CN109120569B - 一种f-ofdm***中基于信号复原的降低papr方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了F‑OFDM***中一种基于信号复原的降低PAPR方法。该方法在信号发射端不发射功率最高位置的信号，在接收端通过构造子块的方法恢复算法复原未发送的信号。该方法可以在发射端与其它降低PAPR方法一起使用，达到更好的抑制PAPR效果。同时通过仿真实验，复原后的信号误码率没有提高。

Description

一种F-OFDM***中基于信号复原的降低PAPR方法
技术领域
本发明涉及移动通信领域，特别是涉及一种F-OFDM***中基于信号复原的降低PAPR方法。
背景技术
F-OFDM是华为公司主推的5G空口技术，因为该技术衍生自OFDM技术，所以存在高峰值平均功率比(PAPR)的问题。高PAPR会使信号经过非线性设备，如高功率放大器时发生非线性失真，为了解决F-OFDM信号的高PAPR问题，可以使用OFDM***中降低PAPR的技术，如文献“H.Ochiai and H.Imai,“Performance of the deliberate clipping withadaptive symbol selection for strictly band-limited OFDM systems,”IEEEJ.Sel.Areas Commun.,vol.18,no.11,pp.2270–2277,Nov.2000.”是一种波形剪裁技术，但存在信号失真的问题，如文献“Cho Y J,Kim K H,Woo J Y,et al.Low-Complexity PTSSchemes Using Dominant Time-Domain Samples in OFDM Systems[J].IEEETransactions on Broadcasting,2017,63(2):440-445.”是一种部分序列传输的改进方法，这种方法不会导致信号失真，但存在降低PAPR效果差的问题。本专利提出一种基于信号复原的降低PAPR方法，该方法在信号发射端不发射功率最高位置的信号，在接收端通过构造子块的方法恢复算法复原未发送的信号。该方法可以在发射端与其它降低PAPR方法一起使用，达到更好的抑制PAPR效果。同时通过仿真实验，复原后的信号误码率没有提高。
发明内容
为了更好的降低PAPR效果，本发明提出一种新的部分传输序列(PTS)方法。本发明的创新之处在于提出了一种接收端构造子块的复原缺失信号的方法，该方法利用残缺信号FFT之后，在调制点分布的规律性复原缺失信号。
本发明的创新之处在于针对缺失信号数量大于1的情况，构造新的子块，使每个子块中只含有一个缺失信号，且能够单独进行FFT后复原并解调信号。
本发明涉及一种F-OFDM***中基于信号复原的降低PAPR方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、输入二进制数据比特流，基带调制得到映射信号，经过串并转换、快速傅里叶逆变换后得到长度为L的时域OFDM信号序列x；
步骤2、确定缺失参数N，N为大于0的整数，计算时域信号序列x各位置幅值，把x中N个最高幅值信号移除，得到去峰信号，记录信号缺失位置，加循环前缀再滤波后一同送入发射天线；
步骤3、对接收到的去峰信号滤波再去循环前缀后得到时域信号xR，在信号缺失位置填上xR幅值最高的信号，记录为初步预测值PrxR＝a+bi，其中a、b为任意实数；
步骤4、若N＝1，跳过以下步骤，对xR进行相邻分割，分割成为等长度的V个子块，确保各缺失信号不在同一个分割子块内，分割后的xR为V行，L/V列的矩阵；
步骤5、若N＝1，跳过以下步骤，按照式(1)构造V行V列的正交矩阵A，
Figure GDA0002711866450000021
按照式(2)得到变换信号TxR，
TxR＝A-1xR (2)
按照式(3)构造尺寸与TxR相同的相位补偿矩阵P，
Figure GDA0002711866450000022
Figure GDA0002711866450000023
按照式(4)得到分离信号STxR，其中
Figure GDA0002711866450000024
表示哈达玛积(Hadamardproduct)；
