的方法是 補償累積分布函數(shù)（Complementary Cumulative Dishibution F^mction,CCDF)，表不數(shù) 據(jù)塊的PAPR超過給定口限A的概率:CCDF = P{PAPR〉M。
[0009] 由于OFDM信號具有較大的PAPR，通常要求發(fā)射機中功率放大器必須具有較大的線 性動態(tài)范圍，尤其是當(dāng)發(fā)射機非線性功放工作在接近飽和點時，信號會產(chǎn)生嚴(yán)重的帶外頻 譜泄漏和帶內(nèi)失真，導(dǎo)致鄰道干擾和誤比特率(Bit Error Rate,肥R)性能下降。常用的 PAPR抑制技術(shù)主要分為S類，即預(yù)崎變技術(shù)、信號編碼技術(shù)、概率類技術(shù)。其中，信號編碼技 術(shù)和概率類技術(shù)需要傳輸額外信息用于接收端解調(diào)，預(yù)崎變技術(shù)中壓擴變換技術(shù)需要在接 收端進行解壓擴處理。綜合考慮PAPR抑制方法的性能與硬件實現(xiàn)復(fù)雜度，預(yù)崎變技術(shù)中迭 代限幅濾波技術(shù)是較為簡單實用的PAPR抑制方法。
[0010] 傳統(tǒng)的迭代限幅濾波方法（Iterative Clipping and FilteringJCF)包括限幅 與濾波兩步處理。限幅處理將過采樣J倍的0抑M信號{xu(n)，n = 0,…，JNs-1}的幅值與口限A 相比，對超過A的幅值進行限幅處理，表示為
[001^ 其中，Xeu(n)為限幅處理后的(FDM信號，|xu(n)巧限幅處理前(FDM信號幅值，磚。林） 為限幅處理前O F D M信號相位。通過對中間插入N S ( J - 1 )個零的頻域信號 …腳/( = 0，..'，- 1也蘭A';、/2 4- 1，....或-II.進行JNs點IFFT變換得到過采樣J倍的 W'(J-I) O抑M信號。
[0013] 為了降低限幅處理引入的帶外頻譜干擾，通常對限幅后的信號進行頻域低通濾 波。首先，將限幅后的信號Ixcu(n)，!! = 0，??? JNs-U通過J化點的FFT變換到頻域得到頻域信 號{Xcu化），k = 0,…，JNs-1};然后，將{Xcu化），4 = 0，...，孤-1}中間化(尸1)個采樣置零。由 于濾波處理將導(dǎo)致OFDM信號峰值再生，故需要對(FDM信號多次重復(fù)上述限幅濾波處理，獲 得較好的PAPR抑制性能。
[0014] 從方法實現(xiàn)的角度分析，傳統(tǒng)的迭代限幅濾波方法需要在限幅處理前將信號x(n) 從實部與虛部變換為極坐標(biāo)下的幅值A(chǔ)(n)與相位0(n)，根據(jù)限幅口限對幅值進 行限幅，相位保持不變，，在限幅處理后將極坐標(biāo)下信號的幅值A(chǔ)(n)與相位0(n)變換為直角 坐標(biāo)下的0抑M信號的實部Re{x(n)}與虛部Im{x(n)}。由此可知，在1次迭代過程的限幅處理 中就需要進行2次坐標(biāo)變換，故此類ICF方法的迭代計算過程實現(xiàn)較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種迭代限幅濾波降低 (FDM信號峰均比的方法。該方法首先根據(jù)限幅比丫對OFDM時域信號的實部與虛部分別按照 限幅因子a進行限幅處理;然后，對OFDM頻域信號進行濾波與星座擴展，并變換到時域繼續(xù) 下一次迭代限幅處理。該方法的限幅處理單元根據(jù)限幅因子分別針對信號的實部與虛部進 行限幅，通過適當(dāng)選擇限幅因子，限幅處理僅需加法運算，迭代運算單元采用多次復(fù)用設(shè) 計，降低復(fù)雜度的同時可W獲得較好的系統(tǒng)性能。
[0016] 本發(fā)明解決的技術(shù)方案為:一種迭代限幅濾波降低OFDM信號峰均比的方法，步驟 如下：
