CN101883066A - 一种改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置 - Google Patents

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伍晓琼
刘盈
黄家盛
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Abstract

本发明披露了一种改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置,该方法包括:发送端将输入信号序列进行串并变换,从变换后信号序列中提取部分并行信号序列执行;考虑功率分配,将该并行信号序列和叠加训练序列一一对应进行相加;并将相加结果和提取后剩余并行信号序列进行并行处理;将所有并行信号依次与N簇相位序列组中一个序列对应元素相乘,并对相乘结果执行逆向快速傅立叶变换;发端计算其对应PAPR值,一旦出现PAPR值比预设门限值小或相等,则选取此相位序列为相对最优即次优相位序列,否则取最小PAPR对应的作次优相位序列;最后,将次优相位序列中对应的PAPR值最小的并行信号作为结果进行发送。

Description

一种改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置
技术领域
本发明涉及正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,OFDM)移动通信***中对OFDM信号进行改善的技术领域,特别是涉及一种利用叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法及其装置。
背景技术
由于正交频分复用(OFDM)***具有频谱利用率高和抗多径衰落能力强等特点,因此在移动通信***中得到了广泛的应用。但是由于OFDM信号的一个固有缺点是存在高的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR),这就要求移动通信***中的发射机的功率放大器具有大的动态范围,否则会产生线性失真,从而影响OFDM***性能,也会增加发射机的设备成本。
在现有的OFDM***中,业界已经提出了很多种不同的PAPR降低方法。主要可以分为三类:第一类是信号畸变技术,即在信号经过放大之前,首先对功率值大于门限值的信号进行非线性处理,包括限幅法、压缩扩展法、加窗法等;第二类是编码方法,其基本原理是利用不同编码所产生不同的码组而选择PAPR较小的码组作为OFDM符号进行数据信息的传输,主要方法有分组编码法、M序列、格雷互补码序列等;第三类是信号扰码技术,即利用不同的加扰序列对OFDM符号进行加权处理,优化子信道的载波相位,从而选择PAPR较小的OFDM符号及相位组合来传输,如选择性映射、部分传输序列、载波预留和载波***等方法。用于加扰的序列称为权值向量。目前国内外降低PAPR的算法很多,各种算法都有优点及其局限性。总的来说,这些算法普遍以***性能的牺牲为代价,如信号畸变技术是以降低***BER性能为主要代价来获得低PAPR性能的。编码类技术由于需要发送大量冗余信息而使***信息速率大幅度降低,即它是以降低***功率性能为代价获得较好PAPR性能的。对于信号扰码类技术具有良好的PAPR降低性能,但它是以较高的***计算复杂度为代价获得良好PAPR性能的。
如何更有效地降低OFDM***中的PAPR值、便于移动通信***中实际运用是现有的OFDM***中遇到的必须要解决的问题,也是本领域的技术人员需要解决的问题。本专利利用目前研究较少但具有对信号峰值平均功率比的抑制作用和降低线性功放效率的影响,并且能进一步提高***频带利用率等优点的叠加训练序列方法来改进,以期更有效地降低***PAPR。
发明内容
为更有效地克服OFDM***中存在的上述缺陷,本发明目的是提供一种可以提高降低OFDM***中峰均功率比的效率,并能够更有效地应用于实际通信***中的方法及其装置。
按照本发明的一个方面,本发明提供了一种降低OFDM***中PAPR的方法,该方法步骤如下:首先,在发送端对输入信号序列进行串并变换;其次,针对变换后的部分并行信号,利用叠加训练序列方法并考虑功率分配因子将训练序列叠加到该并行信号上;接着,对所有并行信号执行与本发明中所采用的次优相位序列组f[N]对应序列元素进行相乘运算;之后,对上述处理后的信号序列进行IFFT变换处理;最后,发送端对各个并行信号经过上述处理后的变换输出结果分别进行峰值功率与平均功率比的计算,并从中选出一个峰均比值最小的结果进行发送。
其中,对于本发明中选择性映射方法采用的次优化相位序列的选取采用如下方法:改变一般地从{1,-1,i,-i}中选取的传统相位序列方法,利用预设门限方法,即采用混沌序列、m序列和格雷序列等N簇相位序列作相位序列,将发送信号序列复制为N组并依次利用N簇相位序列执行传统选择性映射方法。一旦出现数据的PAPR低于或等于门限,那么该信号序列对应的相位序列即为相对最优相位序列,我们称其为次优相位序列;若是执行完N簇相位序列,仍没有出现小于或等于预设门限的PAPR值,则选择最小PAPR值对应的相位序列为次优相位序列。