步骤6、若N＝1，执行步骤7，若N>1，执行步骤8；
步骤7、xR经过FFT后计算所有信号距离最近调制点的平均距离D，记录再次预测值RpxR＝a+(b+D)i，填入xR中缺失信号的位置，计算FFT后各信号与调制点的平均距离D1，按照式(5)更新RpxR，并计算FFT后各信号与调制点的平均距离D2，
Figure GDA0002711866450000025
Figure GDA0002711866450000026
按照式(6)计算出校正预测值CpxR，填入xR中缺失信号的位置，对xR进行FFT后基带解调，得到二进制数据比特流；
步骤8、若N>1，检测STxR的第n行中是否存在缺失信号，若存在则使xR等于该行数据，执行步骤7，若不存在则直接FFT后基带解调，得到二进制数据比特流，n＝n+1，重复V次。
本发明的有益效果在于该方法集中在接收端，所以可在发射端同时使用其他降低PAPR的方法，进一步降低***的PAPR，尤其适用于PAPR偏高的新一代多载波调制技术。且通过仿真说明该方法不会使误码率大幅增高，也不会造成频带泄漏。
表1仿真参数
F-OFDM符号数 20000
FFT长度 1024
资源块 50
资源块子载波 12
循环前缀长度 72
星座调制 16QAM
滤波器阶数 512
滤波器函数 sinc
PTS分割子块 4
旋转相位数 4
附图说明
图1是F-OFDM***基于信号复原的降低PAPR方法的流程图。
图2是对F-OFDM***的峰均功率比仿真，仿真条件如表1所示。图中包括去峰信号与传统PTS(C-PTS)，LC-PTS，PC-PTS以及原信号的PAPR对比。其中去峰信号的发射端采用传统PTS处理，去峰参数N分别取1,2与4。仿真显示，LC-PTS与PC-PTS都可以达到C-PTS相同的抑制PAPR效果，在CCDF取10-4时，PAPR0为10.08dB。与之相比，去峰信号(N＝1)在CCDF取10-4时，PAPR0为9.35dB。去峰信号(N＝2)在CCDF取10-4时，PAPR0为9.16dB。去峰信号(N＝1)在CCDF取10-4时，PAPR0为8.96dB。PAPR抑制效果分别提升了7.2％，9.12％，11.1％。
LC-PTS由“Cho Y J,Kim K H,Woo J Y,et al.Low-Complexity PTS SchemesUsing Dominant Time-Domain Samples in OFDM Systems[J].Ieee Transactions onBroadcasting,2017,63(2):440-445.”提出。
PC-PTS由“Lee K S,Cho Y J,Woo J Y,et al.Low-complexity PTS schemesusing OFDM signal rotation and pre-exclusion of phase rotating vectors[J].IETCommunications,2016,10(5):540-547.”提出。
图3是不同参数的去峰信号与原信号的功率谱仿真，仿真条件如表1所示。由仿真结果可以看出，去峰信号不会导致明显的带外辐射。
图4是不同参数的去峰信号的误比特率仿真，仿真条件如表1所示。仿真显示，在QPSK调制下，去峰信号与原信号均在信噪比为5.93dB时达到10-3的误比特率。在16QAM调制下，去峰信号(N＝1)与去峰信号(N＝2)在信噪比为12.72dB时达到10-3的误比特率。去峰信号(N＝1)则在信噪比为13.46dB时达到10-3的误比特率。在64QAM调制下，原信号在信噪比为18.56dB时达到10-3的误比特率。去峰信号N分别取1,2与4时，所需信噪比相比原信号提高了0.72dB,1.38dB和4.78dB。除去64QAM调制，去峰信号(N≤4)几乎不会提升误比特率。在64QAM调制下，去峰信号(N≤2)的误比特率也达到接受的水平。
具体实施方式
表2仿真参数
Figure GDA0002711866450000041
Figure GDA0002711866450000051
下面给出本发明的技术方案在表2设定下的具体实施方法，所述方法具体过程包括以下步骤：
步骤1、输入二进制数据比特流，基带调制得到映射信号，经过串并转换、快速傅里叶逆变换后得到长度为1024的时域OFDM信号序列x；
