[发明专利]一种低复杂度的OFDM信号受限压扩方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低复杂度的OFDM信号受限压扩方法

相关的现有技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM) 是一种多载波宽带数字调制技术，与传统的单载波传输系统相比具有明显的 抗多径干扰能力，因此被广泛应用于宽带通信。但是，由于OFDM信号是多 个子信道信号的叠加，当多个信号的相位一致时，所得到的和信号的瞬时功 率会远远大于信号的平均功率，导致出现较高的峰值平均功率比(简称为峰 均比，Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)。这种具有较高瞬时峰值的信 号通过传输系统中线性动态范围有限的放大器时，就会造成非线性失真，从 而引起系统性能下降。因此，必须采取措施来降低OFDM信号的峰均比。

目前降低OFDM信号峰均比的方法主要有如下几种：

1.非线性压扩

在通信系统的发射端，通过数值变换降低大幅值信号的幅值和增强小幅 值信号的幅值；而在接收端进行逆变换以恢复原始信号。在实际应用中，根 据所采用的具体压扩函数的不同，存在多种不同的压扩方法。

如图1所示，在我们以前所做的研究工作中，通过对各种压扩方法的比 较和分析，提出了一种较为完善的降低OFDM信号峰均比的新压扩方法。该 新压扩方案将OFDM信号幅值的统计特性从瑞利分布变换为概率密度函数为 线性函数的形式，能够在保持原信号平均功率不变的情况下使峰均功率比降 低到7.8dB以下，并且系统具有较好的误比特率性能。

但是，进一步的研究发现，虽然我们提出的新压扩方案与他人的相关研 究相比具有更好的系统性能，但是该方案在加性高斯信道中的误比特率仍然 偏大，因而离实际应用尚有一段距离。

2.剪波

最简单的剪波是指设定一个限幅门限，把高于该门限的大幅值信号直接 削去。这种方法能适用于任何数目的子载波构成的系统。但是该方法会引起 信号畸变，造成系统的误比特率性能下降和带外辐射功率的增大。

如图2所示，最近，国外有文献提出了一种降低OFDM信号峰均比的受 限剪波(Constrained Clipping)方法，其基本思想是将简单剪波后的OFDM 信号变换到频域，然后进行带内和带外处理，最后再变换成时域信号传输。 仿真结果表明，该方案在保证系统具有较小的误差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)和带外辐射的前提下能够获得较好的峰均比性能。该方案 的主要缺陷在于系统最终获得的峰均比性能与剪波幅度A_max密切相关，A_max的 取值既不能太大，又不能太小；同时，峰均比性能与A_max之间没有明确的理 论关系表达式，对于某组给定的系统参数，为了得到较优的A_max值，只能凭 借经验进行大量的仿真和尝试；另外，信号的一部分功率会因为被限幅而损 失。

此外还有其它几种降低OFDM信号峰均比的方法，因其与本发明专利的 相关度不高，因此仅做简单叙述如下：

1.编码

利用不同编码所产生不同的码组而选择峰均比较小的码组进行数据信 息的传输。缺点如下：一是受编码调制方式的限制；二是受限于子载波数目， 随着子载波数目的增加，计算复杂度显著增大；三是编码后的数据速率有所 降低。

2.选择性映射

用M个不同的随机相位序列矢量分别与IFFT的输入序列点乘，然后再 实施IFFT运算，选择其中具有最小峰均比的输出序列来传输。缺点如下： 一是计算复杂度大，需要计算额外(M-1)组IFFT运算；二是需要安全地传送 相关的辅助信息。

3.部分传输序列

将输入的数据符号划分为若干个子组，每个子组的长度仍等于全部子 载波的个数，然后对各个子组分别乘以某个加权系数，最后再合并这些子组， 从而达到降低整个系统峰均比的目的。这种方法的缺点与选择性映射相似， 一是计算复杂度大，二是需要安全地传送辅助信息。

发明技术方案

本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提出一种进一步降低系统的 误比特率，大大简化接收端的处理过程，使之更接近实用化的低复杂度的 OFDM信号受限压扩新方案。