CN107800662A - 一种降低扩频ofdm信号峰值平均功率比的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法，包含：在发射端和接收端均设置基于CAZAC序列的基准序列；在所述的发射端上，将待发送数据分别以K位分组组合作为CAZAC序列的循环移位的位数，得到一系列不同循环移位的CAZAC序列，并将所述的CAZAC序列作为OFDM子载波相位数据进行映射，进行IFFT运算后变为时域信号，再通过插值滤波操作，经由DAC输出；在接收端，通过载波同步模块、位同步模块后，得到CAZAC序列的循环移位序列数据，通过本地CAZAC序列与接收到的序列进行互相关运算，根据最大值位置确定CAZAC序列的循环移位数据，从而解调出对应的K位比特数据。

Description

一种降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法

技术领域

本发明涉及抗干扰通信技术领域，特别涉及一种降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法。

背景技术

扩频通信技术是一种具有较强抗干扰性能的技术，正交频分复用(OFDM)是一种较高数据传输速率和频谱利用率，并能有效对抗频率选择性衰落的多载波调制技术，因而把这两种技术结合可以进一步提高***的抗干扰和抗多径衰落性能。

OFDM技术将信道分成若干个正交子信道，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之间的相互干扰ICI。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OFDM基础上，利用扩频技术在多个子载波进行扩展频谱传输，可以进一步提高抗干扰性能，这样能够兼顾扩频技术和OFDM两种技术的优点。

但是扩频OFDM***和OFDM***一样，它的信号是也是经IFFT运算之后所有的子载波相加，所以时域的发射信号会有很高的峰值，因此，与单载波***相比，扩频OFDM***有很高的峰值-平均功率比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)。

信号的PAPR定义为信号的瞬时峰值功率和平均功率的比值：

在扩频OFDM***中，高PAPR既降低了发射机功率放大器的效率，也降低了数模转换器(ADC)和模数转换器(DAC)的信号量化噪声比。所以它是扩频OFDM***中最不利的因素之一。功率放大器的效率对于远距离抗干扰应用的军事通信来说非常关键。因此，扩频OFDM***中的PAPR问题更加重要。

目前，降低扩频OFDM信号PAPR的方法很多，大体可以分成三大类：信号预畸变技术、编码类技术和概率类技术。这三种方法各有特色和着眼点，但每类方法都存在着缺陷。信号预畸变技术直接对信号的峰值进行非线性操作，它最直接，最简单，但会带来带内噪声和带外干扰，从而降低***的误比特率性能和频谱效率。编码类技术利用编码将原来的信息码字映射到一个具有较好PAPR特性的传输码集上，从而避开了那些会出现信号峰值的码字。该类技术为线性过程，它不会使信号产生畸变。但是，编码类技术的技术复杂度非常高，编解码都比较麻烦。更重要的是，这类技术的信息速率降低得很快，因此只适用于子载波数比较少的情况。概率类技术不像编码类技术那样完全避开信号的峰值，而是着眼于努力降低信号峰值出现的概率。该类技术采用的方法也为线性过程，因此，它不会对信号产生畸变。这类技术能够很有效地降低信号的PAPR值，它的缺点在于计算复杂度太大。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低扩频OFDM***中峰均比的实现方法，使用具有恒包络特性的CAZAC序列作为扩频序列，以N位循环移位实现对K位bit信息进行多进制扩频调制，并把循环移位后的CAZAC序列作为OFDM子载波输入，通过这种设计方式可以有效的降低PAPR，而且计算量小，***复杂度低。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法，其特点是，包含：

在发射端和接收端均设置基于CAZAC序列的基准序列；

在所述的发射端上，将待发送数据分别以K位分组组合作为CAZAC序列的循环移位的位数，得到一系列不同循环移位的CAZAC序列，并将所述的CAZAC序列作为OFDM子载波相位数据进行映射，进行IFFT运算后变为时域信号，再通过插值滤波操作，经由DAC输出；

在接收端，通过载波同步模块、位同步模块后，得到CAZAC序列的循环移位序列数据，通过本地CAZAC序列与接收到的序列进行互相关运算，根据最大值位置确定CAZAC序列的循环移位数据，从而解调出对应的K位比特数据。

在发送端，所述的待发送数据由K位比特数据对应CAZAC序列的N个相位，N个相位循环移位形成N个正交振幅调制信号序列，序列的长度也为N，所述N个正交振幅调制信号序列作为K位比特数据的对应的扩频序列。

该方法还包含：

在发送端，通过每一组K位比特数据对应一组CAZAC扩频序列，并通过串并变换，在频域映射到对应的子载波上，再通过IFFT将扩频OFDM符号变成待传输的时域信号流。

该方法还包含：

在接收端，通过互相关运算、频率同步模块、位同步模块功能模块找到接收到的扩频OFDM信号的帧同步头，根据帧同步头确定一系列扩频OFDM符号时域信号。

该方法还包含：

在接收端，将扩频OFDM时域信号经过FFT变换，再经过信道估计和信道均衡算法处理后，变为正交振幅调制信号序列，然后与本地基准CAZAC序列进行共轭互相关运算，得到相关峰的位置，根据相关峰位置确定对应的循环移位的CAZAC序列，并映射为K位bit数据。

