CN103326986A - 一种降低ofdm***papr的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低OFDM***PAPR的方法，该降低OFDM***PAPR的方法包括以下步骤：源数据进行交织和分组处理；对得到的每块进行IFFT处理，计算每块的PAPR；对于PAPR小于TdB的块直接进行步骤四的处理；对于PAPR不小于TdB的块进行步骤三的处理；对PAPR＞TdB的块的处理；对PAPR不小于TdB的块的处理。本发明在对降低数据的PAPR的过程中，做到有的放矢，即节约计算量又有好的性能，在进行了前三个步骤的分块降低各块的PAPR处理和对整个处理后的序列进行IFFT后。此外，本发明利用伪随机序列中的一个数据和各块的所有数据相乘来从整体上降低整个OFDM符号的PAPR。

Description

一种降低OFDM***PAPR的方法

技术领域

本发明属于领域，尤其涉及一种降低OFDM***PAPR的方法。

背景技术

OFDM的英文全称为Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，中文含义为正交频分复用。这种技术是HPA联盟(HomePlug Powerline Alliance)工业规范的基础，它采用一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中

其实，OFDM并不是如今发展起来的新技术，OFDM技术的应用已有近40年的历史，主要用于军用的无线高频通信***。但是，一个OFDM***的结构非常复杂，从而限制了其进一步推广。直到上世纪70年代，人们采用离散傅立叶变换来实现多个载波的调制，简化了***结构，使得OFDM技术更趋于实用化。80年代，人们研究如何将OFDM技术应用于高速MODEM。进入90年代以来，OFDM技术的研究深入到无线调频信道上的宽带数据传输。目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频、视频领域和民用通信***，主要的应用包括：非对称的数字用户环路(ADSL)、ETSI标准的数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)等。

实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道间相互干扰ISI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了***性能。包括以下类型：V-OFDM，W-OFDM，F-OFDM，MIMO-OFDM，多带-OFDM。OFDM中的各个载波是相互正交的，每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期，每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，这样便减小了载波间的干扰。由于载波间有部分重叠，所以它比传统的FDMA提高了频带利用率。

在OFDM传播过程中，高速信息数据流通过串并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对***造成的码间干扰。另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。

在过去的频分复用(FDM)***中，整个带宽分成N个子频带，子频带之间不重叠，为了避免子频带间相互干扰，频带间通常加保护带宽，但这会使频谱利用率下降。为了克服这个缺点，OFDM采用N个重叠的子频带，子频带间正交，因而在接收端无需分离频谱就可将信号接收下来。OFDM***的一个主要优点是正交的子载波可以利用快速傅利叶变换(FFT/IFFT)实现调制和解调。对于N点的IFFT运算，需要实施N2次复数乘法，而采用常见的基于2的IFFT算法，其复数乘法仅为(N/2)log2N，可显著降低运算复杂度。

在OFDM***的发射端加入保护间隔，主要是为了消除多径所造成的ISI。其方法是在OFDM符号保护间隔内填入循环前缀，以保证在FFT周期内OFDM符号的时延副本内包含的波形周期个数也是整数。这样，时延小于保护间隔的信号就不会在解调过程中产生ISI。

由于OFDM技术有较强的抗ISI能力以及高频谱效率，2001年开始应用于光通信中，相当多的研究表明了该技术在光通信中的可行性。

在OFDM***中，每条链路都可以独立调制，因而该***不论在上行还是在下行链路上都可以容易地同时容纳多种混合调制方式。这就可以引入“自适应调制”的概念。它增加了***的灵活性，例如，在信道好的条件下终端可以采用较高阶的如64QAM调制以获得最大频谱效率，而在信道条件变差时可以选择QPSK(四相移相键控)调制等低阶调制来确保信噪比。这样，***就可以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。此外，虽然信道间干扰限制了某条特定链路的调制方式，但这一点可以通过网络频率规划和无线资源管理等手段来解决。

峰均功率比(PAPR)是应该考虑的一个重要因素。因为PAPR过高会使得发送端对功率放大器的线性要求很高，这就意味着要提供额外功率、电池备份和扩大设备的尺寸，进而增加基站和用户设备的成本。

