CN105187354B - 一种基于pts技术抑制ofdm通信信号峰平比的方法 - Google Patents

一种基于pts技术抑制ofdm通信信号峰平比的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PTS技术抑制OFDM通信信号峰平比的方法，发射端产生低PAR的OFDM信号的编码调制步骤如下：(1)对待传输的信息比特流加扰处理后，送入卷积码编码器，对编码器输出比特完成PSK相位映射。(2)对码元相位序列送入K*V维行列交织器完成交织，构造K*V维矩阵，其中K＝N/(V+1)，N为OFDM符号的子载波数。(3)按列取出K*V维矩阵的码元相位构成大小为K的子块，共V个，乘以进行相位修正，进行OFDM调制，利用最佳相位分组重新产生具有最小PAR的OFDM信号作为发射信号，实现PAR抑制。本发明的有益效果为：不需要使用边信息，即可恢复原始信息。

Description

一种基于PTS技术抑制OFDM通信信号峰平比的方法
技术领域
本发明涉及通信领域，更确切地说，是一种基于PTS技术抑制OFDM通信信号峰平比的方法。
背景技术
多途效应引起信道选择性衰落是降低通信性能主要因素，OFDM通信技术采用正交多载波并行传输信息，将衰落信道划分成多个近似平坦信道，具有良好的抗多途性能。但是，当某时刻多个子载波上信号以较大的幅值同相位叠加时，就可能出现很大的峰值，由此带来较大的峰值功率与平均功率比(Peak-to-Average Power Ratio，PAR)。OFDM子载波数越多，PAR越大，过高的PAR是OFDM***的一个主要缺点，它对***的某些元器件动态范围要求非常高，例如功率放大器、A/D、D/A转换器等。反之，这些元器件的非线性也会对OFDM信号产生非线性失真，所产生的谐波会造成子信道间的相互干扰，从而影响OFDM***的性能。
OFDM信号PAR抑制技术有多种，其中的部分传输序列PTS(Partial TransmitSequence,PTS)是一种有效降低OFDM信号PAR的方法，PTS的核心思想是寻找最佳相位分组来优化OFDM信号的PAR特性，被找到的最佳相位分组被映射为边信息传送到接收端，接收端首先需要完成边信息解码，再逆映射获得发射端的相位分组，从而恢复原始信息。显然，利用PTS技术产生低PAR的OFDM符号解码时，只有边信息解码正确时才能恢复原始信息，否则将导致整个OFDM符号误码，此外边信息占用频谱资源也降低OFDM的带宽效率。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中存在的问题，而提供一种基于PTS技术抑制OFDM(正交频分复用)通信信号峰平比的方法，针对基于PTS技术抑制OFDM的PAR严重依赖边信息缺点，提供一种联合卷积码的PTS抑制OFDM的PAR方法，该方法不需要发射端边信息映射，避免了由边信息引起带宽效率下降和误码率增加的风险，具有很好的实用性。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，发射端产生低PAR的OFDM信号的编码调制步骤如下：
(1)对待传输的信息比特流加扰处理后，送入卷积码编码器，对编码器输出比特完成PSK相位映射。
(2)对步骤1的获得码元相位序列送入K*V维行列交织器完成交织，构造K*V维矩阵，其中K＝N/(V+1)，N为OFDM符号的子载波数。
(3)按列取出步骤2的K*V维矩阵的码元相位构成大小为K的子块，共V个，乘以进行相位修正，为一组相位因子。修正后V个子块和一个长K的梳状导频块一共V+1个子块进行OFDM调制，子块的每个码元相位以V+1为间隔均匀分布在OFDM符号频率轴上，进行IFFT变换，形成VH个OFDM符号，并计算每个符号PAR，其中最小PAR对应的最佳相位分组，利用最佳相位分组重新产生具有最小PAR的OFDM信号作为发射信号，实现PAR抑制。
接收端的解调解码处理步骤如下：
(1)取出导频序列完成信道估计和修正。
(2)对步骤1补偿后的码元相位以V+1间隔抽取，获得K*V维矩阵，按列取出矩阵码元相位构成一个子块，共V个，对第1个子块的码元相位都乘以并计算似然比度量获得译码软信息，输入状态度量矩阵初始化为全0，将软信息送入H个译码器进行维特比最大似然路径度量计算，保存其中最大的似然比路径度量对应的输出状态度量矩阵和幸存路径。
(3)以步骤2的输出状态度量矩阵作为下一次译码器输入状态度量矩阵，按照步骤1的方法获得剩余子块的幸存路径。
(4)利用步骤2和步骤3获得所有的幸存路径进行回溯处理，输出比特流再进行解扰，恢复发射端原始信息。
本发明的有益效果为：本发明采用PTS技术最佳相位分组、交织和卷积码联合编码调制产生低PAR的OFDM信号，采用维特比算法找到网格中和接收序列相关最大的幸存路径和利用幸存路径的唯一性，不需要使用边信息，即可恢复原始信息，避免了由边信息引起带宽效率下降和误码率增加的风险，具有较好的实用性。
附图说明
图1是PAR抑制的OFDM编码调制框图。
图2是OFDM符号的PTS分组映射方式。
