CN108737315A - 降低ofdm***峰均功率比的加性扰码方法及其发射*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法及其发射***，利用二进制随机序列发生器模块产生二进制序列，并利用BPSK映射模块将二进制序列映射为基带频域信号序列X；接着，对序列X进行快速傅里叶逆变换，获得原始OFDM信号x，并利用加权因子a对原始OFDM信号x进行加权；然后利用加性扰码序列发生器模块产生若干个加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C，并将加权后的原始OFDM信号分别与每个加性扰码序列进行相加，获得若干个不同的OFDM候选信号y_i,i＝1,2,…,C；最后，从全部的OFDM候选信号中，选择PAPR值最小的候选信号进行传输。本发明采用加性扰码方式产生OFDM候选信号，并且用于对原始OFDM信号进行加性扰码的扰码序列仅需产生一次，可以在获得较好PAPR性能的前提下实现大幅度地降低计算复杂度。

Description

降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法及其发射***

技术领域

本发明具体涉及一种降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法及其发射***，属于无线通信技术领域。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术由于具有高速的数据传输率和较强的抗频率选择性衰落能力，已被广泛地应用到无线通信的很多领域，如数字音频广播、数字视频广播等。但是，较高的峰均功率比(Peak-to-AveragePower Ratio,PAPR)是其主要缺陷之一，这一缺陷会导致OFDM信号发生畸变，并对功率放大器提出了非常高的要求。

在离散时间域，对于一个具有N个子载波的OFDM***，其一个信号周期内的OFDM信号x＝[x₀,x₁,…,x_N-1]可表示为

其中，X_k,k＝0,1,…,N-1,表示经相移键控或正交幅度调制后的频域信号。

由于OFDM***的输出信号是多个子载波信号的叠加，输出的OFDM信号可能具有过高的峰值功率，进而导致较高的PAPR。PAPR通常用来描述OFDM信号峰值功率的变化情况，其定义为在一个信号周期内，该信号的峰值功率与其平均功率的比值，可表示为

其中，和E{|x|²}分别表示峰值功率和平均功率。

为了估计和对比OFDM***的PAPR性能，互补累积分布函数(ComplementaryCumulative Distribution Function,CCDF)通常被采用，其定义是用超过PAPR确定值的概率统计分布特性来表示OFDM***的PAPR性能，其表达式为

其中，PAPR₀为某一确定的PAPR值。

随着OFDM技术的应用，如何有效地降低OFDM***的PAPR已成为热点研究问题。一些较有参考价值的PAPR降低方法被提出，如限幅、编码、压缩扩张和多信号表示方法等。但是，这些方法都存在着不同程度的缺陷。限幅方法会使信号产生失真，并且频谱带外失真较大。编码方法降低PAPR的效果非常好,但可供使用的编码图样数量非常少，编码效率非常低。多信号表示方法通过线性处理方式产生多个不同的候选信号表示同一输入序列，可获得较好的PAPR性能；并且，该类方法被认为是最有前途的PAPR降低方法，但计算复杂度大和需要传输附加信息是该类方法的主要缺陷，严重地阻碍了该类方法的应用。

发明内容

为了克服现有多信号表示方法的不足，本发明提供了一种降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法及其发射***，该方法具有PAPR性能较好、计算复杂度较低且能满足实际应用需求等优势。

本发明所采用的技术方案是：

一种降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法，包括以下步骤：

利用二进制随机序列发生器模块产生二进制序列，并利用二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)映射模块将二进制序列映射为基带频域信号序列X；

对序列X进行快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)获得原始OFDM信号x；

利用加性扰码序列发生器模块产生若干个加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C；

利用加权因子a对原始OFDM信号x进行加权，然后分别与每个加性扰码序列进行相加，获得若干个不同的OFDM候选信号y_i,i＝1,2,…,C；

从全部的OFDM候选信号中，选择PAPR值最小的候选信号进行传输。

进一步的，所述利用加性扰码序列发生器模块产生加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C，包括：

确定OFDM***和加性扰码方法的相关参数，包括子载波数N、BPSK映射方式和加性扰码序列个数C；

利用二进制随机序列发生器模块产生C个长度为N的二进制序列；

将产生的C个二进制序列利用BPSK映射模块映射为序列B_i,i＝1,2,…,C；

对映射后的序列B_i,i＝1,2,…,C分别进行IFFT变换获得序列b_i,i＝1,2,…,C；

利用加权因子h分别对序列b_i,i＝1,2,…,C进行加权获得加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C，其中可表示为