CDMA***的PAPR一般在5～11dB，并会随着数据速率和使用码数的增加而增加。目前已有很多技术可以降低CDMA的PAPR。

在OFDM***中，由于信号包络的不恒定性，使得该***对非线性很敏感。如果没有改善非线性敏感性的措施，OFDM技术将不能用于使用电池的传输***和手机等。目前有很多技术可以降低OFDM的PAPR。

OFDM***由于发送频域信号，峰平比(PAPR，Peak-to-Average PowerRatio)较高，从而会增加了发射机功放的成本和耗电量，不利于在上行链路实现(终端成本和耗电量受到限制)。在未来的上行移动通信***中，很可能将采用改进型的OFDM技术，如DFT-S(离散傅丽叶变换扩展)-OFDM或带有降PAPR技术(子载波保留、削波)的OFDM。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种降低OFDM***PAPR的方法，旨在解决OFDM***PAPR需要提供额外功率、电池备份和扩大设备的尺寸，进而增加基站和用户设备的成本的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种降低OFDM***PAPR的方法，该降低

OFDM***PAPR的方法包括以下步骤：

步骤一、源数据进行交织和分组处理；

步骤二、对得到的每块进行IFFT处理，计算每块的PAPR；

对于PAPR小于TdB的块直接进行步骤四的处理；对于PAPR不小于TdB的块进行步骤三的处理；

步骤三、对PAPR＞TdB的块的处理；

步骤四、对PAPR不小于TdB的块的处理。

进一步，步骤三中对PAPR＞TdB的块的处理具体如下：

把块分为两个部分，第一部分进行如下(1)步的处理，第二部分进行如下(2)步的处理；

(1)对第一部分的处理

第一部分的数据构成一个向量

所选择的伪随机向量为

和

具有相同的长度；

若定义

为两个向量的相同位置处的元素之间的相乘，则

然后对此向量进行IFFT操作，确定当前计算过的f_i的集合中PAPR最小的向量

若

则结束处理；否则，继续选择随机序列集合中的随机序列进行处理，直到能得到PAPR＜T₁dB的序列，也可对随机序列集合中的所有元素都进行操作；

(2)对第二部分的处理

第二部分按前后顺序进一步分为M块，对每一i(1≤i≤M)块做IFFT，如果该i块的PAPR值小于T₂dB，则和该块中每一个数据相乘的因子为1；否则，和块中所有IFFT系数相乘的因子为随机序列中所对应的第i个数，即

的长度为M；然后，对整体的处理后的第二部分求IFFT，选择目前使该IFFT中PAPR最小的随机序列；如果此PAPR＜T₂dB，则结束处理；否则，继续选择随机序列集合中的随机序列进行处理，直到能得到PAPR＜T₂dB的序列，也可对随机集合中的所有元素都进行该操作。

进一步，所述对PAPR不小于TdB的块的处理具体如下：

对步骤三第二部分中第i块(1≤i≤s)进行IFFT，对第i块中所有IFFT系数乘以随机序列R_j的第i个元素，即R_j(i)；然后，再求整个符号的IFFT，计算IFFT的PAPR值，直到所得到的PAPR值满足要求为止。

本发明提供的降低OFDM***PAPR的方法具有以下优势：

1)在对降低数据的PAPR的过程中，做到有的放矢，即节约计算量又有好的性能。在实施方案的步骤一和步骤三中，当数据块的PAPR已经很小时，就不对此数据块做继续降低PAPR的处理。

2)在本发明的步骤三中，把进入的数据块分成两个部分。对第一部分，采取在做IFFT之前，数据块和伪随机序列对应位置相乘的方法；对第二部分，采取在做IFFT之后，所得到的数据块和伪随机序列对应位置相乘的方法。这样，第一部分和第二部分的处理能够优势互补，能充分地利用好伪随机序列来降低***的PAPR。

3)在伪随机序列中，不仅可以对随机数的相角进行变化，还可以对其模值进行变化。

在进行了前三个步骤的分块降低各块的PAPR处理和对整个处理后的序列进行IFFT后，利用伪随机序列中的一个数据和各块的所有数据相乘来从整体上降低整个OFDM符号的PAPR。

