CN102014095A - 一种叠加训练序列的部分传输序列优化方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种利用叠加训练序列的部分传输序列优化方法及装置，该方法包括：发送端将输入信号序列进行串并变换及其信号划分子块处理；对所有子块信号执行IFFT变换；对变换后子块信号中部分子块信号执行：考虑功率分配，将各子块信号序列和叠加训练序列一一对应进行相加处理，并将相加结果置于原子块信号位置上发送；利用相位因子优化处理所得的优化相位因子b[v]对所有子块信号执行加权运算；最后，计算加权序列和对应的峰值平均功率比，将其中最小峰均比值对应信号序列变换输出结果进行发送。本发明可以有效地改善OFDM信号的PAPR性能。
Description
技术领域
本发明涉及正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，简称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部分传输序列优化方法及其装置。
背景技术
众所周知，在现有通信技术中，正交频分复用(OFDM)技术以其具有很高的频谱利用率、良好的抗多径衰落能力和抗干扰性能等特点，成为了当代移动通信***的核心技术之一。
但是由于OFDM信号的一个固有缺点是存在很高的峰值功率和平均功率比值(Peak-to-Average Power Ratio，简称PAPR)，对非线性很敏感，这就要求发射机的功率放大器具有很大的动态范围，否则会产生线性失真。但是，较大动态范围的功率器件，会增加发射机的设备成本。并且，当超过线性动态范围的OFDM信号通过功率放大器之类的线性器件后，会导致误码率升高，从而影响***性能。
部分传输序列(Partial Transmit Sequences，简称PTS)方法则是现有降低OFDM信号PAPR技术中的一种常用方法。部分传输序列方法的基本思想是：将一个OFDM符号X＝[X0，X1，...，XN]，分割成V个互不重叠的子块向量{Xv，v＝1，2，...，V}，即：引入相位因子(或旋转因子)：
这被称为边带信息(SideInformation，SI)，用相位因子去加权V个子块向量，可得：
通过IFFT变换，得到时域信号：其中xv是Xv的IFFT变换。然后，通过选择不同相位因子av来进行PAPR比较，找出使OFDM信号PAPR最小的相位因子，用数学公式表达为：
式中arg min(.)表示函数的最小值时所使用的判决条件。这样就以V-1次IFFT为代价，通过寻找最佳相位因子{av，v＝1，2，...，V}使得OFDM***PAPR性能得到改善。图1给出了这种传统部分传输序列方法的原理框图。部分传输序列方法属于信号扰码类技术，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。用于加扰的序列称为权值向量。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。
如何更有效地降低OFDM***中的PAPR值，更便于移动通信***中实际运用是是现有的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，同时优化处理相位因子序列以选择性能优良的相位因子，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并划分为多个子块，对划分出的每一子块进行逆向快速傅立叶变换；其次，针对变换后的部分子块信号，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子块信号上；接着，将上一步处理后的各个子块信号序列与本发明中所采用的优化相位因子序列b[v]对应序列元素进行加权处理；最后，发送端对各个子块信号经过优化相位因子加权处理后的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最小的并行信号变换输出结果进行发送。
其中，对于本发明中部分传输序列方法采用的优化相位因子优化处理过程如下：对发送信号执行传统部分传输序列方法，且该方法中的相位因子只有两个取值1和-1。按照下列步骤搜索相位因子序列：
(1)设置相位因子序列的初始值为bv＝1，(v＝1，2，...，V)计算在此条件下加权且经过IFFT变换后的时域序列对应的PAPR值，记作PAPR0，同时赋值id＝1；
(2)令bid＝-1，重新计算所得序列的峰值平均功率比PAPR；
(3)比较PAPR0，PAPR大小，如果PAPR＞PAPR0，则bid＝1；否则，将PAPR值赋给PAPR0，即有PAPR0＝PAPR，并且使id＝id+1；
(4)如果id＜V+1，则返回步骤(2)；否则执行步骤(5)；
(5)经过这样搜索一轮之后，所得相位因子(bv，v＝1，2，...，V)即为本发明部分传输序列算法所采用的优化相位因子，在此条件下所得的峰均比分布为min(PAPR，PAPR0)。
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：叠加训练序列方法处理模块，优化相位因子处理装置以及部分传输序列方法处理装置。
其中，采用优化相位因子处理装置执行传统部分传输序列方法搜索出性能较优的相位因子作为本发明中部分传输序列方法的优化相位因子；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发送信号串并变换及划分子块处理后的部分子块信号序列上；采用部分传输序列方法装置，并基于优化相位因子序列对经过叠加处理后的所有子块信号序列进行加权处理，达到有效的降低***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，而采用优化相位因子方法并执行传统部分传输序列方法，以搜索出性能较优的相位因子序列，并以其作本发明的叠加训练序列的部分传输序列优化算法中相位因子；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部分子块信号上；最后，以优化相位因子作为相位序列对融合了叠加训练序列方法后的所有子块信号序列进行加权处理，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现有技术中应用部分传输序列方法对信号进行处理的主要实现过程示意图；
图2根据本发明的利用叠加训练序列的部分传输序列优化方法的主要实现过程示意图；
图3根据本发明图2中相位因子优化处理的主要实现过程示意图；图中b为叠加训练序列的功率分配因子。
图4是根据本发明图2中对部分子块信号进行叠加训练序列处理的主要实现过程示意图；图中b[v]、bid为相位因子。
图5是根据本发明的利用叠加训练序列的部分传输序列优化方法的主要工作流程图；
图6是根据本发明的利用叠加训练序列的部分传输序列优化方法的PAPR仿真曲线图；
图7根据本发明的利用叠加训练序列的部分传输序列优化方法的不同功率分配因子下叠加恒模序列的PAPR仿真曲线图；图中b为叠加训练序列的功率分配因子。
