CN103457896A - 一种抑制ofdm峰均比的方法 - Google Patents

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Abstract

针对应用于低压电力线通信的OFDM***具有较高的峰均比的特点，通过比较已有的降低峰均比的技术，提出了一种预编码与压扩技术相结合的改进方案，这种方法是根据OFDM符号的特点，给出的一种应用线性矩阵与传输的OFDM信号进行相乘后，再经过非线性的压缩扩展，使其非常适合在电力线信道中应用，并且尽可能的对OFDM影响减小。详细给出了其实现方法，并通过SIMULINK建立的电力线信道仿真平台，对其进行了仿真。仿真结果表明所提算法能够改善信号的峰均比，减小误码率。

Description

一种抑制OFDM峰均比的方法
技术领域
本发明属于电力线载波通信领域，主要是针对正交频分复用OFDM技术中峰均比较高的问题。提出了一种有效的降低OFDM应用于电力***中峰均比的方法。 
背景技术
电力线载波通信（PLC）是利用电力线作为媒介，实现载波通信。由于中低压电力线信道是一个具有高衰减特性，时变频率选择性衰落多径信道，同时还有高斯白噪声和突发脉冲干扰存在。因此，在电力线上实现载波通信需要加入特殊的调制与编码技术。 
OFDM是一种多个窄带载波调制技术，它特别适合于存在多径传播的信道中传输高速数据，能有效的对抗干扰，并具有很高的频谱利用率，是一门具有发展前景，非常适合电力线高速数字通信的新兴技术。OFDM可被看做一种调制技术，也可以被认为是一种复用技术，它是通过串并转换把高速串行数据分散到N个正交的子载波上进行传输，从而使个子载波的速率减为串行数据速率的N分之一，而子载波的符号持续时间增大为串行数据的N倍，可以减少符号间干扰的影响，同时还采用***循环前缀来克服符号间干扰。OFDM把信道分成了N个子信道，每个信道的频率响应是比较平坦的，这样就可以很好的克服信道的频率选择性衰落。与此同时，N个子载波是正交的，允许子载波频谱相互混叠，因此OFDM具有很高的频谱利用率。 
OFDM通信***原理如图1所示。在OFDM的发送端，输入随机的二进制比特流，然后，采用QPSK对其进行基带调制，再经过串并变换和快速傅立叶变换IFFT后得到时域信号，经加循环前缀（CP）后再将该信号经并串变换和数模转换和低通滤波器后得到实际发送的信号。在OFDM的接收端，进行的就是上述发送端的逆过程。 
将输入的N个调制符号经过N点IFFT后所得到的N个数据就是所需的OFDM合成信号的N个时域采样值。 
Figure 863995DEST_PATH_IMAGE001
其中N为子载波数，X（k）表示第k个子载波上的调制数据。 
与单载波***相比，OFDM符号是由多个独立的经过IFFT调制的子载波信号叠加而成的，因此，在各个子载波相位相同或者相近时，叠加信号就有可能产生很大的峰值功率，由此会带来很高的峰值功率比PAPR。其描述为： 
 