附图说明

图1是本发明实施例提供的降低OFDM***PAPR的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的对PAPR＞TdB的块的处理的流程图。

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。

图1示出了本发明提供的降低OFDM***PAPR的方法的流程。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

如图1所示，本发明的实施例提供的降低OFDM***PAPR的方法包括以下步骤：

步骤一、源数据进行交织和分组处理；

步骤二、对得到的每块进行IFFT处理，计算每块的PAPR；

对于PAPR小于TdB的块直接进行步骤四的处理；对于PAPR不小于TdB的块进行步骤三的处理；

步骤三、对PAPR＞TdB的块的处理；

步骤四、对PAPR不小于TdB的块的处理。

作为本发明实施例的一优化方案，步骤三中对PAPR＞TdB的块的处理具体如下：

把块分为两个部分，第一部分进行如下(1)步的处理，第二部分进行如下(2)步的处理；

(1)对第一部分的处理

第一部分的数据构成一个向量

所选择的伪随机向量为

和

具有相同的长度；

若定义

为两个向量的相同位置处的元素之间的相乘，则

然后对此向量进行IFFT操作，

确定当前计算过的f_i的集合中PAPR最小的向量

若则结束处理；否则，继续选择随机序列集合中的随机序列进行处理，直到能得到PAPR＜T₁dB的序列，也可对随机序列集合中的所有元素都进行操作；

(2)对第二部分的处理

第二部分按前后顺序进一步分为M块，对每一i(1≤i≤M)块做IFFT，如果该i块的PAPR值小于T₂dB，则和该块中每一个数据相乘的因子为1；否则，和块中所有IFFT系数相乘的因子为随机序列

中所对应的第i个数，即

的长度为M；然后，对整体的处理后的第二部分求IFFT，选择目前使该IFFT中PAPR最小的随机序列；如果此PAPR＜T₂dB，则结束处理；否则，继续选择随机序列集合中的随机序列进行处理，直到能得到PAPR＜T₂dB的序列，也可对随机集合中的所有元素都进行该操作。

作为本发明实施例的一优化方案，所述对PAPR不小于TdB的块的处理具体如下：

对步骤三第二部分中第i块(1≤i≤s)进行IFFT，对第i块中所有IFFT系数乘以随机序列R_j的第i个元素，即R_j(i)；然后，再求整个符号的IFFT，计算IFFT的PAPR值，直到所得到的PAPR值满足要求为止。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明实施例提供的降低OFDM***PAPR的方法中参数和伪随机序列的选取：

为了综合考虑到算法的性能和算法的计算复杂度，经过大量的实验，在所提出的实施方案中，本项目对方案中的参数采取了如下的选择和设置方式：S＝4，T＝3，T₁＝5，T₂＝5。对于伪随机序列的选取，和传统的方法不同，本发明采用模和相角都可变的复数序列，即Ae^jΦ。在所提出的方法中，A∈{1，2，3，4}，

实际应用时，先产生二进制的伪随机序列，如Gold序列等，然后每次从输入中拿5个比特。其中，前二个比特映射为模的取值，后三个比特映射为相角的取值。当然，根据实际需求和问题，可采用和以上不同的参数和伪随机序列。

本发明实施例提供的具体实施例如下：

1)交织与分组

对于数据源中的位置相近的数据，通常具有很强的相关性。这种相关性容易造成高的PAPR。为此，所提出的方法首先对源数据进行交织和分组处理。本发明实施例中数据块是由OFDM符号中位置为(iS+1)的传输数据组成(S为分组的数目，N为整个OFDM符号的数据长度，0≤i≤(N/s-1))。以此类推，数据块j中的数据是由OFDM符号中位置为(iS+j)的传输数据组成。

2)对得到的每块进行IFFT处理，并计算每块的PAPR。对于PAPR小于TdB的块跳过如下第3步的处理，直接进行第4步的处理；对于不满足此条件的块需进行如下第3步的处理。步骤3的示意图见图2。