该方法还包含：

将待发送数据按K位比特进行分组后映射正交振幅调制信号。

该方法还包含：

在发射端上设有循环前缀模块，用于对扩频OFDM信号的增加循环前缀；

在接收端设有去循环前缀模块，用于去除发送端添加的循环前缀。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

在扩频OFDM***中使用初始CAZAC序列作为基准序列，通过基准序列循环移位形成多进制扩频映射调制，作为OFDM子载波频域映射输入，经过IFFT后进行传输，在接收端通过FFT变换后，在频域与本地基准CAZAC序列进行相关运算，确定循环移位序列，解调恢复出多进制数据；相对于传统扩频技术，在同样带宽下提高了传输速率，并增强了抗多径衰落能力；相对于OFDM技术，由于采用CAZAC作为扩频序列，大大降低了PAPR，同时提高了抗干扰性能。

附图说明

图1为本发明一种降低扩频OFDM峰值平均功率比实现方法的流程图；

图2为本发明一种降低扩频OFDM峰值平均功率比实现方法的原理图；

图3为本发明中CAZAC序列CAZAC循环移位映射原理图。

图4a、4b是本发明中基于CAZAC序列的扩频OFDM时域波形图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法，包含：

在发射端和接收端均设置基于CAZAC序列的基准序列；

在所述的发射端上，将待发送数据分别以K位分组组合作为CAZAC序列的循环移位的位数，得到一系列不同循环移位的CAZAC序列，并将所述的CAZAC序列作为OFDM子载波相位数据进行映射，进行IFFT运算后变为时域信号，再通过插值滤波操作，经由DAC输出；

在接收端，通过载波同步模块、位同步模块后，得到CAZAC序列的循环移位序列数据，通过本地CAZAC序列与接收到的序列进行互相关运算，根据最大值位置确定CAZAC序列的循环移位数据，从而解调出对应的K位比特数据。

在发送端，所述的待发送数据由K位比特数据对应CAZAC序列的N个相位，N个相位循环移位形成N个正交振幅调制信号序列，序列的长度也为N，所述N个正交振幅调制信号序列作为K位比特数据的对应的扩频序列。

该方法还包含：

在发送端，通过每一组K位比特数据对应一组CAZAC扩频序列，并通过串并变换，在频域映射到对应的子载波上，再通过IFFT将扩频OFDM符号变成待传输的时域信号流。

该方法还包含：

在接收端，通过互相关运算、频率同步模块、位同步模块功能模块找到接收到的扩频OFDM信号的帧同步头，根据帧同步头确定一系列扩频OFDM符号时域信号。

该方法还包含：

在接收端，将扩频OFDM时域信号经过FFT变换，再经过信道估计和信道均衡算法处理后，变为正交振幅调制信号序列，然后与本地基准CAZAC序列进行共轭互相关运算，得到相关峰的位置，根据相关峰位置确定对应的循环移位的CAZAC序列，并映射为K位bit数据。

所述CAZAC序列为恒包络零自相关序列(Constant Amplitude Zero AutoCorrelation CAZAC)。任意CAZAC序列循环移位n位后，n不是CAZAC序列的周期的整倍数时，移位后的序列与原序列不相关，其互相关和部分相关值接近于0；CAZAC序列经过傅里叶正反变化后仍然是CAZAC序列；并且由CAZAC序列组成的信号，其峰值与其均值功率比很低。

该方法还包含：

通过bit映射模块将待发送数据按K位比特进行分组后映射正交振幅调制信号。

通过并串转换模块将并行的扩频OFDM符号变成待传输数据流；

通过同步模块通过自相关找到接收数据的OFDM帧头；

通过串并变换模块将数据序列变换成OFDM帧；

通过FFT模块将解码后的数据由时域变换到频域；

通过信道均衡模块将FFT模块处理后的数据经过信道均衡处理；

通过信号逆映射模块将正交振幅调制信号映射回bit序列。

该方法还包含：

在发射端上设有循环前缀模块，用于对扩频OFDM信号的增加循环前缀；

在接收端设有去循环前缀模块，用于去除发送端添加的循环前缀。

以下结合图2，对本实施例作进一步描述：

在发送端，将待发送数据分别以k位比特数据分组组合进行串并变换形成多比特十进制数据帧，根据该多进制数据值对CAZAC序列进行循环移位，从而得到循环移位后的CAZAC序列，把该序列作为扩频OFDM的子载波相位调制映射数据值，然后对该值进行IFFT运算，变为时域信号，再通过***保护间隔操作形成完整的扩频OFDM时域符号数据，接着通过添加同步序列和信道估计序列完成组帧工作，把完整的扩频OFDM数据帧送给数模转换DAC输出；

