专利名称：Ofdm系统中改进型降低峰均比的迭代pts方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种OFDM系统中改进型降低 峰均比的迭代PTS方法。可应用于0F匿系统降低峰均比的设计。在下一代 无线通信系统的不断完善中，为现有OFDM无线通信系统提供了 '种基于传 统的部分传输序列方法(PTS)降低峰值平均功率比(PAPR)进行改进的迭代 PTS新方法以及可靠的通信支持。具有低复杂度、准确性等特点。
背景技术：
随着人们对通信宽带化、个人化和移动化的需求越来越高，iH交频分复 用(OFDM)技术在各个无线通信领域得到了广泛的应用。OFDM系统的一大 缺点是有较高的峰值平均功率比，OFDM系统的发送信号是多个子载波上的 发送信号相叠加而成的，当这些信号以同相相位相加时，所得信号的瞬时功 率很大，远远超出信号的平均功率，导致系统产生较高的PAPR。高PAPR对 发射机和接收机内的功率放人器的线性范围提出了很高的要求，并且增加了 A/D、 D/A转换器等设备的复杂度。如果放大器的线性范围不能满足信号的 动态变化范围，则信号会产生非线性畸变，导致频谱泄漏，各子载波间的正 交性遭到破坏，产生载波间干扰，降低系统的性能。所以，峰值平均功率比 问题是OFDM系统需要解决的重耍问题。
在无线OFDM系统中，目前国内外降低PAPR的技术主要分为3类信号 预畸变类技术、编码类技术、信号扰码类技术。信号预畸变类技术的思想是 直接对信号的峰值进行非线性操作，最直接，最简单。由于它采用的是非线 性操作，产生了带内噪声和带外干扰，因此系统的误码率比较高。编码类技
术的思想是只发送那些具有较低PAPR特性的码字，从而避免了发送那些会
出现较高PAPR的码字。该类技术为线性过程，不会使信号产生畸变，因此
也没有限幅类技术的缺点。但是，编码类技术的计算复杂度非常高，编解码 都非常麻烦，更重要的是，这类技术的信息速率降低得很快，因此只适用于
子载波数比较少的情况。信号扰码类技术，它的核心思想是降低大PAPR出 现的概率，采用的也是线性变换，但是该类技术复杂度比较高，需要进行多次 IFFT运算和搜索过程。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种OFDM系 统中改进型降低峰均比的迭代PTS方法。提供一种在无线衰落信道下保证无 线通信系统的可应用性并且不增加系统复杂度的降低OFDM系统PAPR的方 法，能够实现系统的适用性和系统复杂度之间的均衡，保证实际系统的应用 需求，并且无需另外发送边带信息，进一步提高系统可靠性，提高系统的可 用性。
本发明的目的可以通过以下措施来达到 一种0F画系统中改进型降低峰均比的迭代PTS方法，在频率选择性衰落 信道下的OFDM系统模型，在传统的部分传输序列方法降低峰值平均功率比 的基础上，提出一种改进型迭代PTS算法，包括下列步骤将输入的一帧OFDM 符号分割成V个互不重叠的子序列、各子块相加求最小PAPR、整合边带信 息和选择具有最小PAPR的组合进行发送；
将输入的一帧OFDM符号分割成V个互不重叠的子序列具体内容包括 在包含N个子载波OFDM系统中，传输数据信息经过QAM等调制方式映射，
数据流^进行N点IFFT变换后得到时域0F固符号，首先将待发送的一帧 0F匿数据向量用相邻分割的方法分为V个互不重叠的子向量，每个子向量 的长度为N/V，接着对于分割后的每个子向量进行相应的补零成V个部分传
输序列DM，2，…7，然后将所得的V个部分传输序列分别进行IFFT变换； 各子块相加求最小PAPR具体内容包括V个部分传输序列进行IFFT变