3)对PAPR＞TdB的块的处理

在这里，先把块分为两个部分，前半部分进行如下3.1)步的处理，后半部分进行如下3.2)步的处理。

3.1)对前半部分的处理

在这里，前半部分的数据构成一个向量

所选择的伪随机向量为

两者具有相同的长度。若定义

为两个向量的相同位置处的元素之间的相乘，则

然后对此向量进行IFFT操作，

确定当前计算过的f_i的集合中PAPR最小的向量

若

则结束处理。否则，继续选择随机序列集合中的随机序列进行处理，直到能得到PAPR＜T₁dB的序列，或对

随机序列集合中的所有元素都进行了此操作为止。

3.2)对后半部分的处理

在这里，先把后半部分按前后顺序进一步分为M块。对每一i(1≤i≤M)块做IFFT，如果此块的PAPR值小于T₂dB，则和此块中每一个数据相乘的因子为1。否则，和此块中所有IFFT系数相乘的因子为随机序列

(

的长度为M)中所对应的第i个数，即

然后，对整体的处理后的后半部分求IFFT，选择目前使此IFFT中PAPR最小的随机序列。如果此PAPR＜T₂dB，则结束处理。否则，继续选择随机序列集合中的随机序列进行处理，直到能得到PAPR＜T₂dB的序列，或对随机集合中的所有元素都进行了此操作为止。

4)对以上处理后得到的序列的进一步处理

在以上对每一块降低其PAPR的处理的基础上，在这里将降低一个整体OFDM符号的PAPR。在此，将对以上处理的第i块(1≤i≤s)进行IFFT，对此块中所有IFFT系数乘以随机序列R_j的第i个元素，即R_j(i)。然后，再求整个符号的IFFT，计算其PAPR值。直到所得到的PAPR值满足要求为止。

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 (3)

1.一种降低OFDM***PAPR的方法，其特征在于，所述降低OFDM***PAPR的方法包括以下步骤：

步骤一、源数据进行交织和分组处理；

步骤二、对得到的每块进行IFFT处理，计算每块的PAPR；

对于PAPR小于TdB的块直接进行步骤四的处理；对于PAPR不小于TdB的块进行步骤三的处理；

步骤三、对PAPR＞TdB的块的处理；

步骤四、对PAPR不小于TdB的块的处理。

2.如权利要求1所述的降低OFDM***PAPR的方法，其特征在于，在步骤三中对PAPR＞TdB的块的处理具体如下：

把块分为两个部分，第一部分进行如下(1)步的处理，第二部分进行如下(2)步的处理；

(1)对第一部分的处理

第一部分的数据构成一个向量

所选择的伪随机向量为

和

具有相同的长度；

若定义

为两个向量的相同位置处的元素之间的相乘，则

然后对此向量进行IFFT操作，确定当前计算过的f_i的集合中PAPR最小的向量

若

则结束处理；否则，继续选择随机序列集合中的随机序列进行处理，直到能得到PAPR＜T₁dB的序列，也可对随机序列集合中的所有元素都进行操作；

(2)对第二部分的处理

第二部分按前后顺序进一步分为M块，对每一i(1≤i≤M)块做IFFT，如果该i块的PAPR值小于T₂dB，则和该块中每一个数据相乘的因子为1；否则，和块中所有IFFT系数相乘的因子为随机序列

中所对应的第i个数，即

的长度为M；然后，对整体的处理后的第二部分求IFFT，选择目前使该IFFT中PAPR最小的随机序列；如果此PAPR＜T₂dB，则结束处理；否则，继续选择随机序列集合中的随机序列进行处理，直到能得到PAPR＜T₂dB的序列，也可对随机集合中的所有元素都进行该操作。

3.如权利要求1所述的降低OFDM***PAPR的方法，其特征在于，所述对PAPR不小于TdB的块的处理具体如下：

对步骤三第二部分中第i块(1≤i≤S)进行IFFT，对第i块中所有IFFT系数乘以随机序列R_j的第i个元素，即R_j(i)；然后，再求整个符号的IFFT，计算IFFT的PAPR值，直到所得到的PAPR值满足要求为止。

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