S_i＝hb_i,i＝1,2,…,C

进一步的，所述利用加权因子a对原始OFDM信号x进行加权，然后分别与每个加性扰码序列进行相加，获得若干个不同的OFDM候选信号y_i,i＝1,2,…,C，包括：

利用加权因子a对原始OFDM信号x进行加权，其中

将加权后的OFDM信号x分别与每个加性扰码序列进行相加产生OFDM候选信号y_i,i＝1,2,…,C，可表示为

y_i＝ax+S_i,i＝1,2,…,C

一种降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法的发射***，包括：

二进制随机序列发生器模块，用于产生二进制序列，并将其送入BPSK映射模块；

BPSK映射模块，用于将二进制序列映射为基带频域信号序列X，并将映射后的基带频域信号序列X送入IFFT模块；

IFFT模块，用于对基带频域信号序列X进行快速傅里叶逆变换，获得OFDM原始信号x，并将OFDM原始信号x送至加权模块a；

加权模块a，用于对原始OFDM信号进行加权，即将原始OFDM信号x与加权因子a相乘，并将加权后的OFDM原始信号送入加法器模块；

加法器模块，用于将加权后的原始OFDM信号与每个加性扰码序列相加完成加扰过程，加法器模块同时与加性扰码序列发生器模块和最优候选信号选择模块相连接；

加性扰码序列发生器模块，用于产生加性扰码序列；

最优候选信号选择模块，用于从所产生的全部OFDM候选信号中选出PAPR值最小的候选信号。

进一步的，所述加性扰码序列发生器模块，包括：

二进制随机序列发生器模块，用于产生多个二进制序列，并将其送入BPSK映射模块；

BPSK映射模块，用于将若干个二进制序列映射为序列B_i,i＝1,2,…,C，并将映射后的序列B_i,i＝1,2,…,C送入IFFT模块；

IFFT模块，用于对映射后的序列B_i,i＝1,2,…,C进行快速傅里叶逆变换，得到序列b_i,i＝1,2,…,C，并将序列b_i,i＝1,2,…,C送至加权模块h；

加权模块h，用于对序列b_i,i＝1,2,…,C进行加权产生加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C，即将加权因子h分别与序列b_i,i＝1,2,…,C相乘。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用加性扰码方式产生OFDM候选信号，并且用于对原始OFDM信号进行加性扰码的扰码序列仅需产生一次，与其它多信号表示方法相比，本发明可以在获得较好PAPR性能的前提下实现大幅度地降低计算复杂度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明实施例公开的降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法发射***结构框图；

图2是本发明实施例公开的加性扰码序列发生器模块组成结构框图；

图3是本发明实施例公开的降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法流程图；

图4是本发明实施例公开的降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法的发射***所获得的PAPR性能，并与选择性映射方法进行比较。其中，选择性映射方法是多信号表示方法的代表方法之一。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有多信号表示方法中存在计算复杂度非常大的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法及其发射***。

本申请的一种典型的实施方式，如图1所示，提供了一种降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法的发射***，该***包括二进制随机序列发生器模块、BPSK映射模块、IFFT模块、加权模块a、加法器模块、加性扰码序列发生器模块和最优候选信号选择模块，所述二进制随机序列发生器模块与BPSK映射模块相连接，所述BPSK映射模块与IFFT模块相连接，所述IFFT模块与加权模块a连接，所述的加权模块a与加法器模块相连接，所述的加法器模块同时与加性扰码序列发生器模块和最优候选信号选择模块相连接。

其中，二进制随机序列发生器模块，用于产生二进制序列，并将其送入BPSK映射模块；

BPSK映射模块，用于将二进制序列映射为基带频域信号序列X，并将映射后的基带频域信号序列X送入IFFT模块；

IFFT模块，用于对基带频域信号序列X进行快速傅里叶逆变换，获得OFDM原始信号x，并将OFDM原始信号x送至加权模块a；

加权模块a，用于对原始OFDM信号进行加权，即将原始OFDM信号与加权因子a相乘，并将加权后的OFDM原始信号送入加法器模块；

加法器模块，用于将加权后的原始OFDM信号与每个加性扰码序列相加完成加扰过程，加法器模块同时与加性扰码序列发生器模块和最优候选信号选择模块相连接；

加性扰码序列发生器模块，用于产生加性扰码序列；

最优候选信号选择模块，用于从所产生的全部OFDM候选信号中选出PAPR值最小的候选信号。

在本实施例中，所述的加性扰码序列发生器模块组成结构，如图2所示，该模块包括二进制随机序列发生器模块、BPSK映射模块、IFFT模块和加权模块h，所述二进制随机序列发生器模块与BPSK映射模块相连接，所述BPSK映射模块与IFFT模块相连接，所述IFFT模块与加权模块h连接。