步骤2、确定缺失参数为3，计算时域信号序列x各位置幅值，把x中3个最高幅值信号移除，得到去峰信号，记录信号缺失位置，滤波后一同送入发射天线；
步骤3、对接收到的去峰信号滤波再去循环前缀后得到时域信号xR，在信号缺失位置填上xR幅值最高的信号，记录为初步预测值PrxR＝a+bi，其中a、b为任意实数；
步骤4、对xR进行相邻分割，分割成为等长度的V个子块，确保各缺失信号不在同一个分割子块内，分割后的xR为V行，1024/V列的矩阵；
步骤5、若N＝1，跳过以下步骤，按照式(1)构造V行V列的正交矩阵A，
Figure GDA0002711866450000052
按照式(2)得到变换信号TxR，
TxR＝A-1xR (2)
按照式(3)构造尺寸与TxR相同的相位补偿矩阵P，
Figure GDA0002711866450000053
Figure GDA0002711866450000054
按照式(4)得到分离信号STxR，其中
Figure GDA0002711866450000055
表示哈达玛积(Hadamardproduct)；
步骤6、检测STxR的第n行中是否存在缺失信号，若存在则使xR等于该行数据，执行步骤7，若不存在则直接FFT后基带解调，得到二进制数据比特流，n＝n+1，重复V次。
步骤7、xR经过FFT后计算所有信号距离最近调制点的平均距离D，记录再次预测值RpxR＝a+(b+D)i，填入xR中缺失信号的位置，计算FFT后各信号与调制点的平均距离D1，按照式(5)更新RpxR，并计算FFT后各信号与调制点的平均距离D2，
Figure GDA0002711866450000061
Figure GDA0002711866450000062
按照式(6)计算出校正预测值CpxR，填入xR中缺失信号的位置，对xR进行FFT后基带解调，得到二进制数据比特流。

Claims (1)

1.一种F-OFDM***中基于信号复原的降低PAPR方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、输入二进制数据比特流，基带调制得到映射信号，经过串并转换、快速傅里叶逆变换后得到长度为L的时域OFDM信号序列x；
步骤2、确定缺失参数N，N为大于0的整数，计算时域信号序列x各位置幅值，把x中N个最高幅值信号移除，得到去峰信号，记录信号缺失位置，加循环前缀再滤波后一同送入发射天线；
步骤3、对接收到的去峰信号滤波再去循环前缀后得到时域信号xR，在信号缺失位置填上xR幅值最高的信号，记录为初步预测值PrxR＝a+bi，其中a、b为任意实数；
步骤4、若N＝1，跳过以下步骤，对xR进行相邻分割，分割成为等长度的V个子块，确保各缺失信号不在同一个分割子块内，分割后的xR为V行，L/V列的矩阵；
步骤5、若N＝1，跳过以下步骤，按照式(1)构造V行V列的正交矩阵A，
Figure FDA0002711866440000011
按照式(2)得到变换信号TxR，
TxR＝A-1xR (2)
按照式(3)构造尺寸与TxR相同的相位补偿矩阵P，
Figure FDA0002711866440000012
Figure FDA0002711866440000013
按照式(4)得到分离信号STxR，其中
Figure FDA0002711866440000014
表示哈达玛积(Hadamard product)；
步骤6、若N＝1，执行步骤7，若N＞1，执行步骤8；
步骤7、xR经过FFT后计算所有信号距离最近调制点的平均距离D，记录再次预测值RpxR＝a+(b+D)i，填入xR中缺失信号的位置，计算FFT后各信号与调制点的平均距离D1，按照式(5)更新RpxR，并计算FFT后各信号与调制点的平均距离D2，
Figure FDA0002711866440000021
Figure FDA0002711866440000022
按照式(6)计算出校正预测值CpxR，填入xR中缺失信号的位置，对xR进行FFT后基带解调，得到二进制数据比特流；
步骤8、若N＞1，检测STxR的第n行中是否存在缺失信号，若存在则使xR等于该行数据，执行步骤7，若不存在则直接FFT后基带解调，得到二进制数据比特流，n＝n+1，重复V次。
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