[发明专利]一种优化OFDM信号峰均功率比的发射系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字通信技术领域，尤其涉及一种优化OFDM信号峰均功率比的发射系统及方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术由于其具有良好的对抗频率选择性衰落的能力，已作为一种高速的数据传输技术被应用到无线通信的很多领域。但是，由于OFDM信号是由多个子载波信号叠加而成的，这一信号组成结构可能会引起信号具有过高的峰值功率，尤其是当子载波数量较大时，该问题会更加严重。过高的峰值功率将引起较高的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)，进而导致OFDM信号发生畸变，引起系统性能恶化。想要弥补这一缺陷，须要求发送端的高功率放大器(High Power Amplifier,HPA)具有足够大的线性范围，但这一要求在硬件方面的实现难度非常大，并且成本非常高，基本不具备可行性。因此，OFDM系统中存在的峰值功率问题便成为了该系统实用化的重要障碍。

假设OFDM系统包含N个子载波，在一个信号周期内，其基带信号可表示为

其中，X_k,k＝0,1,…,N-1表示由输入的二进制序列经相移键控(Phase Shift Keying,PSK) 或正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)后得到的频域子载波信号， x_n,n＝0,1,…,N-1是调制后的OFDM输出信号。

对于OFDM系统，通常采用峰均功率比(PAPR)来描述该系统的峰值功率问题，可定义为在一个OFDM信号周期内，该信号的峰值功率与其平均功率的比值，其表达式为

其中，和E{|x|²}分别表示OFDM信号的峰值功率和平均功率， x＝[x₀,x₁,…,x_N-1]^T。

关于OFDM系统的峰均功率比(PAPR)性能，通常从概率统计的角度出发，采用峰均功率比(PAPR)的统计分布特性加以描述，即互补累积分布函数(Complementary Cumulative Distribution Function,CCDF)。该函数表示超过某一给定PAPR值的概率，其表达式为

其中，PAPR₀表示某一确定的PAPR值，N为OFDM系统的子载波数。

近年来，如何有效地优化OFDM系统的峰值功率已成为研究热点，很多学者提出了一些较有价值的峰值功率优化方法，如限幅、编码、压缩扩张和多信号表示等。其中，部分传输序列(Partial Transmit Sequence,PTS)一直被认为是最有潜力的多信号表示方法之一，具有较好的PAPR性能。传统PTS方法的基本原理是先将输入二进制序列进行编码映射，然后将编码映射后的序列分为若干个互不重叠的子块序列，并且要保证每一子块序列的长度与编码映射后的序列一致，这就要求对每一子块序列都要进行补零操作，即令每一子块序列中剩余子载波位置上的数据为零；然后对每一子块序列进行快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)，并用相位加权因子对IFFT变换后的每一子块序列进行相位加权，将相位加权后的全部子块序列叠加获得候选信号；通过调整各个子块序列的相位加权因子，可获得多个不同的候选信号；最后，从全部的候选信号中选择PAPR值最小的候选信号进行传输。虽然说传统PTS方法可以提供较好的PAPR性能，但计算复杂度非常大是其主要缺陷之一，一直阻碍着该方法的实际应用。

发明内容

本发明的目的是针对传统部分传输序列(PTS)计算复杂度大的缺点，提供了一种优化 OFDM信号峰均功率比的发射系统及方法，其中该发射系统具有计算复杂度较低、峰均功率比(PAPR)性能较好且能满足实际应用要求的特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种优化OFDM信号峰均功率比的发射系统，包括：

二进制随机信号发生器模块，其产生要传输的二进制随机信号并送至编码映射模块；

编码映射模块，其将输入的二进制随机信号变换为二进制信号序列并送至子块序列分割模块；