所述CAZAC序列{c_k}的定义如下：

其中，N为序列的长度，M与N互质，q为任意整数。

所述CAZAC序列的循环移位编码模块，首先要对K位扩频序列进行数据预处理，以产生K位原扩频码的N个循环移位码。假定一个N位扩频序列{a₀，a₁，a₂，…，a_N-3，a_N-2，a_N-1}通过右循环移位处理可以得到的N种不同位排列次序的序列如下：

{a₀，a₁，a₂，…，a_N-3，a_N-2，a_N-1}循环右移0次代表数据0；

{a_N-1，a₀，a₁，a₂，…，a_N-3，a_N-2}循环右移1次代表数据1；

{a_N-2，a_N-1，a₀，a₁，a₂，…，a_N-3}循环右移2次代表数据2；

……

{a₁，a₂，…，a_N-3，a_N-2，a_N-1，a₀}循环右移N-1次代表数据N-1；

根据图2所示，在接收端，接收来自信道的数据经过ADC采样后，首先经过定时和频率同步、信道估计运算，得到含有保护间隔的扩频OFDM信号的数据帧，依次经移除保护间隔、串并变换和FFT变换等运算后，变为频域扩频OFDM信号，然后对频域扩频OFDM信号进行循环移位相关解扩，得到多进制数据，最后经并串变换解调出最终的比特数据流。

所述循环移位相关运算如图3所示，是对接收到的扩频OFDM信号也即是CAZAC序列的循环移位序列数据进行N点FFT运算，得到其频域信号形式；通过本地CAZAC序列依次进行N点FFT变换和共轭运算，该共轭运算结果与接收到的CAZAC循环移位序列的频域信号序列进行对应点相乘运算得到N点序列，对该N点序列做IFFT运算得到N点循环移位相关运算序列结果，根据最大值所在N点序列中的位置Vp，则CAZAC序列的循环移位的位数M＝Vp-1，该M即为解调出的多进制数据，解调实例如图4a、4b所示。

综上所述，本发明一种降低扩频OFDM***中峰均比的实现方法，使用具有恒包络特性的CAZAC序列作为扩频序列，以N位循环移位实现对K位bit信息进行多进制扩频调制，并把循环移位后的CAZAC序列作为OFDM子载波输入，通过这种设计方式可以有效的降低PAPR，而且计算量小，***复杂度低。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法，其特征在于，包含：

在发射端和接收端均设置基于CAZAC序列的基准序列；

在所述的发射端上，将待发送数据分别以K位分组组合作为CAZAC序列的循环移位的位数，得到一系列不同循环移位的CAZAC序列，并将所述的CAZAC序列作为OFDM子载波相位数据进行映射，进行IFFT运算后变为时域信号，再通过插值滤波操作，经由DAC输出；

在接收端，通过载波同步模块、位同步模块后，得到CAZAC序列的循环移位序列数据，通过本地CAZAC序列与接收到的序列进行互相关运算，根据最大值位置确定CAZAC序列的循环移位数据，从而解调出对应的K位比特数据。

2.如权利要求1所述的降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法，其特征在于，在发送端，所述的待发送数据由K位比特数据对应CAZAC序列的N个相位，N个相位循环移位形成N个正交振幅调制信号序列，序列的长度也为N，所述N个正交振幅调制信号序列作为K位比特数据的对应的扩频序列。

3.如权利要求1所述的降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法，其特征在于，还包含：

在发送端，通过每一组K位比特数据对应一组CAZAC扩频序列，并通过串并变换，在频域映射到对应的子载波上，再通过IFFT将扩频OFDM符号变成待传输的时域信号流。

4.如权利要求1所述的降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法，其特征在于，还包含：

在接收端，通过互相关运算、频率同步模块、位同步模块找到接收到的扩频OFDM信号的帧同步头，根据帧同步头确定一系列扩频OFDM符号时域信号。

5.如权利要求4所述的降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法，其特征在于，还包含：

在接收端，将扩频OFDM时域信号经过FFT变换，再经过信道估计和信道均衡算法处理后，变为正交振幅调制信号序列，然后与本地基准CAZAC序列进行共轭互相关运算，得到相关峰的位置，根据相关峰位置确定对应的循环移位的CAZAC序列，并映射为K位bit数据。

6.如权利要求1所述的降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法，其特征在于，还包含：

将待发送数据按K位比特进行分组后映射正交振幅调制信号。

7.如权利要求1所述的降低扩频OFDM信号峰值平均功率比的方法，其特征在于，还包含：

在发射端上设有循环前缀模块，用于对扩频OFDM信号的增加循环前缀；

在接收端设有去循环前缀模块，用于去除发送端添加的循环前缀。