專利名稱：基于門限和雙曲正切函數(shù)的壓擴(kuò)變換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及降低正交頻分復(fù)用OFDM無線傳輸信號峰平比PAPR的壓擴(kuò)變換方法，可廣泛應(yīng)用于各類新一代寬帶OFDM無線通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在無線移動(dòng)通信中，要求提供高速率和高質(zhì)量的通信服務(wù)。正交頻分復(fù)用OFDM調(diào)制技術(shù)是一種無線環(huán)境下的高速多載波傳輸技術(shù)，它能有效地抵抗多徑衰落，具有非常高的頻帶利用率，是下一代無線移動(dòng)通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)通信的最有前途的技術(shù)。但是，由于OFDM信號是由多個(gè)正交的子載波疊加而成的，因此合成的OFDM信號可能產(chǎn)生較大的峰值功率，繼而產(chǎn)生較大的峰平比PAPR。大的峰平比PAI3R會(huì)帶來很多問題， 比如增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜度，降低功率放大器的有效性等。因此，如何有效地降低OFDM信號的峰平比PAPR，是目前OFDM系統(tǒng)研究的一個(gè)關(guān)鍵問題。降低峰平比PAPR的主要目的，就是為了最大限度地降低非線性功率放大器對 OFDM信號的影響。為了減少這種影響，必須在信號到達(dá)非線性功率放大器之前對信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)失真處理。壓擴(kuò)變換方法就是一種基于數(shù)值變換的信號預(yù)失真方法，其實(shí)現(xiàn)簡單、系統(tǒng)復(fù)雜度低、降低峰平比PAPR的效果也很明顯?，F(xiàn)有的壓擴(kuò)變換方法包括μ律壓擴(kuò)、指數(shù)壓擴(kuò)和雙曲正切壓擴(kuò)等方法。Xianbin Wang在“Reduction of Peak-to-Average Power Ratio of OFDM System Using A Companding Technique”巾ildj 了 μ Μ Γ^^ , 該方法的基本思想是擴(kuò)張小信號的幅度，同時(shí)保持大信號的幅度不變，雖然可以降低OFDM 信號的峰平比PAPR，但會(huì)增加信號壓擴(kuò)后的平均功率。因此，μ律壓擴(kuò)方法會(huì)使壓擴(kuò)后信號的功率達(dá)到功率放大器的飽和區(qū)，從而使功率放大信號產(chǎn)生非線性畸變；為了解決μ律壓擴(kuò)方法的信號平均功率增長問題，Tao Jiang在“Exponential Companding Technique for PAPR Reduction in OFDM Systems”中提出了指數(shù)壓擴(kuò)方法，該方法的基本思想是將原始OFDM信號的幅度分布轉(zhuǎn)化為均勻分布；Gang Yang在“hing hyperbolic tangent sigmoid transfer function for companding transform in OFDM system，，中提出了雙曲正切壓擴(kuò)方法，該方法通過調(diào)整非線性度因子可以獲得不同的峰平比PAI3R性能。但是，指數(shù)壓擴(kuò)方法所追求的均勻分布目標(biāo)將使大幅度信號的分布增大，因此，當(dāng)發(fā)送端采用非線性度較大的功率放大器時(shí)，其誤碼率BER性能將會(huì)急劇惡化；而雙曲正切壓擴(kuò)方法在系統(tǒng)要求的峰平比PAPR較小時(shí)，其誤碼率BER性能很差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述已有方法的不足，提出了一種基于門限和雙曲正切函數(shù)的壓擴(kuò)變換方法，該方法通過引入門限值來減小非線性度因子對系統(tǒng)性能的影響，從而在顯著提高OFDM信號峰平比PAPR性能的同時(shí)，有效改善系統(tǒng)的誤碼率BER性能。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案包括0FDM系統(tǒng)發(fā)送端對原始信號的壓擴(kuò)變換以及OFDM 系統(tǒng)接收端對接收信號的解壓擴(kuò)變換。其中
一.在OFDM系統(tǒng)發(fā)送端基于門限和雙曲正切函數(shù)的壓擴(kuò)變換方法，包括以下步驟(1)對輸入比特流進(jìn)行正交振幅調(diào)制，得到串行正交振幅調(diào)制信號X，再對該X進(jìn)行串并變換，得到并行正交振幅調(diào)制信號xm，其中，Hi = 0，1，…，N-I，N表示OFDM系統(tǒng)包含的子載波個(gè)數(shù)；(2)對并行正交振幅調(diào)制信號Xm進(jìn)行過采樣，得到過采樣信號