图8根据本发明的利用叠加训练序列的部分传输序列优化算法的不同功率分配因子下叠加恒模序列的不同信噪比、误码率仿真曲线图；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利用叠加训练序列的部分传输序列优化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变换并划分为V个互不重叠的子块；步骤A2，分别对划分出的每一子块进行逆向快速傅立叶变换；步骤A3，针对变换后的子块信号，选取其中部分子块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xm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8的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，具体过程示图见图3所示；步骤A4，将经过上述处理之后的所有子块信号与经过优化处理获得的相位因子一一对应进行加权处理，其中相位因子优化处理具体过程见图4所示；步骤A5，发送端对所有信号经过前面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4，该图是本发明提出的利用叠加训练序列的部分传输序列优化方法中采用的相位因子优化处理的主要实现过程示意图，其主要实现过程如下：对发送信号执行传统部分传输序列方法，且该方法中的相位因子只有两个取值1和-1。按照下列步骤搜索相位因子序列：
(1)设置相位因子序列的初始值为bv＝1，(v＝1，2，...，V)计算在此条件下加权且经过IFFT变换后的时域序列对应的PAPR值，记作PAPR0，同时赋值id＝1；
(2)令bid＝-1，重新计算所得序列的峰值平均功率比PAPR；
(3)比较PAPR0，PAPR大小，如果PAPR＞PAPR0，则bid＝1；否则，将PAPR值赋给PAPR0，即有PAPR0＝PAPR，并且使id＝id+1；
(4)如果id＜V+1，则返回步骤(2)；否则执行步骤(5)；
(5)经过这样搜索一轮之后，所得相位因子(bv，v＝1，2，...，V)即为本发明部分传输序列算法所采用的优化相位因子，在此条件下所得的峰均比分布为min(PAPR，PAPR0)。
另一方面，本发明中对图2所述的步骤A3，将叠加训练序列叠加到选取出的部分子块信号序列上，其中的叠加训练序列的功率比因子处理方法如下：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部分传输序列方法处理过程中，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、0.5、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逆向快速傅立叶变换后的部分子块信号上，处理后仍在这部分子块信号原来位置上发送。
参照图5根据本发明的利用叠加训练序列的部分传输序列优化算法的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专利提出的方法的性能。
算法仿真参数为：
■叠加训练序列采用长度为16的恒模序列
■每个OFDM信号包含128个子载波
■采用QSPK调制方法
■在多径数为20的瑞利衰落信道下
■使用经过搜索所得的优化相位因子序列b[v]作为相位因子算法仿真图形：参见附图中图6、图7。
注：附图6中的叠加训练序列功率分配因子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)
1.一种利用叠加训练序列的部分传输序列优化方法及其装置，该方法包括：
步骤1发送端对输入信号序列进行串并变换，并将信号划分为V个互不重叠的子块；
步骤2对划分出的每一子块信号分别进行逆向快速傅立叶变换；
步骤3对变换后的部分子块信号，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部分子块信号上；
步骤4将所有子块信号与经过优化处理获得的优化相位因子序列b[v]对应元素进行加权处理；
步骤5发送端对所有信号经过前面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。
2.根据权利要求1所述的利用叠加训练序列的部分传输序列优化方法及其装置，其特征在于：
改变传统相位序列选取方法，而利用优化相位因子方法搜索所得作为本发明中部分传输序列算法所采用的优化相位因子。
优化相位因子处理具体过程为：对发送信号执行传统部分传输序列方法，且该方法中的相位因子只有两个取值1和-1。按照下列步骤搜索相位因子序列：
(1)设置相位因子序列的初始值为bv＝1，(v＝1，2，...，V，V∈z+且V＞2)计算在此条件下加权且经过IFFT变换后的时域序列对应的PAPR值，记作PAPR0，同时赋值id＝1；
(2)令bid＝-1，重新计算所得序列的峰值平均功率比PAPR；
(3)比较PAPR0，PAPR大小，如果PAPR＞PAPR0，则bid＝1；否则，将PAPR值赋给PAPR0，即有PAPR0＝PAPR，并且使id＝id+1；
(4)如果id＜V+1，则返回步骤(2)；否则执行步骤(5)；
(5)经过这样搜索一轮之后，所得相位因子(bv，v＝1，2，...，V)即为本发明部分传输序列算法所采用的优化相位因子，在此条件下所得的峰均比分布为min(PAPR，PAPR0)。
3.根据权利要求1所述的利用叠加训练序列的部分传输序列优化方法及其装置，其特征在于：
针对傅立叶逆变换后的部分子块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。
4.一种根据权利要求1所述的利用叠加训练序列的部分传输序列优化方法及装置，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；
划分子块单元，用于将串并处理后的信号进行分割为互不重叠的子块信号；
逆向快速傅立叶变换单元，用于对所有划分出的子块信号执行逆向快速傅立叶变换；
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；
提出单元，用于提取逆向快速傅立叶变换后的部分子块信号；
加法单元，用于将叠加训练序列叠加到提取出的部分子块信号上，处理后仍在这部分子块信号原位置上传输；
相位因子优化处理单元，用于从两种取值1和-1执行传统部分传输序列方法并按照一定步骤优化计算搜索出优化相位因子；
乘法单元，其一，用于叠加训练序列与功率分配因子进行相乘运算；其二，用于将所有子块信号(其中包括加法单元处理后的部分子块信号)和相位因子序列中相位因子一一对应进行加权运算；
选择单元，用于对相位因子与所有子块信号进行加权处理后的信号进行加权序列和计算，选择出一个PAPR值最小的信号变换输出结果进行发送。
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