CN102404272A - 基于编码正交频分复用的无线信号处理***与方法 - Google Patents

基于编码正交频分复用的无线信号处理***与方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于编码正交频分复用的可降低无线信号峰均比的无线信号处理方法与***。本发明在研究现有降低峰均比方法基础上，提出一种利用动态星座扩展与预留子载波通道相结合的降低峰均比的方法与***，从而有效解决峰均比与传输误码率、传输效率、实现复杂度等方面的矛盾，提升***综合性能。本发明适用于多载波无线通信、便携式无线视频通信、手持式传输终端以及高效射频通信等领域。

Description

基于编码正交频分复用的无线信号处理***与方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体涉及基于编码正交频分复用的可降低峰均比的无线信号处理***与方法。
背景技术
近年来，随着GPRS、CDMA、3G（TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000）、OFDM等无线通信网络的兴起，无线视频传输***以其机动灵活、直观形象、操作方便等优点，被广泛应用于部队单兵作战、公安远程监控取证、电视节目转播、矿井油田安全监控、地下车库超市环境监控、小区环境监控等各个领域，并成为人们实现远距离、大范围现场监控的一种重要手段。编码正交频分复用（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM）技术的传输速率高、抗干扰能力强，这使得在“高速运动中”和“非视通条件下”实现高质量实时图像和数据传输成为可能。
OFDM信号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的，高峰值平均功率比是OFDM***的固有问题之一，对发射机中的放大器提出了很高的线性要求，当放大器的线性范围不能满足信号变化时，就会对动态范围较大的信号产生非线性失真，使OFDM信号的频谱发生变化，破坏各个子信道信号的正交性，从而导致整个***性能的恶化。
由于OFDM信号时域波形包络具有不稳定性，如何抑制发送信号峰均比特性引起了广泛的研究兴趣。目前降低峰均比的方法大概分三类：信号畸变技术、概率类方法以及编码方法。信号畸变技术是通过对放大器之前的信号进行非线性畸变而达到降低峰均比目的，如限幅法，这类方法直接、简单、复杂度低，但信号畸变会带来带内噪声和带外干扰，从而降低***的BER性能和频谱效率；概率类方法是对信号进行线性处理，尽量降低峰值出现的概率。具有不会使信号发生畸变、其应用不受载波数限制、频谱损失小等优点，但这类方法对峰均比降低的性能以增加***复杂度为代价。编码方法通过避免使用那些会生成大峰值功率信号的编码图样从而降低峰均比，例如采用编码循环方法，这种方法对峰均比降低效果好，不会引起信号畸变，但存在编码图样数量少、编码效率低等缺点。
以上这些方法各具有缺点，都可以看作峰均比抑制性能与传输性能、频谱效率、实现复杂度等不同因素的折衷，因此研究新型降低峰均比算法对于提高***性能具有非常重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可降低无线信号峰均比的无线信号处理方法。
本发明是这样实现的，一种基于编码正交频分复用的无线信号处理方法，其包括如下步骤：
步骤一：将频域信号序列                                                
Figure 2011104140318100002DEST_PATH_IMAGE001
进行N点IFFT变换，得到
Figure 288788DEST_PATH_IMAGE002
的时域信号序列；
步骤二：将时域信号序列
Figure 2011104140318100002DEST_PATH_IMAGE003
依次进行4倍升采样和π/4低通滤波，得到
Figure 41455DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列；
步骤三：对的信号序列进行幅度门限为的限幅处理，得到
Figure 775373DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列；
步骤四：对
Figure 310260DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列依次进行π/4低通滤波、4倍下采样和FFT变化，得到
Figure 2011104140318100002DEST_PATH_IMAGE007
的频域信号序列；
步骤五：将X c 的频域信号序列与X信号序列相减，经增益后再与X信号序列相加，得到
Figure 971179DEST_PATH_IMAGE008
的信号序列；
步骤六：对
Figure 958727DEST_PATH_IMAGE008
的实部和虚部分别进行限幅得到
Figure 2011104140318100002DEST_PATH_IMAGE009
的信号序列；
步骤七：对
Figure 996084DEST_PATH_IMAGE010
的实部和虚部进行选择构建得到
Figure 2011104140318100002DEST_PATH_IMAGE011
的信号序列；
步骤八：对
Figure 189737DEST_PATH_IMAGE011
进行FFT变换，得到
Figure 474088DEST_PATH_IMAGE012
的信号序列。
本发明还提供一种可降低无线信号峰均比的无线信号处理***。
