LTE系统中基于幅度误差矢量幅度降低误比特率的方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，应用于B3G/4G中的LTE系统中的正交频分复用技术(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，OFDM)中。本发明优于传统的PTS方法中降低信号峰均比的技术，可以最大限度地降低OFDM系统中信号通过放大器后的失真，从而达到降低系统误比特率，提高系统性能的目的，可以广泛应用于宽带OFDM系统中。

背景技术：
OFDM是B3G/4G系统中的关键技术之一，由于其高频谱效率、抗多径衰落和抗窄带干扰性，OFDM已经被广泛用于B3G/4G系统中。但OFDM的一个主要的缺点就是系统峰值功率与平均功率的比值过高。由于放大器的线性放大范围有限，因此，超过线性放大范围的信号通过放大器后会产生严重的带内失真和带外辐射。很多学者提出了许多降低峰均比的方案，比如直接限幅、多音内插、选择性映射和部分传输序列(PartialTransmitSequence，PTS)。而在这些技术中，直接限幅法会产生带内失真和带外辐射，多音内插会使信号功率增大，造成误码率的上升，选择性映射的降峰均比的能力有限，而PTS技术则是一种无失真的有效技术。

技术实现要素：
信号经过放大器产生的非线性失真直接影响接收端的系统性能。而降低信号峰均比并不能最大限度降低系统误比特率。基于此，本专利提出一种LTE系统中基于幅度误差矢量幅度降低误比特率的方法，该方法基于降低均方根误差矢量幅度的准则来最小化失真信号，以此来最小化系统误比特率，其技术方案为：将频域输入数据交织分割为M个子块；通过IDFT操作将M个子块的频域数据转换为时域OFDM信号；将时域OFDM信号通过多项式模型放大器后变换到频域并基于幅度误差矢量幅度迭代计算出相应的最优解。为便于本领域技术人员对本发明技术方案的理解，本发明的专业术语说明如下：EVM：幅度误差矢量，PTS：部分传输序列，OFDM：正交频分复用，CF：限幅滤波，TR：子载波预留，TI：多音内插，SLM：选择性映射，QAM：正交振幅调制，PSK：移相键控调制，IFFT：快速傅里叶反变换，FFT：快速傅里叶变换，PA：功率放大器，SSPA：固态功率放大器，RMS-EVM：均方根误差矢量幅度，IDFT：傅里叶反变换，IPTS：迭代翻转算法。具体实现步骤如下：(1)把输入频域数据D交织分割成M个子块；(2)通过IDFT操作把这M个子块的频域数据D(m)(m＝1，...，M)转换成时域数据d(m)(m＝1，...，M)；(3)进行初始化，令相位因子bm＝1(m＝1，...，M)为b_bestm＝1(m＝1，...，M)，Best_EVM＝100，搜索指引次数为t＝0，搜索总次数为T＝M+2M/2；(4)按照如下步骤进行双层优化：(4a)使用迭代翻转算法(IPTS)：令bm＝1(m＝1，...，M)，计算出RMS_EVM作为Best_EVM。然后，翻转第一个相位因子b1＝-1并重新计算RMS_EVM。若RMS_EVM＜Best_EVM，更新Best_EVM并令b1＝-1作为最终的b1。对其余bm(m＝2，...，M)也采用相同的操作直到所有的相位因子全部翻转完毕。(4b)保持第一层算法中得到的奇数子块的相位因子不变，对偶数子块的相位因子采用遍历搜索算法，选择最优的相位因子，最终得到功率放大器的输入数据x。(5)把x通过功率放大器得到y，对y进行FFT操作，得到频域数据Y；(6)计算失真信号ηk与增益因子μ；(7)计算均方根误差矢量幅度RMS_EVM；(8)若RMS_EVM＜Best_EVM，则Best_EVM＝RMS_EVM，b_best＝b，t＝t+1；(9)如果t＞T，则传输优化后的信号；否则，跳转至步骤(4)。本发明与现有技术相比具有以下优点：第一，本发明采用最小化信号通过放大器后失真的方法，克服了传统降低峰均比方法中不能保证经过放大器后误比特率最大限度地降低的不足。