其中，二进制随机序列发生器模块，用于产生多个二进制序列，并将其送入BPSK映射模块；

BPSK映射模块，用于将若干个二进制序列映射为序列B_i,i＝1,2,…,C，并将映射后的序列B_i,i＝1,2,…,C送入IFFT模块；

IFFT模块，用于对映射后的序列B_i,i＝1,2,…,C进行快速傅里叶逆变换，得到序列b_i,i＝1,2,…,C，并将序列b_i,i＝1,2,…,C送至加权模块h；

加权模块h，用于对序列b_i,i＝1,2,…,C进行加权产生加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C，即将加权因子h分别与序列b_i,i＝1,2,…,C相乘。

本实施例提出的降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法的发射***的工作原理为：

将待传输的二进制序列进行BPSK映射，经IFFT变换完成OFDM调制获得原始OFDM信号，并与加权因子a相乘完成加权；接着，产生用于加性扰码的若干个不同的加性扰码序列，并将加权后的原始OFDM信号分别与每个加性扰码序列相加获得OFDM候选信号；最后，从全部的OFDM候选信号中选择PAPR值最小的候选信号进行传输。

本申请的另一种典型的实施方式中，如图3所示，提供了一种降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法，包括以下步骤：

步骤1：利用二进制随机序列发生器模块产生二进制序列，并利用BPSK映射模块将二进制序列映射为基带频域信号序列X；

步骤2：将基带频域信号序列X进行IFFT变换，获得原始OFDM信号x；

步骤3：利用加性扰码序列发生器模块产生若干个加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C；

此处，步骤3的具体实现过程，包括

步骤31：利用二进制随机序列发生器模块产生C个长度为N的二进制序列；

步骤32：将产生的C个二进制序列利用BPSK映射模块映射为序列B_i,i＝1,2,…,C；

步骤33：对映射后的序列B_i,i＝1,2,…,C分别进行IFFT变换获得序列b_i,i＝1,2,…,C；

步骤34：利用加权因子h分别对序列b_i,i＝1,2,…,C进行加权获得加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C，其中可表示为

S_i＝hb_i,i＝1,2,…,C

步骤4：利用加权因子a对原始OFDM信号x进行加权，然后分别与每个加性扰码序列进行相加，获得若干个不同的OFDM候选信号y_i,i＝1,2,…,C；

此处，步骤4的具体实现过程，包括

步骤41：利用加权因子a对原始OFDM信号x进行加权，其中

步骤42：将加权后的OFDM信号分别与每个加性扰码序列进行相加产生OFDM候选信号y_i,i＝1,2,…,C，可表示为

y_i＝ax+S_i,i＝1,2,…,C

步骤5：从全部的OFDM候选信号中，选择PAPR值最小的候选信号进行传输。

下面列举一个具体的计算实例来验证本发明所述获得的效果。

如图4所示，给出了采用本发明实施例提出的降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法的发射***在不同参数下所获得的PAPR性能。

仿真条件：采用MATLAB仿真平台，随机产生10⁵个OFDM信号，BPSK调制，子载波数为128，采用4倍过采样。

为了便于比较，在仿真过程中，将降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法与选择性映射方法进行比较，其中选择性映射方法是多信号表示方法的代表方法之一，并且假设两种方法产生相同数量的候选信号。关于计算复杂度，表1给出了在候选信号数量相同的情况下，与选择性映射方法相比，本发明实施例提出的降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法所获得的计算复杂度降低程度。

表1与选择性映射相比，降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法所

获得的计算复杂度降低程度

候选信号数量	复数乘法	复数加法
			2	50％	38.9％
8	87.5％	76.4％
			32	96.9％	85.8％

从图4和表1可以看出，与选择性映射方法相比，本发明实施例提出的降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法在大幅度降低计算复杂度的基础上，可以获得相同的PAPR性能，完全可以满足OFDM***对PAPR性能的要求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法，其特征是，包括以下步骤：