一种基于编码正交频分复用的无线信号处理***，其特征在于，包括IFFT变换器、4倍升采样器、第一π/4低通滤波器、限幅器、第二π/4低通滤波器、4倍下采样器、第一FFT变换器、第一加法器、增益控制器、第二加法器、限幅滤波器、星座扩展器以及第二FFT变换器，IFFT变换器的输入端接
Figure 948932DEST_PATH_IMAGE001
的频域信号序列，对X信号序列进行N点IFFT变换，得到
Figure 711352DEST_PATH_IMAGE002
的时域信号序列，4倍升采样器和第一π/4低通滤波器将时域信号序列
Figure 705984DEST_PATH_IMAGE003
依次进行4倍升采样和π/4低通滤波，得到
Figure 223553DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列，限幅器对
Figure 936425DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列进行幅度门限为
Figure 502535DEST_PATH_IMAGE005
的限幅处理，得到
Figure 600941DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列，第二π/4低通滤波器、4倍下采样器和第一FFT变换器对
Figure 227095DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列依次进行π/4低通滤波、4倍下采样和FFT变换，得到
Figure 427263DEST_PATH_IMAGE007
的频域信号序列，第一加法器将X c 的频域信号序列与X信号序列相减，增益控制器对第一加法器的输出信号进行增益，第二加法器对增益控制器的输出信号与X信号序列相加，得到
Figure 593802DEST_PATH_IMAGE008
的信号序列，限幅滤波器对
Figure 749977DEST_PATH_IMAGE008
的实部和虚部分别进行限幅后得到
Figure 357151DEST_PATH_IMAGE009
的信号序列，星座扩展器对
Figure 28304DEST_PATH_IMAGE010
的实部和虚部进行选择构建得到
Figure 14846DEST_PATH_IMAGE011
的信号序列，第二FFT变换器对进行FFT变换，得到
Figure 55800DEST_PATH_IMAGE012
的信号序列。
优选地，上述
Figure 151932DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列满足如下条件：
Figure 2011104140318100002DEST_PATH_IMAGE013
。
优选地，上述
Figure 473323DEST_PATH_IMAGE009
的信号序列满足下列条件：
Figure 604090DEST_PATH_IMAGE014
。
优选地，上述
Figure 555997DEST_PATH_IMAGE011
的信号序列满足下列条件：
Figure 2011104140318100002DEST_PATH_IMAGE015
。
本发明在研究现有降低峰均比方法基础上，提出利用动态星座扩展与预留子载波通道相结合的降低峰均比的方法与***，从而有效解决峰均比与传输误码率、传输效率、实现复杂度等方面的矛盾，提升***综合性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于编码正交频分复用的无线信号处理***的示意图。
图2为未经过任何处理的信号功率与均值功率比。
图3为经过限幅后信号功率与均值功率比。
图4为利用本发明实施例提供的无线信号处理方法和无线信号处理***所得到信号功率与均值功率比。
图5为限幅算法与本发明的算法的误码率比较。
符号说明
IFFT变换器 1
4倍升采样器 2
第一π/4低通滤波器 3
限幅器 4
第二π/4低通滤波器 5
4倍下采样器 6
第一FFT变换器 7
第一加法器 8
增益控制器 9
第二加法器 10
限幅滤波器 11
星座扩展器 12
第二FFT变换器 13
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种基于编码正交频分复用的无线信号处理方法，其包括如下步骤：
步骤一：将频域信号序列
Figure 201742DEST_PATH_IMAGE001
进行N点IFFT变换，得到
Figure 267437DEST_PATH_IMAGE002
的时域信号序列。
步骤二：将时域信号序列
Figure 315027DEST_PATH_IMAGE003
依次进行4倍升采样和π/4低通滤波，得到
Figure 624786DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列。
步骤三：对
Figure 508559DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列进行幅度门限为
Figure 561966DEST_PATH_IMAGE005
的限幅处理，得到
Figure 464063DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列，其中
Figure 757772DEST_PATH_IMAGE016
步骤四：对
Figure 50213DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列依次进行π/4低通滤波、4倍下采样和FFT变化，得到
Figure 969627DEST_PATH_IMAGE007
的频域信号序列。
步骤五：将X c 的频域信号序列与X信号序列相减，经增益后再与X信号序列相加，得到
Figure 663914DEST_PATH_IMAGE008