第二，本文提出的基于迭代翻转算法和偶数子块遍历搜索的双层优化模型，克服了传统PTS算法搜索复杂度高、峰均比降低性能有限的缺点。附图说明图1为OFDM系统流程图；图2为传统的降PAPR的PTS技术框图；图3为本发明基于EVM的PTS技术框图；图4为本发明基于EVM的PTS技术的详细算法流程图；图5为本发明的全搜索RMS-EVM算法和传统降PAPR的PTS技术的性能比较图；图6为本发明的全搜索RMS-EVM算法和传统降PAPR的PTS技术的CCDF性能比较图；图7为本发明的次优双层优化RMS-EVM算法和其他各种RMS-EVM算法的性能比较；图8为本发明的次优双层优化和其他搜索算法的复杂度比较图。具体实施方式下面结合附图1-8来对本发明进行进一步描述，包括如下步骤：(1)把频域数据D进行4倍过采样得到D′，并将D′交织分割成M个子块的频域数据D(m)(m＝1，...，M)D′的中文含义是频域数据D过采样后的数据，N表示子载波的数目，是偶数；(2)通过傅里叶反变换IDFT操作把M个子块的频域数据D(m)(m＝1，...，M)经过调制，转换成时域数据d(m)(m＝1，...，M)j表示虚数单位，LN表示L*N；(3)对算法进行初始化，按如下步骤进行：令相位因子全为1，即bm＝1(m＝1，...，M)，b_bestm＝1(m＝1，...，M)，最优的值Best_EVM＝100，搜索指引计为t＝0。bm表示第m个相位旋转因子，b_bestm表示第m个最优相位旋转因子；(4)t＝t+1，判定，当0＜t≤M时，使用IPTS搜索，转到步骤(4a)，当M＜t≤T时，使用遍历搜索算法对偶数子块的相位因子进行搜索，转到步骤(4b)，当t＞T时，迭代搜索结束，传输优化后的信号。T表示搜索总次数，t表示到了第t次搜索；(4a)使用迭代翻转算法：令bm＝1(m＝1，...，M)，计算出RMS_EVM(root-mean-squareerrorvectormagnitude)作为Best_EVM。然后翻转第一个相位因子b1＝-1，把合并后的新的信号输入功率放大器，再经过FFT操作将信号变换到频域，重新计算RMS_EVM。如果RMS_EVM＜Best_EVM，则更新Best_EVM并令b1＝-1作为最终的b1。对其他的bm(m＝2，...，M)也采用相同的操作直到所有的相位因子全部翻转。(4b)对于步骤(4a)的相位因子，保持奇数子块的相位因子不变，对偶数子块的相位因子采用遍历搜索算法，再经过FFT操作将信号变换到频域，重新计算RMS_EVM，当RMS_EVM＜Best_EVM，更新Best_EVM，Best_EVM＝RMS_EVM并更新相位因子。(5)把x通过功率放大器得到y，对y采用FFT操作，得到频域数据Y；sn表示输入信号xn的模值，j表示虚数单位，K表示非线性放大器的基带等效多项式模型的最高次数，IBO表示输入补偿；功率放大器(PowerAmplifier，PA)的输入信号为sn表示输入信号xn的模值，j表示虚数单位，θn表示xn的相位角，放大器模型可以表示如下：假设相位失真为零，只考虑幅度失真，即φ(xn)＝0。因此，功率放大器只引入了幅度失真，可以表示为：式中Ao是放大器的最大线性输出值。参数p控制着从线性区域到饱和区域的平滑过渡。非线性放大器的基带等效多项式模型可以表示如下：式中αk是放大器的系数。由于1阶和3阶产生了大部分的互调失真。因此多项式模型可以近似为：yn≈α1xn+α3xn|xn|2(6)：OFDM系统功率放大器的输出的频域信号可以写为：(6)计算失真信号ηk与增益因子μ；输出信号也可以写为：Yk＝μXk+ηkk＝1，...，N(8)：增益因子μ和SSPA的失真可以分别写为：式中IBO′＝10(IBO/10)。(7)计算均方根误差矢量幅度RMS_EVM；(8)若RMS_EVM＜Best_EVM，则Best_EVM＝RMS_EVM，b_best＝b，t＝t+1：(9)判断迭代次数是否结束，如果t＞T，则传输优化后的信号；否则，转到步骤(4)。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。