专利名称：一种改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置的制作方法
技术领域：
H _ HlE(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing, OFDM)移动通信系统中对OFDM信号进行改善的技术领域，特别是涉及一种利用叠加训练序 列的改进相位序列的选择性映射方法及其装置。
背景技术：
由于正交频分复用(OFDM)系统具有频谱利用率高和抗多径衰落能力强等特点， 因此在移动通信系统中得到了广泛的应用。但是由于OFDM信号的一个固有缺点是存在高 的峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)，这就要求移动通信系统中的发射机 的功率放大器具有大的动态范围，否则会产生线性失真，从而影响OFDM系统性能，也会增 加发射机的设备成本。在现有的OFDM系统中，业界已经提出了很多种不同的PAPR降低方法。主要可以 分为三类第一类是信号畸变技术，即在信号经过放大之前，首先对功率值大于门限值的信 号进行非线性处理，包括限幅法、压缩扩展法、加窗法等；第二类是编码方法，其基本原理是 利用不同编码所产生不同的码组而选择PAI^R较小的码组作为OFDM符号进行数据信息的传 输，主要方法有分组编码法、M序列、格雷互补码序列等；第三类是信号扰码技术，即利用不 同的加扰序列对OFDM符号进行加权处理，优化子信道的载波相位，从而选择PAPR较小的 OFDM符号及相位组合来传输，如选择性映射、部分传输序列、载波预留和载波插入等方法。 用于加扰的序列称为权值向量。目前国内外降低PAI^R的算法很多，各种算法都有优点及其 局限性。总的来说，这些算法普遍以系统性能的牺牲为代价，如信号畸变技术是以降低系统 BER性能为主要代价来获得低PAI^R性能的。编码类技术由于需要发送大量冗余信息而使系 统信息速率大幅度降低，即它是以降低系统功率性能为代价获得较好PAI5R性能的。对于信 号扰码类技术具有良好的PAPR降低性能，但它是以较高的系统计算复杂度为代价获得良 好PAI3R性能的。如何更有效地降低OFDM系统中的PAPR值、便于移动通信系统中实际运用是现有 的OFDM系统中遇到的必须要解决的问题，也是本领域的技术人员需要解决的问题。本专利 利用目前研究较少但具有对信号峰值平均功率比的抑制作用和降低线性功放效率的影响， 并且能进一步提高系统频带利用率等优点的叠加训练序列方法来改进，以期更有效地降低 系统PAI3R。
发明内容
为更有效地克服OFDM系统中存在的上述缺陷，本发明目的是提供一种可以提高 降低OFDM系统中峰均功率比的效率，并能够更有效地应用于实际通信系统中的方法及其
直ο按照本发明的一个方面，本发明提供了一种降低OFDM系统中PAPR的方法，该方法 步骤如下首先，在发送端对输入信号序列进行串并变换；其次，针对变换后的部分并行信
4号，利用叠加训练序列方法并考虑功率分配因子将训练序列叠加到该并行信号上；接着，对 所有并行信号执行与本发明中所采用的次优相位序列组f[N]对应序列元素进行相乘运算； 之后，对上述处理后的信号序列进行IFFT变换处理；最后，发送端对各个并行信号经过上 述处理后的变换输出结果分别进行峰值功率与平均功率比的计算，并从中选出一个峰均比 值最小的结果进行发送。其中，对于本发明中选择性映射方法采用的次优化相位序列的选取采用如下方 法改变一般地从{l，-l，i，_i}中选取的传统相位序列方法，利用预设门限方法，即采用混 沌序列、m序列和格雷序列等N簇相位序列作相位序列，将发送信号序列复制为N组并依次 利用N簇相位序列执行传统选择性映射方法。一旦出现数据的PAI^R低于或等于门限，那么 该信号序列对应的相位序列即为相对最优相位序列，我们称其为次优相位序列；若是执行 完N簇相位序列，仍没有出现小于或等于预设门限的PAI^R值，则选择最小PAPR值对应的相 位序列为次优相位序列。