按照本发明的另一个方面,本发明提供了一种降低OFDM***中PAPR的方法的装置,该装置包括:优化处理相位序列选择次优相位序列处理装置、叠加训练序列方法处理模块以及选择性映射方法处理装置。
其中,采用优化处理相位序列处理装置中预设门限方法从N簇相位序列中选择出相对最优即次优相位序列,对于门限值则根据***具体需要来确定;采用叠加训练序列方法模块将训练序列按一定功率分配因子叠加在串并变换后的部分信息序列上发送;采用次优相位序列作为相位序列的选择性映射方法处理装置对融合了叠加训练序列方法后的所有并行信息序列进行处理,以降低峰均功率比,达到相对较有效的降低***峰均功率比的目的。
本发明的有益效果在于,改变传统相位序列选取方法,而采用预设门限方法选取,即利用N簇相位序列依次对发送信号执行传统选择性映射算法,计算PAPR并依次与门限值相比较,从中选取相对最优即次优相位序列;其次,通过叠加训练序列方法将训练序列按一定功率分配因子叠加到该部分并行信号上;最后,以次优相位序列作为相位序列对融合了叠加训练序列方法后的所有并行信息序列进行处理,同时将其中最小PAPR值对应的信号序列发送。这种方法能够达到相对原始方法更有效地降低***中峰均功率比的目的。
附图说明
图1是现有技术中应用选择性映射方法对信号进行处理的主要实现过程示意图;
图2是根据本发明的叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法的主要实现过程示意图;
图3是根据本发明的叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法中次优相位序列选取的主要实现过程示意图。图中p[1]、p[2]、...p[N]为信号序列组;a[1]、a[2]、...、a[N]为N簇相位序列,每簇相位序列所选均各不相同,如:a[1]为混沌序列,a[2]为m序列,...,a[N]为格雷序列。
图4是根据本发明的叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法的主要工作流程图;
图5是根据本发明的叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法的PAPR仿真曲线图;
图6是根据本发明的叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法的不同功率分配因子下叠加复巴克码序列的PAPR仿真曲线图;图中b为叠加训练序列的功率分配因子。
具体实施方式
下面将结合各个参考附图对本发明的技术方案的主要实现原理、具体实施方式等进行详细描述。
请参照图2,该图是本发明提出的一种利用叠加训练序列选择性映射方法处理发送信号的主要实现原理流程图,其主要实现过程如下:步骤A1,发送端将输入信号序列进行串并处理;步骤A2,针对串并变换后的并行传输信号序列,选取其中部分信号序列进行如下步骤处理:步骤T1,将叠加训练序列r[N]按一定功率分配因子b叠加到选取出的部分信号序列上;步骤T2,其中的叠加训练序列所占功率比因子b的设置,参考图7的仿真平台、仿真参数以及仿真结果,为保证叠加训练序列对***性能的影响较小,一般地我们在0~0.1之间取功率分配因子值b;步骤A3,将经过上述处理后的所有并行信号序列与经过预设门限方法处理选取出的次优相位序列f[N]]一一对应进行相乘运算;步骤A4,对上述处理后的信号序列进行IFFT变换处理。步骤A5,发送端对各个并行信号经过上述处理后的变换输出结果分别进行峰值功率与平均功率比的计算,并根据计算结果选出一个峰均比最小的结果进行发送。
请参照图3,该图是本发明提出的选择性映射方法中次优相位序列f[N]选取的主要实现过程示意图,主要实现过程如下:步骤B1,预设门限值,将输入信号序列经过复制模块I复制为N组信号序列组:p[1]、p[2]、...,p[N];步骤B2,将所得N组信号序列依次与相位序列(即:混沌序列a[1],m序列a[2],...,格雷序列a[N]等N簇相位序列组)执行传统选择性映射方法;步骤B3,首先计算出p[1]与a[1]经处理后所得信号的PAPR值,并与预设门限值进行比较。若是所得PAPR小于门限值,则将其对应的相位序列即a[1]作为次优相位序列输出,否则执行p[2]与a[2]这步;依次处理,一旦出现PAPR小于或等于门限值的,就选取该PAPR对应的相位序列为次优相位序列;若是执行完N次选择性映射方法,仍没有出现小于或等于预设门限的PAPR,则选择最小PAPR值对应的相位序列为次优相位序列,并将其信息输出;步骤B4,将选出的次优相位序列作相位序列的选择性映射方法处理后PAPR最小的输出结果进行发送。其中,步骤B1中预设的门限值根据***具体需要来确定,如:要使***PAPR值限定不大于7,同时要保证误码率在0.1%以下等要求,则可以取门限值为7。
请参照图4,该图是本发明提出的用叠加训练序列选择性映射方法改进主要实现原理流程图,其主要实现过程如下:步骤S0,发送端将输入信号序列进行串并变换;步骤S1,从变换后信号序列中提取部分并行信号序列执行:步骤T1,假设先取叠加训练序列功率因子为0.1,将该并行信号序列和叠加训练序列一一对应进行相加;步骤T2,并将相加结果和提取后剩余并行信号序列进行并行处理;步骤S2,利用图3预设门限处理选取出的次优化相位序列,对所有并行信号序列一一对应执行乘法运算;步骤S3,对上述处理后的信号序列执行IFFT变换;步骤S4,发送端对所有并行信号经上述处理后的变换输出结果分别进行峰值功率与平均功率比的计算;步骤S5,根据计算结果选择出一个峰均比最小的结果进行发送。