Figure 466621DEST_PATH_IMAGE002
其中，s(n)表示IFFT运算后得到的N路输出信号。由此式可知，PAPR是窄带通信信号的复包络的峰值功率与平均功率之比。
较高的峰均功率比是我们不希望看到的，因为这会对放大器的线性范围和A/D, D/A变换器提出了很高的要求，并且会引入非线性失真，这些附加的非线性失真，会引起互调失真，增加误码率，同时还会使发射信号谱扩展，对邻近的信道产生干扰，严重降低了***的传输质量。因此降低高峰值平均功率比一直是实现OFDM***的关键技术之一。 
目前已有的抑制峰均比的方法大致可分为以下几类：限幅类, 编码类，概率类和信号空间扩展类。限幅类包括限幅滤波，峰值加窗，压缩扩张变换等，这种技术在不引入很大计算量的情况下使PAPR得到有效降低，但这种非线性过程会带来带内失真，误码率以及带外辐射，频谱利用率也相应降低了。编码类的基本思想是将原来的信息码字映射到使PAPR较小的序列进行传输，从而避开会使OFDM信号出现峰值的码字，但它的编码效率比较低，只适合于子载波数目较小的情况。概率类包括选择映射（SLM）和部分传输序列（PTS）两种方法，它是利用不同的加扰序列对OFDM符号进行加权处理，可有效降低信号的PAPR值又不对信号产生畸变，且适用于任意数量的子载波数，但由于需要传送辅助信息位，频率利用率低，而且增加了***的复杂度。信号空间扩展类是通过选择较低PAPR组合与发射信号建立线性影射关系来降低整个***的PAPR，但需要选择合适的PAPR组合，且仿真运算量通常较大。 
发明内容
技术问题
本发明提出抑制峰均比的方法，能够较大程度的保证OFDM符号本身的特征，不但在电力***中充分利用了信道多衰落特性，还减小了误码率。是一种OFDM应用在电力线中降低峰均比的理想方法。
技术方案
一种抑制峰均比的联合算法包括两种降低峰均比的算法。预编码算法是信号空间扩展技术中性能较好的一种算法，它根据具有OFDM自身载波波形特性的编码矩阵，在调制前对每个OFDM符号进行线性变换，对***的有效带宽没有影响，因此预编码算法已被认为是一种加大OFDM信号之间差异性，充分利用多径衰落信道频率选择性的最佳方案，然而随着载波数目的增加，预编码算法对PAPR幅度降低的作用会减弱。为了进一步降低峰均比，采用了预编码与一种压扩技术的改良算法相结合的算法。该算法不但使幅度较高的信号降低，而且还使小信号的幅度加大，从而保证平均功率不变，而且它只对发送或接收的数据进行数值变换，与子载波数无关，因此计算复杂度不随载波数的增加而增加。
有益效果
本发明的预编码与压扩技术相结合的改进算法可大大降低OFDM传输信号的峰均比，通过非线性放大器后，在信道传输中减小了频谱的旁瓣对传输信号的影响，有效地减小了误码率，使整个***更加稳定，而且这种方法的计算简单，易于恢复，很利于OFDM在低压电力线中的应用与普及。
附图说明
图1：不同算法PAPR分布比较； 
图2-1、2-2、2-3：应用算法前后时域信号
图3：功率谱密度分布图
图4：误码率分布图
具体实施方式
典型的预编码算法就是通过一个L×N的预编码矩阵 P ，把N路基带传输信号X转变成L路的信号Y进行传输，其中L=N+N p 为总的子载波数，N p （0< N p <N）是额外的载波数目： 
                                   
Figure 439168DEST_PATH_IMAGE003
  (1)
                                  
Figure 83645DEST_PATH_IMAGE004
(2)
经过IFFT变换后，时序信号y(t)可表示为：                             
          
Figure 835700DEST_PATH_IMAGE005
 (3)
其中，p i,m 可表示为： 
               
Figure 907431DEST_PATH_IMAGE006
   (4)
由于不同载波上的OFDM信号是正交的，从而有利于在接收端对信号的检测，然而，在预编码的过程中，容易造成信号在载波之间的扩展，从而破坏OFDM信号的正交性，在接收端形成符号串扰，然而，选择合适的编码矩阵就可以避免这种情况。选择正交矩阵作为我们的预编码矩阵，不但可以避免OFDM信号正交性的破坏，还可以使信号传输接近于单载波传输，益于OFDM信号在接收端的恢复。
本发明中采用的符合奈荃斯特定律的升余弦函数矩阵P src (f)就弥补了以上缺点： 
            
Figure 423731DEST_PATH_IMAGE007
    (5)
其中β =（L-N）/N=N p /N，表示额外载波数目与实际载波数目的比率。T s =T/N，为载波间隔。
经IFFT变换后, P src (f)的时域信号p src (t)可表示为： 
                     
Figure 889477DEST_PATH_IMAGE008
   (6)
定义预编码矩阵p (t)为：
                               (7)
结合式（4），（5），（6），（7）得到p i,0 的表达式如式(8)所示。’
                
Figure 987938DEST_PATH_IMAGE010
   （8）
这样，就可以根据公式（4）得到所要的正交矩阵p i,m ，从而得到预编码的输出信号y(t)。
本发明采用的是基于数值变换的压扩技术，将发射信号压扩为与多载波OFDM信号类似的高斯分布形式： 
                 