按照本发明的另一个方面，本发明提供了一种降低OFDM系统中PAPR的方法的装 置，该装置包括优化处理相位序列选择次优相位序列处理装置、叠加训练序列方法处理模 块以及选择性映射方法处理装置。其中，采用优化处理相位序列处理装置中预设门限方法从N簇相位序列中选择出 相对最优即次优相位序列，对于门限值则根据系统具体需要来确定；采用叠加训练序列方 法模块将训练序列按一定功率分配因子叠加在串并变换后的部分信息序列上发送；采用次 优相位序列作为相位序列的选择性映射方法处理装置对融合了叠加训练序列方法后的所 有并行信息序列进行处理，以降低峰均功率比，达到相对较有效的降低系统峰均功率比的 目的。本发明的有益效果在于，改变传统相位序列选取方法，而采用预设门限方法选取， 即利用N簇相位序列依次对发送信号执行传统选择性映射算法，计算PAPR并依次与门限值 相比较，从中选取相对最优即次优相位序列；其次，通过叠加训练序列方法将训练序列按一 定功率分配因子叠加到该部分并行信号上；最后，以次优相位序列作为相位序列对融合了 叠加训练序列方法后的所有并行信息序列进行处理，同时将其中最小PAI^R值对应的信号 序列发送。这种方法能够达到相对原始方法更有效地降低系统中峰均功率比的目的。
图1是现有技术中应用选择性映射方法对信号进行处理的主要实现过程示意图；图2是根据本发明的叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法的主要实 现过程示意图；图3是根据本发明的叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法中次优相
位序列选取的主要实现过程示意图。图中Pm、P[2]、. · · Pm为信号序列组；a[1]、a[2].....a[N]
为N簇相位序列，每簇相位序列所选均各不相同，如a[1]为混沌序列，a[2]为m序列，...， a[N]为格雷序列。图4是根据本发明的叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法的主要工 作流程图；图5是根据本发明的叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法的PAPR仿真曲线图；图6是根据本发明的叠加训练序列的改进相位序列的选择性映射方法的不同功 率分配因子下叠加复巴克码序列的PAI^R仿真曲线图；图中b为叠加训练序列的功率分配因子。
具体实施例方式下面将结合各个参考附图对本发明的技术方案的主要实现原理具体实施方式
等 进行详细描述。请参照图2，该图是本发明提出的一种利用叠加训练序列选择性映射方法处理发 送信号的主要实现原理流程图，其主要实现过程如下步骤Al，发送端将输入信号序列进 行串并处理；步骤A2，针对串并变换后的并行传输信号序列，选取其中部分信号序列进行 如下步骤处理步骤Tl，将叠加训练序列r[N]按一定功率分配因子b叠加到选取出的部分信 号序列上；步骤T2，其中的叠加训练序列所占功率比因子b的设置，参考图7的仿真平台、 仿真参数以及仿真结果，为 保证叠加训练序列对系统性能的影响较小，一般地我们在0 0. 1之间取功率分配因子值b ；步骤A3，将经过上述处理后的所有并行信号序列与经过预设 门限方法处理选取出的次优相位序列f[N]] —一对应进行相乘运算；步骤A4，对上述处理后 的信号序列进行IFFT变换处理。步骤A5，发送端对各个并行信号经过上述处理后的变换输 出结果分别进行峰值功率与平均功率比的计算，并根据计算结果选出一个峰均比最小的结 果进行发送。请参照图3，该图是本发明提出的选择性映射方法中次优相位序列f [N]选取的主 要实现过程示意图，主要实现过程如下步骤Bi，预设门限值，将输入信号序列经过复制模 块I复制为N组信号序列组P[1]、p[2]、. . .