[发明专利]联合星座扩展与预留子载波的LTE系统OFDM信号峰均比抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种联合星座扩展与预留子载波LTE系统正交频分复用OFDM信号峰均比抑制方法。

背景技术

正交频分复用OFDM调制是一种多载波调制技术，由于其符号间子载波相互正交，因此能够显著减小系统的码间干扰；与单载波调制相比，其频谱效率更高；此外，通过插入保护间隔，OFDM调制技术可以更好地抵抗多径信道。由于这些优点，OFDM技术已被广泛应用于无线通信系统中。但是，OFDM调制主要缺点是其发射信号具有高峰均比PAPR特性，当发射机采用非线性功率放大器时，会引起严重的带内和带外性能恶化。此外，由于高峰均比信号具有很大的动态变化范围，所以要求高分辨率的量化器以减小量化误差，这就要求系统传输更多的有效信息位比特，从而增加接收机前端的复杂度和功率负荷。

为了降低OFDM信号的峰均比，迄今业界已提出了许多解决方法，例如预留子载波方法。现有预留子载波方法的主要思路是：发送端首先保留少量未承载数据业务的子载波作为预留子载波，然后对原始频域输入信号进行处理，得到能抑制OFDM系统PAPR的消峰信号；消峰信号经过IFFT变换后，再把时域消峰信号叠加到原始时域信号上，以得到PAPR值更小的合成信号；再将得到的合成信号作为发射信号。由于时域消峰信号在发送端易于产生，且在接收端也易于滤除，且无需传送额外的边带信息，受到了广泛的关注。例如，2011年，Li H在IEEE Transactions on Broadcasting汇刊发表的论文“An improved tone reservation scheme with fast convergence for PAPR reduction in OFDM systems”中提出的一种预留子载波算法，其基本思想是用最小平方估计预留子载波算法求出最优系数，再将时域消峰信号乘于最优系数以产生新的时域消峰信号，从而减小迭代次数；但是，该算法中的限幅操作会造成非线性失真和频谱扩展，恶化误码率BER性能。由预留子载波算法的基本思想可知，算法的目标是找到合适的时域消峰信号使最终输出的OFDM时域信号有最小的PAPR值，但是，现有预留子载波技术方法在进行确定合适的时域消峰信号相关处理时，往往将该过程转化为一个凸函数的优化问题，但凸函数优化问题意味着非常大的运算复杂度以及大量的迭代次数，即长的系统运行时间，从而导致其算法实现成本高，难以适用于实际的LTE系统；而且，凸优化处理缺乏必要的算法灵活性与自适应性，当输入的宽带信号统计分布复杂或优化处于非稳态信号条件下时，其峰均比PAPR抑制效果并不理想，甚至导致误码率性能恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种联合星座扩展与预留子载波LTE系统OFDM信号峰均比抑制方法，旨在解决现有预留子载波算法的峰均比抑制综合性能效率低下的问题。

本发明是这样实现的，一种联合星座扩展与预留子载波LTE系统OFDM信号峰均比抑制方法，该联合星座扩展与预留子载波LTE系统OFDM信号峰均比抑制方法将主动星座扩展中的智能梯度映射算法原理与预留子载波最小平方估计算法相结合，通过修正星座点位置，实现信号峰均比性能、系统误码率性能、以及发射信号带外频谱扩展性能的控制；包括以下步骤：

第一步，将OFDM调制信号经上采样得到原始OFDM信号；

第二步，设置迭代参数初始值；

第三步，对原始OFDM信号进行限幅操作；

第三步，将限幅后的信号变换到频域，进行频域星座修正后，再变换到时域，接着进行最小平方估计和智能梯度映射，得到传输信号，并计算传输信号的峰均比；

第五步，根据迭代参数判断迭代是否结束，结束，即获得满足系统峰均比PAPR要求的传输信号，否则，继续迭代。

进一步，该联合星座扩展与预留子载波LTE系统OFDM信号峰均比抑制方法包括以下步骤：

步骤一：对输入信号进行正交幅度调制和串并变换后，随机选择L个预留子载波的位置，对L个预留子载波的位置分配0和其他N-L个数据子载波的位置分配正交幅度调制得到的频域有效数据信息，得到N点频域信号其中，N表示OFDM调制包含的子载波个数，L表示OFDM调制包含的预留子载波个数，r＝0,1,…,N-1；

步骤二：对信号进行上采样得到原始OFDM频域信号X_k，其中，k＝0,1,…,JN-1，J表示上采样因子，JN表示上采样后OFDM系统包含的子载波个数；然后将信号X_k进行IFFT变换得到原始OFDM时域信号x_n，其中，n＝0,1,…,JN-1；

步骤三：设置初始值：