另一方面,本发明中对图二所述的步骤A2,将叠加训练序列叠加到选取出的部分传输序列上,其中的叠加训练序列的功率分配因子b的处理方法如下:利用功率分配因子单元,设置叠加训练序列所占的功率分配因子大小b;在利用次优相位序列进行选择性映射方法处理过程中,适当改变b值,本发明通过仿真选取叠加训练序列的功率分配因子b分别为0.1、0.3、0.5、0.9时,计算此时***PAPR值以及***误码率性能,从而寻找出不仅能降低***PAPR值,并且能满足***性能要求的功率分配因子,此时所对应的功率分配因子即为该***所选的相对最佳功率分配因子;最后将上述处理后的输出结果进行PAPR计算。
加法单元,用于将叠加训练序列叠加到串并变换后的部分并行信号上,处理后仍在这部分并行信号原来位置上发送;
参照图4根据本发明提出的用叠加训练序列选择性映射方法改进主要实现原理流程图,我们在其基础上搭建好的一个OFDM***平台上进行仿真以验证本发明提出的方法的性能。
算法仿真参数为:
■叠加训练序列采用长度为32的复巴克码序列
■每个OFDM信号包含128个子载波
■采用QSPK调制方法
■在20条多径瑞利衰落信道下
■使用长度为7的m序列作为相位序列
仿真图形:参见附图中图5、图6。
注:附图5中的叠加训练功率分配因子取b=0.1。
以上所披露的仅为本发明的优选实施例,当然不能以此来限定本发明的权利保护范围。可以理解,根据本发明所附权利要求书中限定的实质和范围所作的等同变化,仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置,该方法包括如下步骤:
步骤1发送端对输入信号序列进行串并变换,针对变换后的部分并行信号,利用叠加训练序列方法将训练序列按一定功率分配叠加到该并行信号上;
步骤2将经过上述处理后的所有并行信号序列和次优化相位序列f[N]对应序列元素进行相乘运算;
步骤3对上述处理后的信号序列进行IFFT变换处理;
步骤4发送端对各个并行信号经过上述处理后的变换输出结果分别进行峰值功率与平均功率比的计算,并从中选出一个峰均比值最小的结果进行发送。
2.根据权利要求1所述的改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置,其特征在于:
改变传统相位序列选取方法,利用预设门限方法从N簇相位序列组中选取次优相位序列作为本发明选择性映射方法中的改进相位序列;
具体过程为:步骤P1,预设门限值,预设的门限值根据***具体需要来确定;步骤P2,将输入信号序列经过复制模块I复制为N组信号序列组:p[1]、p[2]、...,p[N];步骤P3,将所得N组信号序列依次与混沌序列a[1],m序列a[2],...,格雷序列a[N]等N簇相位序列组依次执行传统选择性映射方法,将每次PAPR值与门限值比较,一旦出现PAPR小于或等于门限值的,就选取该PAPR对应的相位序列为次优相位序列;若是执行完N次选择性映射方法,仍没有出现小于或等于预设门限的PAPR,则选择最小PAPR值对应的相位序列为次优相位序列,并将其信息输出。
3.根据权利要求1所述的改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置,其特征在于:
针对串并变换后的部分并行信号利用叠加训练序列方法处理,设置相应的叠加训练序列所占功率分配因子b;其中叠加训练序列所占功率分配因子b的选取取决于叠加训练序列对***性能的影响以及实际对***性能的要求而定,一般地在0~0.1之间取值。
4.根据权利要求1所述的改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置,其特征在于,该装置包括如下单元:
串并变换单元,用于发送端将输入信号序列进行串并变换处理;
功率分配因子单元,用于设置叠加训练序列与信号序列功率分配所占比例大小;
乘法单元,其一,用于叠加训练序列与其所占功率分配因子进行相乘运算;其二,用于将所述串并变换单元变换后的所有并行信号(其中包括加法单元处理后的部分并行信号)和N簇相位序列组中的一个对应序列依次进行相乘运算;
提出单元,用于提取串并变换后的部分信号序列;
加法单元,用于将叠加训练序列叠加到串并变换后的部分并行信号上,处理后仍在这部分并行信号位置上发送;
并行单元,用于将叠加训练序列处理后的部分并行信号序列与未处理并行信号序列并行合并处理;
逆向快速傅立叶变换单元,用于对串并变换单元变换后的所有并行信号(其中包括加法单元处理后的部分并行信号)和相位序列相乘运算后的信号序列执行逆向快速傅立叶变换;
选择单元,用于对上述逆向快速傅立叶变换单元变换后的信号进行PAPR计算,选择出一个PAPR值最小的并行信号变换输出结果进行发送;
预设门限单元,用于根据***具体需要确定门限值;
门限比较选择单元,用于将计算出的PAPR值与门限值进行比较,选择出使***具有相对最低PAPR值的相对最优即次优相位序列。
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