一种低papr的ofdm-tdcs波形设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，尤其涉及认知无线电技术中一种低峰值平均功率比 (Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)的 0FDM-TDCS 波形设计方法。
【背景技术】
[0002] 认知无线电（Cognitive Radio，CR)技术最早是由 Joseph Mitola III 博士于 1999年提出，它的核心思想是通过频谱感知获得在当前时间可用的频谱，利用这些频谱进 行数据的传输，从而从整体上大大提高了频谱的利用率。
[0003]变换域通信系统（Transform Domain Communication System，TDCS)米用认知无 线电的思想，在给定的频谱范围内通过动态改变发射信号频谱波形，避免与授权用户发生 干扰。文南犬 1"Addressing the control channel design problem: OFDM-based transform domain communication system in cognitive radio(by Chuan Han, Jun Wang, Yaling Yang, and Shaoqian Li. Elsevier Computer Networks Journal. 2008, 52 (4) : 795-815.)'， 将变换域通信系统与正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM)结合起来，提出一种基于正交频分复用的变换域通信系统，简称"OFDM-TDCS系统"。 0FDM-TDCS系统采用多载波调制技术，循环码移键控（Cyclic Code Shift Keying，CCSK)调 制，伪随机相位技术等，使得OFDM-TDCS系统在极低信噪比、子载波部分可用和收发机子载 波使用不一致情况下也能够保证可靠的传输性能，并且有效地提高了系统的抗干扰性能。
[0004] 将TDCS与0FDM融合，可以利用较为成熟的0FDM技术对OFDM-TDCS系统进行处理， 然而在实际应用中还面临很多问题。首先，在0FDM系统中，基于导频的信道估计方法的基 本思想是发射机在适当位置插入导频，接收机通过同样的导频生成方式恢复出导频位置与 导频序列；而在OFDM-TDCS系统中，由于发射机与接收机位置的电磁环境不一致而导致发 射机与接收机的可用频谱不一致，此时，发射机生成的导频位置和导频序列对于接收机来 说都是未知的，若直接进行信道估计，则可能会因为导频错位到导致信道估计完全错误，现 有的0FDM-IDCS信道估计方法都是通过设置等值梳状导频来减小导频错位的影响，然而梳 状导频的时域PAPR过高导致PAPR处理之后导频失真，影响到信道估计性能。同时，与0FDM 系统一样，OFDM-TDCS系统也面临PAPR过高的问题，文献2"Clipping noise cancellation in OFDM systems using oversampled signal reconstruction(by Hamid Saeedi, Masoud Sharif, and Farokh Marvasti. IEEE Communei a.ti ons Letters. 2002, 6 (2) : 73-75.)'，提出 在 OFDM 系统中利用噪声成型限幅（Noise Sharping-Crest Factor Reduction，NS-CFR) 的方法对时域信号进行PAPR控制，可以减少迭代次数，但是将其应用于认知无线电技术中 时，由于频谱带外衰减不够可能引起邻道干扰（Adjacent Channel Rejection，ACI)〇
【发明内容】
[0005] 本发明为解决现有技术的不足，提出一种低PAPR的OFDM-TDCS波形设计方法，通 过合理设计导频图案，避免由于导频错位而导致全部导频不可用的情况；通过优化导频序 列，降低信号的PAPR值，同时减小了 PAPR控制对导频序列带来的畸变；通过噪声成型限幅 与带外辐射控制相结合，使得信号的PAPR和带外衰减均能满足认知无线电系统要求。
[0006] -种低PAPR的0FDM-TDCS波形设计方法，具体步骤如下：