[0017] (1)提取OFDM時域基帶信號{x(n)，n = 0,…，Ns-1}的實部和虛部，計算OFDM時域基 帶信號功率{P(n)，n = 0,…，化-1}，表示為 [001 引 P(n) = (Re{x(n)} )2+(Im{x(n)})2
[0019]式中，Re{x(n)}和Im{x(n)}分別為OFDM時域基帶信號中第n個采樣x(n)的實部和 虛部;OFDM時域基帶信號{x(n)，n = 0,…，Ns-1}的表達式為
[0021] 式中，Nd為OFDM頻域有效子載波數(shù)，化為IFFT/FFT變換的大小，X化)為第k個子載波 上調(diào)制的頻域數(shù)據(jù)，通過將長度為Nd的MPSK/MQAM調(diào)制的復(fù)隨機序列映射到0抑M頻域相互 正交的Ns個子載波的Nd個低頻分量上，（Ns-Nd)個高頻分量補零，得到OFDM頻域序列 !乂(的A 二0'...，八'',/2-1，Ay2十!，...，/V.'i - I!; 巧…％
[0022] (2)將步驟（1)中計算得到OFDM時域基帶信號功率{P(n)，n = 0,…，化-^與限幅口 限Po相比，根據(jù)設(shè)定的限幅因子〇,優(yōu)選〇如<1，對超過Po的(FDM信號采樣的實部與虛部進行 限幅，表示為
[Rc{.'v("K ,戶("）<C Im{.v(/?)^ ，P(n)<P。
[002；3] Re沁的} = ' 、 。，Im;A., ("H= ' 。 " |、a'Rc{v(")}巧"）> G 、 [a . ,巧"）> 巧
[0024] 式中，xc(n)為限幅后的(FDM時域基帶信號，限幅口限Po由設(shè)定的限幅比丫與(FDM 時域基帶信號Ix(n)，n = 0,…，Ns-U的平均功率E[ |x(n)鬥確定，即P0 = l0Y/w . E[ |x(n) 鬥。
[002引（3)將步驟(2)得到的限幅后的0抑M時域基帶信號{xc(n)，n = 0,…，化-^通過化點 FFT變換得到頻域信號陸(k)，k = 0,…，Ns-1}，將陸化），k = 0,…，Ns-1}中間化-Nd個采樣值 置零，得到頻域濾波后的信號{XCF化），k = 0,…，化-1}，表示為 Po ,Nj2<k<{N、一Nj2 - X)
[0026] 義"倘二 , " {X^(k)，0 < k《N立/2 或(Ns- M立/2 - 1) < - l
[0027] (4)將步驟(3)頻域濾波后的信號{XcF化），k = 0,…，化-^通過化點IFFT變換得到1 次限幅濾波后的OFDM時域信號{XCF(n)，n = 0，…，Ns-I};
[0028] (5)設(shè)定最大迭代次數(shù)為I，將步驟(4)得到的限幅濾波后的OFDM時域信號{xcF(n)， n = 0,…，Ns-U代替步驟（1)中輸入的0抑M時域基帶信號{x(n)，n = 0,…，化-1}，重復(fù)步驟 (1)~(4)，直到迭代次數(shù)滿足設(shè)置的最大迭代次數(shù)I，將第1次步驟(4)得到的限幅濾波后的 (FDM時域信號{xcF(n)，n = 0,…，Ns-U的值，作為迭代限幅濾波后的(FDM時域信號{y(n)，n =0,...，化-1}。
[0029] OFDM信號的峰均功率比（PAPR)表示為0抑M時域信號最大信號峰值功率與信號平 均功率之比，表示為
[0031]式中，x(n)為(FDM基帶信號，E[ ?]表示計算期望。
[0032 ]衡量OFDM信號PAP財生能的補償累積分布函數(shù)(CCDF)表示為
[0033] CCDF = P{PAPR〉M
[0034] 式中，A為衡量PAP財生能時給定的口限。
[0035] 基于上述發(fā)送端的(FDM時域基帶信號，本發(fā)明所提出的迭代限幅濾波的(FDM峰均 比抑制方法的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示，具有W下步驟：
[0036] (1)計算信號功率
[0037] 0抑M基帶信號{x(n)，n = 0,…，Ns-U為復(fù)數(shù)信號，根據(jù)其實部和虛部計算OFDM基 帶信號功率{P(n)，n = 0,…，化-1}，表示為
[