Figure 178486DEST_PATH_IMAGE011
  （9）
  其中y为压扩后的输出信号，x为输入的时域信号，参数k 1, k 2均为正数，k 1是控制幅度的，k 2是控制非线性度的，对压扩的性能起着关键作用。由于这种压扩技术只是对发送或接收的数据进行数值变换，与子载波数无关，因此计算复杂度不随载波数的增加而增加。使用此技术，可以采用数字运算电路直接进行变换，从而简化了***的复杂度。
假设传输信号的实部x n 与虚部y n 是无关、正交的，同时考虑到多载波信号（N→∞）接近于高斯分布, 均值为0，方差为
Figure 170624DEST_PATH_IMAGE012
，根据中心极限定律，信号的能量满足
Figure 880960DEST_PATH_IMAGE013
。OFDM符号的功率可以表征为具有两个自由度的x2分布，其概率密度函数为： 
与传统的压扩技术如μ-law压扩不同，本发明中的算法通过选择合适的k 1，k 2值，使信号的平均功率保持不变，在降低PAPR的同时并没有增加射频功放的线性范围，即信号的能量在变换前后保持不变：
                                   
Figure 864015DEST_PATH_IMAGE015
     （10）
S t 表示发送信号的实部
Figure 326089DEST_PATH_IMAGE016
和虚部。
由于OFDM符号的功率满足x2分布，因此小信号的概率远远大于大信号的概率，在用压扩技术进行数值变换时，在保持平均功率不变的情况下，大量的小信号被增强，而少量的大信号被减弱，由此可知，在同样的信道噪声下，此压扩变换不仅降低了OFDM的峰均比，而且能使***的误码率有所减小，误码性能得到提高。 

Claims (4)

1.一种降低OFDM在电力***传输中的峰均比的方法：预编码与压扩相结合的联合算法。
2.预编码算法是信号空间扩展技术中性能较好的一种算法，它根据具有OFDM自身载波波形特性的编码矩阵，在调制前对每个OFDM符号进行线性变换，对***的有效带宽没有影响，因此预编码算法已被认为是一种加大OFDM信号之间差异性，充分利用多径衰落信道频率选择性的最佳方案，然而随着载波数目的增加，预编码算法对PAPR幅度降低的作用会减弱。
3.为了进一步降低峰均比，采用了预编码与一种压扩技术的改良算法相结合的算法。
4.该算法不但使幅度较高的信号降低，而且还使小信号的幅度加大，从而保证平均功率不变，而且它只对发送或接收的数据进行数值变换，与子载波数无关，因此计算复杂度不随载波数的增加而增加。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105049396A (zh) * 2015-08-31 2015-11-11 电子科技大学 基于限幅噪声和子载波干扰消除的pts-ofdm方法
CN107846374A (zh) * 2016-09-19 2018-03-27 英特尔Ip公司 根据目标带外发射频谱降低峰均功率比的设备和方法
CN111181602A (zh) * 2019-12-31 2020-05-19 重庆邮电大学 一种mimo-plc中联合pts的脉冲噪声抑制方法
CN111934731A (zh) * 2020-07-10 2020-11-13 重庆邮电大学 Aco-ofdm***中一种联合改进的dst-slm峰均比抑制方法
CN114142892A (zh) * 2021-12-02 2022-03-04 广东电网有限责任公司 针对高速电力线载波通信降低papr的传输方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
白玉洁: "《电力线通信中降低峰均比的有效方法》", 《电子器件》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105049396A (zh) * 2015-08-31 2015-11-11 电子科技大学 基于限幅噪声和子载波干扰消除的pts-ofdm方法
CN105049396B (zh) * 2015-08-31 2018-02-06 电子科技大学 基于限幅噪声和子载波干扰消除的pts‑ofdm方法
CN107846374A (zh) * 2016-09-19 2018-03-27 英特尔Ip公司 根据目标带外发射频谱降低峰均功率比的设备和方法
CN107846374B (zh) * 2016-09-19 2022-02-01 英特尔公司 根据目标带外发射频谱降低峰均功率比的设备和方法
CN111181602A (zh) * 2019-12-31 2020-05-19 重庆邮电大学 一种mimo-plc中联合pts的脉冲噪声抑制方法
CN111934731A (zh) * 2020-07-10 2020-11-13 重庆邮电大学 Aco-ofdm***中一种联合改进的dst-slm峰均比抑制方法
CN114142892A (zh) * 2021-12-02 2022-03-04 广东电网有限责任公司 针对高速电力线载波通信降低papr的传输方法及装置
CN114142892B (zh) * 2021-12-02 2023-01-20 广东电网有限责任公司 针对高速电力线载波通信降低papr的传输方法及装置

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