，p[N]；步骤B2，将所得N组信号序列依次与相位 序列(即混沌序列a[1]，m序列a[2]，...，格雷序列a[N]等N簇相位序列组)执行传统选择 性映射方法；步骤B3，首先计算出P[1]与a[1]经处理后所得信号的PAPR值，并与预设门限 值进行比较。若是所得PAI^R小于门限值，则将其对应的相位序列即a[1]作为次优相位序列 输出，否则执行P[2]与a[2]这步；依次处理，一旦出现PAI^R小于或等于门限值的，就选取该 PAI^R对应的相位序列为次优相位序列；若是执行完N次选择性映射方法，仍没有出现小于 或等于预设门限的PAPR，则选择最小PAPR值对应的相位序列为次优相位序列，并将其信息 输出；步骤B4，将选出的次优相位序列作相位序列的选择性映射方法处理后PAPR最小的输 出结果进行发送。其中，步骤Bl中预设的门限值根据系统具体需要来确定，如要使系统 PAI3R值限定不大于7，同时要保证误码率在0. 以下等要求，则可以取门限值为7。请参照图4，该图是本发明提出的用叠加训练序列选择性映射方法改进主要实现 原理流程图，其主要实现过程如下步骤S0，发送端将输入信号序列进行串并变换；步骤 Si，从变换后信号序列中提取部分并行信号序列执行步骤Tl，假设先取叠加训练序列功 率因子为0. 1，将该并行信号序列和叠加训练序列一一对应进行相加；步骤T2，并将相加结 果和提取后剩余并行信号序列进行并行处理；步骤S2，利用图3预设门限处理选取出的次 优化相位序列，对所有并行信号序列一一对应执行乘法运算；步骤S3，对上述处理后的信 号序列执行IFFT变换；步骤S4,发送端对所有并行信号经上述处理后的变换输出结果分别 进行峰值功率与平均功率比的计算；步骤S5，根据计算结果选择出一个峰均比最小的结果进行发送。另一方面，本发明中对图二所述的步骤A2，将叠加训练序列叠加到选取出的部分 传输序列上，其中的叠加训练序列的功率分配因子b的处理方法如下利用功率分配因子 单元，设置叠加训练序列所占的功率分配因子大小b ；在利用次优相位序列进行选择性映 射方法处理过程中，适当改变b值，本发明通过仿真选取叠加训练序列的功率分配因子b分 别为0. 1,0. 3,0. 5,0. 9时，计算此时系统PAI3R值以及系统误码率性能，从而寻找出不仅能 降低系统PAPR值，并且能满足系统性能要求的功率分配因子，此时所对应的功率分配因子 即为该系统所选的相对最佳功率分配因子；最后将上述处理后的输出结果进行PAI^R计算。加法单元，用于将叠加训练序列叠加到串并变换后的部分并行信号上，处理后仍 在这部分并行信号原来位置上发送；参照图4根据本发明提出的用叠加训练序列选择性映射方法改进主要实现原理 流程图，我们在其基础上搭建好的一个OFDM系统平台上进行仿真以验证本发明提出的方 法的性能。算法仿真参数为■叠加训练序列采用长度为32的复巴克码序列■每个OFDM信号包含128个子载波■采用QSPK调制方法■在20条多径瑞利衰落信道下■使用长度为7的m序列作为相位序列仿真图形参见附图中图5、图6。注附图5中的叠加训练功率分配因子取b = 0. 1。以上所披露的仅为本发明的优选实施例，当然不能以此来限定本发明的权利保护 范围。可以理解，根据本发明所附权利要求书中限定的实质和范围所作的等同变化，仍属于 本发明所涵盖的范围。
权利要求
一种改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置，该方法包括如下步骤步骤1发送端对输入信号序列进行串并变换，针对变换后的部分并行信号，利用叠加训练序列方法将训练序列按一定功率分配叠加到该并行信号上；步骤2将经过上述处理后的所有并行信号序列和次优化相位序列f[N]对应序列元素进行相乘运算；步骤3对上述处理后的信号序列进行IFFT变换处理；步骤4发送端对各个并行信号经过上述处理后的变换输出结果分别进行峰值功率与平均功率比的计算，并从中选出一个峰均比值最小的结果进行发送。