的信号序列，
Figure 2011104140318100002DEST_PATH_IMAGE017
 ，其中G为星座图扩展法（Active Constellation Extension, ACE）的扩展增益。
步骤六：对
Figure 190841DEST_PATH_IMAGE008
的实部和虚部分别进行限幅后得到
Figure 46277DEST_PATH_IMAGE009
的信号序列，确保单个单元幅度不会超过给定值L，L为ACE算法的限幅门限。
Figure 503803DEST_PATH_IMAGE009
的信号序列满足下列条件：
Figure 52597DEST_PATH_IMAGE014
步骤七：对
Figure 953688DEST_PATH_IMAGE010
的实部和虚部进行选择构建得到
Figure 283038DEST_PATH_IMAGE011
的信号序列，的信号序列满足下列条件：
Figure 698287DEST_PATH_IMAGE015
其中，式中可扩展表示其值不大于星座图上最大值，如QPSK,其值不大于最大值
Figure 19547DEST_PATH_IMAGE018
。
步骤八：对进行FFT变换，得到
Figure 386254DEST_PATH_IMAGE012
的信号序列。
为实施上述方法，本发明实施例提供一种如图1所示的基于编码正交频分复用的无线信号处理***，其包括IFFT变换器1、4倍升采样器2、第一π/4低通滤波器3、限幅器4、第二π/4低通滤波器5、4倍下采样器6、第一FFT变换器7、第一加法器8、增益控制器9、第二加法器10、限幅滤波器11、星座扩展器12以及第二FFT变换器13。该无线信号处理***可利用可编程逻辑器件FPGA构建硬件来实施。
IFFT变换器1、4倍升采样器2、第一π/4低通滤波器3、限幅器4、第二π/4低通滤波器5、4倍下采样器6、第一FFT变换器7依次连接。IFFT变换器1的输入端接
Figure 909639DEST_PATH_IMAGE001
的频域信号序列，对X信号序列进行N点IFFT变换，得到的时域信号序列。4倍升采样器2和第一π/4低通滤波器3将时域信号序列
Figure 205545DEST_PATH_IMAGE003
依次进行4倍升采样和π/4低通滤波，得到
Figure 746247DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列。限幅器4对
Figure 937188DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列进行幅度门限为
Figure 537934DEST_PATH_IMAGE005
的限幅处理，得到
Figure 63593DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列。第二π/4低通滤波器5、4倍下采样器6和第一FFT变换器7对
Figure 221036DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列依次进行π/4低通滤波、4倍下采样和FFT变换，得到
Figure 719014DEST_PATH_IMAGE007
的频域信号序列。第一加法器8将X c 的频域信号序列与X信号序列相减，增益控制器9对第一加法器8的输出信号进行增益，第二加法器10对增益控制器9的输出信号与X信号序列相加，得到
Figure 287398DEST_PATH_IMAGE008
的信号序列。限幅滤波器11对
Figure 316665DEST_PATH_IMAGE008
的实部和虚部分别进行限幅后得到
Figure 261487DEST_PATH_IMAGE009
的信号序列。星座扩展器12对
Figure 424091DEST_PATH_IMAGE010
的实部和虚部进行选择构建得到
Figure 101060DEST_PATH_IMAGE011
的信号序列。第二FFT变换器13对
Figure 601312DEST_PATH_IMAGE011
进行FFT变换，得到
Figure 100557DEST_PATH_IMAGE012
的信号序列。
采用仿真分析方法验证上述无线信号处理方法和无线信号处理***的性能。本***的信源部分采用伪随机序列发生器产生伪随机序列，经过星座映射器得到复数信号，基本参数如下：载波数N=1512；采样倍数4；星座调制方式：QPSK；ACE限幅门限L取0.7～1.4之间的任意数；增益G取0～31之间任意整数；信号幅度门限取信号均值的3倍。图2为未经过任何处理的信号功率与均值功率比，图3为经过限幅后信号功率与均值功率比，图4为利用本发明实施例提供的无线信号处理方法和无线信号处理***所得到信号功率与均值功率比。图2至图4中，横坐标为信号下标，纵坐标为比值dB。图5为限幅算法与本发明基于ACE的联合算法的误码率比较。图2至图5表明，所采用的无线信号处理方法和无线信号处理***能够明显降低峰均比，且保持较好的误码性能。
本发明在研究现有降低峰均比方法基础上，提出一种利用动态星座扩展与预留子载波通道相结合的降低峰均比的方法与***，从而有效解决峰均比与传输误码率、传输效率、实现复杂度等方面的矛盾，提升***综合性能。本发明适用于多载波无线通信、便携式无线视频通信、手持式传输终端以及高效射频通信等领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于编码正交频分复用的无线信号处理方法，其包括如下步骤：
步骤一：将频域信号序列                                                
Figure 2011104140318100001DEST_PATH_IMAGE001
进行N点IFFT变换，得到