[0007] S1、导频图案设计与导频序列生成，具体如下：
[0008] S11、将N个子载波以间隔Nf进行分组，在每组内进行搜索，将每组搜索到的第一 个可用子载波位置作为导频位置，则4.#] = [a，/wd，其中，PindM [k]表示第k个导 频子载波序号，Np表示导频数目，1 < k < N p，Nf<相干带宽，N f为正整数；
[0009] S12、令导频序列/"U,, [A] = / /V)，其中，Pvalue[k]表示第k个导频的值；
[0010] S2、过采样OFDM调制，具体如下：
[0011] S21、将S12所述导频序列Pvalue[k]添加到CCSK频域调制符号X中，得到频域序列；
[0012] S22、在S22所述频域序列中间位置插入3N个零，得到的序列记为Xf;
[0013] S23、对S22所述Xf做4N点快速傅里叶逆变换（Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)，得到过采样的时域序列xn;
[0014] S3、利用噪声成型算法对信号进行PAPR控制，具体如下：
[0015] S31、将S23所述xn作为输入信号，计算限幅度噪声
[0016]
其中，Ath表示限幅门限，(i) n表示第n个点的相 位，1彡n彡4N，n为整数；
[0017] S32、对S31所述AXn进行频谱成型，得到频谱成型后的噪声Ax' n;
[0018] S33、将S32所述A x'。与原始噪声对消，得到输出信号x' n= x n-A x' n;
[0019] S34、将S33所述输出信号x' n替换S31所述输入信号，迭代重复S31到S34K次， 其中，1彡K彡5 ;
[0020] S35、得到最终输出信号；
[0021] S4、添加循环前缀并进行带外辐射控制，具体如下：
[0022] S41、对S35所述最终输出信号添加循环前缀与保护间隔，得到添加循环前缀和保 护间隔后的序列；
[0023] S42、将S41所述添加循环前缀和保护间隔后的序列于窗函数w[n]相乘，其中， w[n]为升余弦窗，
[0024]
[0025] S5、生成 0FDM-TDCS 波形。
[0026] 进一步地，S21所述添加导频序列到X中的具体方法为：使用PvaluJk]替换X[p k]， 其中，X[pk]表示S21所述调制符号X中与将S12所述导频序列PvaluJk]位置对应的序列。
[0027] 进一步地，得到S32所述A x' n的具体方法为：
[0028] 步骤1、对S31所述A x'"做4N点快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform， FFT)转换到频域，得到AXn=FFT(AXn);
[0029] 步骤2、对步骤1所述AXn进行带外频谱置零，即AX' n= JnX AXn，其中，填零之 后的频谱标记相量
[0030] 步骤3、对步骤2所述AX' "做4N点IFFT转换到时域，得到频谱成型后的噪声 Ax，n= IFFT(AX，n) 〇
[0031] 进一步地，S41所述对S35所述最终输出信号添加循环前缀与保护间隔，具体方法 如下：将S35所述最终输出信号时域序列的最后N g+Nei个样点复制到所述时域序列前面，将 时域序列的最前Nei个样点复制到所述时域序列后面，其中，N g表示循环前缀长度，N ei表示 保护间隔长度，义和Nei为经验值。
[0032] 本发明的有益效果是：
[0033] 通过合理设计导频图案，避免了由于导频错位而导致全部导频不可用的情况；通 过优化导频序列，降低信号的PAPR值，同时减小了 PAPR控制对导频序列带来的畸变；通 过噪声成型限幅与带外辐射控制相结合，减少了 PAPR控制的迭代次数，同时使得信号的带 外衰减也能满足认知无线电系统要求；通过对限幅噪声在频域上进行带外置零，并与原始 信号对消，然后进行时域加窗，使得波形在满足PAPR要求的同时，频谱带外衰减也能达到 要求，减小了对邻道的干扰；通过对子载波进行分组查找，使得在发射机与接收机的公共 可用频谱上，导频位置是一致的，同时通过导频位置生成导频序列，减小了导频信号的时域 PAPR，使后续PAPR控制对导频的影响变小。
【附图说明】
[0034] 图1为低PAPR的0FDM-TDCS波形生成示意图。
[0035] 图2为0FDM-TDC