2.根据权利要求1所述的改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置，其特 征在于改变传统相位序列选取方法，利用预设门限方法从N簇相位序列组中选取次优相位序 列作为本发明选择性映射方法中的改进相位序列；具体过程为步骤P1，预设门限值，预设的门限值根据系统具体需要来确定；步骤P2， 将输入信号序列经过复制模块I复制为N组信号序列组P[1]、p[2]、...，p[N]；步骤P3，将所 得N组信号序列依次与混沌序列a[1]，m序列a[2]，...，格雷序列a[N]等N簇相位序列组依次 执行传统选择性映射方法，将每次PAPR值与门限值比较，一旦出现PAPR小于或等于门限值 的，就选取该PATO对应的相位序列为次优相位序列；若是执行完N次选择性映射方法，仍没 有出现小于或等于预设门限的PAPR，则选择最小PAI^R值对应的相位序列为次优相位序列， 并将其信息输出。
3.根据权利要求1所述的改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置，其特 征在于针对串并变换后的部分并行信号利用叠加训练序列方法处理，设置相应的叠加训练序 列所占功率分配因子b ；其中叠加训练序列所占功率分配因子b的选取取决于叠加训练序 列对系统性能的影响以及实际对系统性能的要求而定，一般地在0 0. 1之间取值。
4.根据权利要求1所述的改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置，其特 征在于，该装置包括如下单元串并变换单元，用于发送端将输入信号序列进行串并变换处理； 功率分配因子单元，用于设置叠加训练序列与信号序列功率分配所占比例大小； 乘法单元，其一，用于叠加训练序列与其所占功率分配因子进行相乘运算；其二，用于 将所述串并变换单元变换后的所有并行信号(其中包括加法单元处理后的部分并行信号) 和N簇相位序列组中的一个对应序列依次进行相乘运算； 提出单元，用于提取串并变换后的部分信号序列；加法单元，用于将叠加训练序列叠加到串并变换后的部分并行信号上，处理后仍在这 部分并行信号位置上发送；并行单元，用于将叠加训练序列处理后的部分并行信号序列与未处理并行信号序列并 行合并处理；逆向快速傅立叶变换单元，用于对串并变换单元变换后的所有并行信号(其中包括加 法单元处理后的部分并行信号)和相位序列相乘运算后的信号序列执行逆向快速傅立叶 变换；选择单元，用于对上述逆向快速傅立叶变换单元变换后的信号进行PAI^R计算，选择出 一个PAH 值最小的并行信号变换输出结果进行发送； 预设门限单元，用于根据系统具体需要确定门限值；门限比较选择单元，用于将计算出的PAPR值与门限值进行比较，选择出使系统具有相 对最低PAPR值的相对最优即次优相位序列。
全文摘要
本发明披露了一种改进相位序列的叠加训练序列选择性映射方法及装置，该方法包括发送端将输入信号序列进行串并变换，从变换后信号序列中提取部分并行信号序列执行；考虑功率分配，将该并行信号序列和叠加训练序列一一对应进行相加；并将相加结果和提取后剩余并行信号序列进行并行处理；将所有并行信号依次与N簇相位序列组中一个序列对应元素相乘，并对相乘结果执行逆向快速傅立叶变换；发端计算其对应PAPR值，一旦出现PAPR值比预设门限值小或相等，则选取此相位序列为相对最优即次优相位序列，否则取最小PAPR对应的作次优相位序列；最后，将次优相位序列中对应的PAPR值最小的并行信号作为结果进行发送。
文档编号H04L27/26GK101883066SQ200910138939
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月9日 优先权日2009年5月9日
发明者伍晓琼, 刘盈, 罗仁泽, 高頔, 黄家盛 申请人:电子科技大学中山学院