图3是OFDM生成器(第i个PTS分组)。
图4是PTS最佳相位分组选择器。
图5是OFDM解调和译码框图。
图6是维特比译码与PTS联合处理。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
图1为PAR抑制的OFDM编码调制框图。先对待传输的信息比特加扰处理后，送入卷积码编码器，对编码器输出比特进行PSK相位映射。再将映射后的码元相位送入K*V的行列交织器完成交织，构造K*V维矩阵，其中K＝N/(V+1)，N为OFDM符号的子载波数。矩阵的每一列构成一个子块{d'v(k)}，共V个，乘以进行相位修正获得dvh(k)，如式(1)，其中为一组相位因子。然后按照图2的方式，将梳状导频块和编码信息子块的每个符号以V+1为间隔均匀分布在OFDM符号频率轴上，进行IFFT变换，获得OFDM符号，共VH个OFDM符号，如式(2)和图3，其中u(k)为导频序列。按照式(3)计算每个符号的PAR，找到最小PAR对应的最佳相位分组如图4。最后将重新代入式(1)和式(2)，产生具有最小PAR的OFDM信号。
图5为接收端解调解码框图。先对接收信号经行FFT处理，并对FFT输出结果以V+1间隔抽取导频序列，可采用LS准则或MMSE准则进行信道估计，并利用估计结果对信息序列进行修正。再对修正后的序列以V+1间隔抽取，获得K*V维矩阵，矩阵的每一列构成一个子块{rv'(k)}，乘以进行相位修正获得rvh(k)，如式(4)。按照式(5)获得子块码元相位的软信息度量，式(5)中σ2为噪声功率，S0为映射为比特“0”的PSK星座图中的点集合，S1为映射为比特“1”的PSK星座图中的点集合，为取实部，为取虚部。维特比的最大似然译码就是选择最大化对数似然函数Mvh(Rvh|Cv)的作为译码输出码字，如式(6)。为接收序列yvh(k)的条件概率密度函数，如式(7)，式中Es为符号能量。式(6)中为对第v个子块的幸存路径的估计，Yvh为接收的码元序列，D1＝2Es/σ2和D2＝(K/2)ln(/(πσ2))-Es/σ2(K+|Yvh|2)为独立于的常量，则对应的路径度量可有给出，表示接收的码元序列和对应码元序列的内积(相关)，维特比算法则找出网格中和接收序列的相关度量最大的幸存路径如果接收端PTS逆映射的相位与发射端不一致，则Mvh(Rvh|Cv)的相关度量将降低。因此，利用式(4)遍历所有的利用式(5)获得不同相位下的软信息度量，分别输入H个译码器，如图6，保存最大Mvh(Rvh|Cv)对应的译码器输出状态度量矩阵和幸存路径，从而避免需要使用边信息来获得发射端的最佳相位分组。
对第1个子块码元序列译码时，译码器输入状态度量矩阵初始化为全0，由式(5)获得软信息度量送入H个译码器进行维特比最大似然路径度量计算，保存其中似然比路径度量最大对应的输出状态度量矩阵和幸存路径。再把输出状态度量矩阵作为对下一个子块码元序列译码的输入状态度量矩阵，同样的方法获得剩余子块幸存路径矩阵。最后对所有的幸存路径进行回溯处理，输出译码比特流再进行解扰，恢复发射端原始信息。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于PTS技术抑制OFDM通信信号峰平比的方法，其特征在于：
一、在通信发射端产生低PAR的OFDM通信信号包括以下步骤：
(1)对待传输的信息比特流加扰处理后，送入卷积码编码器，对编码器输出比特完成PSK相位映射；
(2)对步骤(1)的获得码元相位序列送入K*V维行列交织器，构造K*V维矩阵，完成交织，其中K＝N/(V+1)，N为OFDM符号的子载波数；
(3)按列取出步骤(2)的K*V维矩阵的码元相位构成大小为K的子块{dv'(k)}，共V个，乘以进行相位修正，如式(1)，为一组相位因子；修正后V个子块和一个长K的梳状导频块一共V+1个子块进行OFDM调制，子块的每个码元相位以V+1为间隔均匀分布在OFDM符号频率轴上，进行IFFT变换，按照式(2)形成VH个OFDM符号，式(2)中u(k)为导频序列，并按照式(4)计算每个符号PAR，其中最小PAR对应的最佳相位分组，利用最佳相位分组重新产生具有最小PAR的OFDM信号作为发射信号，实现PAR抑制；
二、在通信接收端解调解码处理包括以下步骤：
(1)取出导频序列完成信道估计和修正；
(2)对步骤(1)补偿后的码元相位以V+1间隔抽取，获得K*V维矩阵，按列取出矩阵码元相位构成一个子块，共V个，对第1个子块的码元相位都乘以并计算似然比度量获得译码软信息，输入状态度量矩阵初始化为全0，将软信息送入H个译码器进行维特比最大似然路径度量计算，保存其中最大的似然比路径度量对应的输出状态度量矩阵和幸存路径；
(3)以步骤(2)的输出状态度量矩阵作为下一次译码器输入状态度量矩阵，按照步骤(1)的方法获得剩余子块的幸存路径；
(4)利用步骤(2)和步骤(3)获得所有的幸存路径进行回溯处理，输出比特流再进行解扰，恢复发射端原始信息。
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