利用二进制随机序列发生器模块产生二进制序列，并利用BPSK映射模块将二进制序列映射为基带频域信号序列X；

对序列X进行快速傅里叶逆变换，获得原始OFDM信号x；

利用加性扰码序列发生器模块产生若干个加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C；

利用加权因子a对原始OFDM信号x进行加权，然后分别与每个加性扰码序列进行相加，获得若干个不同的OFDM候选信号y_i,i＝1,2,…,C；

从全部的OFDM候选信号中，选择PAPR值最小的候选信号进行传输。

2.根据权利要求1所述的降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法，其特征是，所述利用加性扰码序列发生器模块产生加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C，包括：

确定OFDM***和加性扰码方法的相关参数，包括子载波数N、BPSK映射方式和加性扰码序列个数C；

利用二进制随机序列发生器模块产生C个长度为N的二进制序列；

将产生的C个二进制序列利用BPSK映射模块映射为序列B_i,i＝1,2,…,C；

对映射后的序列B_i,i＝1,2,…,C分别进行IFFT变换获得序列b_i,i＝1,2,…,C；

利用加权因子h分别对序列b_i,i＝1,2,…,C进行加权获得加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C，其中可表示为

S_i＝hb_i,i＝1,2,…,C。

3.根据权利要求1所述的降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法，其特征是，所述利用加权因子a对原始OFDM信号x进行加权，然后分别与每个加性扰码序列进行相加，获得若干个不同的OFDM候选信号y_i,i＝1,2,…,C，包括：

利用加权因子a对原始OFDM信号x进行加权，其中

将加权后的OFDM信号x分别与每个加性扰码序列进行相加产生OFDM候选信号y_i,i＝1,2,…,C，可表示为

y_i＝ax+S_i,i＝1,2,…,C。

4.一种降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法的发射***，其特征是，包括：

二进制随机序列发生器模块，用于产生二进制序列，并将其送入BPSK映射模块；

BPSK映射模块，用于将二进制序列映射为基带频域信号序列X，并将映射后的基带频域信号序列X送入IFFT模块；

IFFT模块，用于对基带频域信号序列X进行快速傅里叶逆变换，获得OFDM原始信号x，并将OFDM原始信号x送至加权模块a；

加权模块a，用于对原始OFDM信号进行加权，即将原始OFDM信号与加权因子a相乘，并将加权后的OFDM原始信号送入加法器模块；

加法器模块，用于将加权后的原始OFDM信号与每个加性扰码序列相加完成加扰过程，加法器模块同时与加性扰码序列发生器模块和最优候选信号选择模块相连接；

加性扰码序列发生器模块，用于产生加性扰码序列；

最优候选信号选择模块，用于从所产生的全部OFDM候选信号中选出PAPR值最小的候选信号。

所述二进制随机序列发生器模块与BPSK映射模块相连接，所述BPSK映射模块与IFFT模块相连接，所述IFFT模块与加权模块a连接，所述的加权模块a与加法器模块相连接，所述的加法器模块同时与加性扰码序列发生器模块和最优候选信号选择模块相连接。

5.根据权利要求4所述的降低OFDM***峰均功率比的加性扰码方法的发射***，其特征是，所述的加性扰码序列发生器模块，包括：

二进制随机序列发生器模块，用于产生多个二进制序列，并将其送入BPSK映射模块；

BPSK映射模块，用于将若干个二进制序列映射为序列B_i,i＝1,2,…,C，并将映射后的序列B_i,i＝1,2,…,C送入IFFT模块；

IFFT模块，用于对映射后的序列B_i,i＝1,2,…,C进行快速傅里叶逆变换，得到序列b_i,i＝1,2,…,C，并将序列b_i,i＝1,2,…,C送至加权模块h；

加权模块h，用于对序列b_i,i＝1,2,…,C进行加权产生加性扰码序列S_i,i＝1,2,…,C，即将加权因子h分别与序列b_i,i＝1,2,…,C相乘。

所述二进制随机序列发生器模块与BPSK映射模块相连接，所述BPSK映射模块与IFFT模块相连接，所述IFFT模块与加权模块h连接。