[发明专利]降低OFDM信号峰平比的双曲正切压扩变换方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及降低正交频分复用OFDM无线传输信号峰平比PAPR的压扩变换方法，可广泛应用于各类新一代宽带OFDM无线通信系统。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)调制技术是一种无线环境下的高速传输技术，经过多年的发展，该技术也越来越多地被人们认可。因为OFDM调制中的子载波是正交的，所以可以显著地减小系统的码间干扰。与单载波调制相比，OFDM调制具有更高的谱效率。此外，通过插入保护间隔，OFDM调制可以更好地抵抗多径衰落。由于这些优点，OFDM调制被广泛应用于各类宽带无线通信系统中。

但是，由于OFDM调制采用多个正交的子载波，子载波的叠加形成OFDM信号，因此会产生很高的峰平比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)，使得功率放大器进入饱和区，从而导致信号畸变和功率放大器的效率降低。因此，降低OFDM信号的峰平比PAPR对于信号的可靠传输是非常必要的。

非线性压扩变换是降低OFDM信号峰平比PAPR的一种有效方法。它在发送端对原始信号进行压扩，在接收端对接收信号进行解压扩以恢复原始信号。现有的非线性压扩方案包括：μ律压扩、指数压扩和双曲正切压扩等方法。Xianbin Wang在“Reduction of Peak-to-Average Power Ratio of OFDM System Using A Companding Technique”中提出了μ律压扩方法，该方法的基本思想是扩张小信号幅度，同时保持大信号幅度不变，虽然可以降低OFDM信号的峰平比PAPR，但会增加信号压扩后的平均功率。因此，μ律压扩方法会使压扩后信号的功率达到功率放大器的饱和区，从而使功率放大信号产生非线性畸变；为了解决μ律压扩方法的信号平均功率增长问题，Tao Jiang在“Exponential Companding Technique for PAPR Reduction in OFDMSystems”中提出了指数压扩方法，该方法的基本思想是将原始OFDM信号的幅度分布转化为均匀分布，通过合理调整参数保持信号压扩前后的平均功率恒定，但是，该方法所追求的均匀分布目标将使大幅度信号分布增大，因此，当发送端采用非线性度较大的功率放大器时，其误码率BER性能将会急剧恶化；Gang Yang在“Using hyperbolic tangent sigmoid transfer function for companding transform in OFDM system”中提出了双曲正切压扩方法，该方法通过调整非线性度因子虽然可以获得不同的峰平比PAPR性能，但是当要求的峰平比PAPR较小时，其误码率BER性能依然很差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有方法的不足，提出了一种新的降低OFDM信号峰平比的双曲正切压扩变换方法，该方法通过在双曲正切函数中引入两个位移因子来提高对信号的处理灵活度，从而在有效降低OFDM信号峰平比PAPR的同时，显著提高系统的误码率BER性能。

实现本发明的技术方案包括：OFDM系统发送端对原始信号的压扩变换以及OFDM系统接收端对接收信号的解压扩变换。其中：

一.在OFDM系统发送端降低OFDM信号峰平比的双曲正切压扩变换方法，包括以下步骤：

(1)对信源产生的数据比特流进行正交振幅调制，得到串行正交振幅调制信号X，再对该X进行串并变换，得到并行正交振幅调制信号X_m，其中，m＝0，1，…，N-1，N表示OFDM系统包含的子载波个数；

(2)对并行正交振幅调制信号X_m进行过采样，得到过采样信号：其中，J表示过采样因子；

(3)对过采样信号进行快速傅立叶逆变换IFFT，得到原始OFDM信号x_n，其中，n＝0，1，…，JN-1；

(4)基于双曲正切函数构建压扩函数如下：