Figure 672680DEST_PATH_IMAGE002
的时域信号序列；
步骤二：将时域信号序列
Figure 2011104140318100001DEST_PATH_IMAGE003
依次进行4倍升采样和π/4低通滤波，得到
Figure 527504DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列；
步骤三：对
Figure 244924DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列进行幅度门限为的限幅处理，得到的信号序列；
步骤四：对
Figure 392188DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列依次进行π/4低通滤波、4倍下采样和FFT变化，得到
Figure 2011104140318100001DEST_PATH_IMAGE007
的频域信号序列；
步骤五：将X c 的频域信号序列与X信号序列相减，经增益后再与X信号序列相加，得到
Figure 149404DEST_PATH_IMAGE008
的信号序列；
步骤六：对
Figure 354121DEST_PATH_IMAGE008
的实部和虚部分别进行限幅得到
Figure 2011104140318100001DEST_PATH_IMAGE009
的信号序列；
步骤七：对
Figure 428387DEST_PATH_IMAGE010
的实部和虚部进行选择构建得到的信号序列；
步骤八：对
Figure 34949DEST_PATH_IMAGE011
进行FFT变换，得到
Figure 28313DEST_PATH_IMAGE012
的信号序列。
2.如权利要求1所述的基于编码正交频分复用的无线信号处理方法，其特征在于，在步骤三中，
Figure 720325DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列满足如下条件：
Figure 2011104140318100001DEST_PATH_IMAGE013
。
3.如权利要求1所述的基于编码正交频分复用的无线信号处理方法，其特征在于，在步骤六中，
Figure 395020DEST_PATH_IMAGE009
的信号序列满足下列条件：
Figure 856089DEST_PATH_IMAGE014
。
4.如权利要求1所述的基于编码正交频分复用的无线信号处理方法，其特征在于，在步骤七中，
Figure 285933DEST_PATH_IMAGE011
的信号序列满足下列条件：
。
5.基于编码正交频分复用的无线信号处理***，其特征在于，包括IFFT变换器、4倍升采样器、第一π/4低通滤波器、限幅器、第二π/4低通滤波器、4倍下采样器、第一FFT变换器、第一加法器、增益控制器、第二加法器、限幅滤波器、星座扩展器以及第二FFT变换器，IFFT变换器的输入端接
Figure 468171DEST_PATH_IMAGE001
的频域信号序列，对X信号序列进行N点IFFT变换，得到
Figure 618661DEST_PATH_IMAGE002
的时域信号序列，4倍升采样器和第一π/4低通滤波器将时域信号序列
Figure 262132DEST_PATH_IMAGE003
依次进行4倍升采样和π/4低通滤波，得到
Figure 534981DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列，限幅器对
Figure 263903DEST_PATH_IMAGE004
的信号序列进行幅度门限为
Figure 280401DEST_PATH_IMAGE005
的限幅处理，得到
Figure 716061DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列，第二π/4低通滤波器、4倍下采样器和第一FFT变换器对的信号序列依次进行π/4低通滤波、4倍下采样和FFT变换，得到
Figure 376030DEST_PATH_IMAGE007
的频域信号序列，第一加法器将X c 的频域信号序列与X信号序列相减，增益控制器对第一加法器的输出信号进行增益，第二加法器对增益控制器的输出信号与X信号序列相加，得到
Figure 258535DEST_PATH_IMAGE008
的信号序列，限幅滤波器对
Figure 548702DEST_PATH_IMAGE008
的实部和虚部分别进行限幅后得到
Figure 491250DEST_PATH_IMAGE009
的信号序列，星座扩展器对
Figure 863938DEST_PATH_IMAGE010
的实部和虚部进行选择构建得到
Figure 222238DEST_PATH_IMAGE011
的信号序列，第二FFT变换器对
Figure 694808DEST_PATH_IMAGE011
进行FFT变换，得到
Figure 745941DEST_PATH_IMAGE012
的信号序列。
6.如权利要求5所述的基于编码正交频分复用的无线信号处理***，其特征在于，
Figure 608854DEST_PATH_IMAGE006
的信号序列满足如下条件：
。
7.如权利要求5所述的基于编码正交频分复用的无线信号处理***，其特征在于，
Figure 832342DEST_PATH_IMAGE009
的信号序列满足下列条件：
Figure 116693DEST_PATH_IMAGE014
。
8.如权利要求5所述的基于编码正交频分复用的无线信号处理***，其特征在于，
Figure 466903DEST_PATH_IMAGE011
的信号序列满足下列条件：
。
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