權(quán)利要求
1. 一種在OFDM系統(tǒng)發(fā)送端基于門限和雙曲正切函數(shù)的壓擴(kuò)變換方法，包括以下步驟(1)對輸入比特流進(jìn)行正交振幅調(diào)制，得到串行正交振幅調(diào)制信號X，再對該X進(jìn)行串并變換，得到并行正交振幅調(diào)制信號Xm，其中，m = 0，1，…，N-1，N表示OFDM系統(tǒng)包含的子載波個(gè)數(shù)；(2)對并行正交振幅調(diào)制信號Xm進(jìn)行過采樣，得到過采樣信號^o ‘…,Xnh ,0,...,0, XN/2,…,^N-I /(#-1)個(gè) 0，其中，J表示過采樣因子(3)對過采樣信號進(jìn)行快速傅立葉逆變換IFFT，得到原始OFDM信號^，其中，η = 0,1，…，JN-I ；(4)基于門限和雙曲正切函數(shù)構(gòu)建的壓擴(kuò)函數(shù)如下X’ζ = <Sign(X)A^tanh,Hν σ)|χ| < Th ’ |x| > Th其中，χ是壓擴(kuò)函數(shù)的輸入信號，ζ是壓擴(kuò)函數(shù)的輸出信號，Th = R- max{|x|}是門限值，R是門限比率，ki>0是功率控制因子，1 是非線性度因子，σ是原始0 011信號^的標(biāo)準(zhǔn)方差，tanh( ·)是雙曲正切函數(shù)，sign( ·)是符號函數(shù)，max{ · }是最大值求解運(yùn)算符， I是求模運(yùn)算符；(5)在系統(tǒng)要求的峰平比PAPR條件下，分別在區(qū)間W. 20，0. 35]和
內(nèi)選擇使系統(tǒng)誤碼率BER最小的門限比率R和非線性度因子1 ，再根據(jù)壓擴(kuò)函數(shù)的輸入信號χ和輸出信號ζ的平均功率相等，確定功率控制因子Iq I丄σZW2\x\>ThΣ\x\>Thtanhk,Nν σ J其中，Σ (·)是求和運(yùn)算符；(6)用壓擴(kuò)函數(shù)對原始OFDM信號^進(jìn)行壓擴(kuò)變換，得到壓擴(kuò)變換信號ynyn =χη，Sign(Xn)A^tanhσVnWh ，h\>Th;(7)對壓擴(kuò)變換信號7 進(jìn)行并串變換后得到發(fā)射信號y，并通過天線將其發(fā)射出去；(8)根據(jù)信號峰平比PAH 是信號峰值功率與信號平均功率之比的定義，計(jì)算發(fā)射信號 y的峰平比PAPR，并與原始OFDM信號^cn的峰平比PAPR進(jìn)行比較，二者相差越多則壓擴(kuò)變換方法對峰平比PAPR的抑制效果越好。
2. —種在OFDM系統(tǒng)接收端基于門限和雙曲正切函數(shù)的壓擴(kuò)變換方法，包括以下步驟 1)對壓擴(kuò)函數(shù)ζ求反函數(shù)得到解壓擴(kuò)函數(shù)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于門限和雙曲正切函數(shù)的壓擴(kuò)變換方法，其中步驟5)所述將還原出的比特流與輸入比特流進(jìn)行匹配，是將還原出的比特流和輸入比特流中相同的比特判為正確，不同的比特判為誤碼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于門限和雙曲正切函數(shù)的壓擴(kuò)變換方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)平均功率不恒定、峰平比性能差的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟為(1)對輸入比特流進(jìn)行正交振幅調(diào)制，再經(jīng)串并變換后進(jìn)行過采樣；(2)對過采樣信號做快速傅立葉逆變換，得到原始OFDM信號；(3)基于門限和雙曲正切函數(shù)構(gòu)建壓擴(kuò)函數(shù)，并對原始OFDM信號做壓擴(kuò)變換，再經(jīng)并串變換后發(fā)射；(4)計(jì)算發(fā)射信號峰平比；(5)對接收信號串并變換后做解壓擴(kuò)變換和快速傅立葉變換；(6)對快速傅立葉變換信號去過采樣后得到OFDM解調(diào)信號；(7)對OFDM解調(diào)信號進(jìn)行并串變換和正交振幅解調(diào)后統(tǒng)計(jì)誤碼率。本發(fā)明可以顯著降低OFDM信號峰平比和系統(tǒng)誤碼率，并具有平均功率恒定的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于新一代寬帶無線OFDM通信系統(tǒng)。
文檔編號H04L27/26GK102523190SQ201210002178
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者宮豐奎, 李靖, 王麗花, 王勇, 葛建華 申請人:西安電子科技大學(xué)