换得到的时域信号为f，"1，2，…7，令p +^+…+ 计算此时原始信号的
PAPR值，记为^^""窗，并令"^W^^^'^，其巾/w^,^为设定的最小
PAPR值，引入相位旋转因子组合化^""，2'…'K;^e[o'2^， ^也被称为边
带信息(Sl)，用相位旋转因子去加权V个子块向量，通过选择最优的相位 旋转因子组合，使得合并后序列的PAPR值最小，相位因子集合选定范围为 {±1，±''}，并初始化^二l，v"，二…K，初始化"l，经过循环遍历的方法，找出
使PAPR最小的《值；
整合边带信息具体内容包括在同-个OFDM符号中，釆用零载波来发 送为数不多的边带信息，数据和边带信息同时发送，无需另外单独发送边带 信息，降低接收端的复杂度；
选择具有最小PAPR的组合进行发送具体内容包括利用零子载波构造 包含边信息的部分传输序列，多构造一位为解调所用，这里固定为l，边信 息所处的位置是X中零载波的位置，其构造形式为 尸二[O，O，...,O,l，W..A,，O,O,...O]，对所构造的边信息频域信号f进行IFFT变换，
得到时域信号P，在上面得到的PAPR最小的时域信号^的情况下，计算 x士p，dp"四种情况下信号的PAPR值，选择具有最小PAPR的组合进行发送。
本发明相比现有技术具有如下优点
1. 改进型迭代PTS算法是基于传统的部分传输序列方法上进行改进的， 它对OFDM符号进行的是线性变换，并且没有带来任何的带内崎变和 带外辐射。
2. 该发明明显的降低了系统的复杂度，传统的PTS方法在经过IFFT之 后的相位组合方式有^种，而采用该迭代方法之后仅需要,-l)，^次
搜索过程，因此该迭代算法远小于遍历搜索对的系统复杂度(一般 rs『)。在迭代过程中各部分传输序列需要不断地叠加以求PAPR 值，若采用每迭代一次都需要各子序列叠加的方法，那么总的加法次 数为(K-1)*『*AN但若采用先将各子块叠加好，每次迭代搜索 过程只对相应变换的部分传输序列部分进行加减，则计算量就会降 低，这样所需要的加法次数变为^-l)，, + l)，W，进一歩降低了系统 的复杂度。
3.无需另外发送边带信息，采用零载波来发送为数不多的边带信息，使
得数据和边带信息在同一个0F匿符号中发送，减小了接收端的复杂
图1是本发明OFDM系统适用的收发框图。
图2是本发明实施部分传输序列方法的原理图。
图3是本发明实施部分传输序列方法在不同子块数情况下的仿真图。
图4是本发明实施部分传输序列方法在不同相位数情况下的仿真图。
图5是本发明实施改进型迭代PTS方法的CCDF油线。
图6是本发明实施改进型迭代PTS方法的BER曲线。
具体实施例方式
针对下一代无线通信系统对传输高质量信息准确性的要求，针对现有 OFDM无线通信系统中存在的问题和挑战，在频率选择性衰落信道下的0F匿 系统模型，以降低传统算法的复杂度为出发点，在传统的部分传输序列方法 (PTS)降低峰值平均功率比(PAPR)的基础上，提出一种改进型迭代PTS算法。 其特征是包括下列步骤将输入的一帧OFDM符号分割成V个互不重叠的子 序列、各子块相加求最小PAPR、整合边带信息和选择具有最小PAPR的组合
进行发送。
所述的将输入的一帧OFDM符号分割成V个互不重叠的子序列具体内容 包括在包含N个子载波OFDM系统中，传输数据信息经过QAM等调制方式
映射，数据流^进行N点IFFT变换后得到时域OFDM符号，首先将待发送 的一帧OFDM数据向量用相邻分割的方法分为V个互不重叠的子向量，每个 子向量的长度为N/V，接着对于分割后的每个子向量进行相应的补零成V个
部分传输序列r，1^1，2，…，「，然后将所得的V个部分传输序列分别进行工FFT 变换。
所述的各子块相加求最小PAPR具体内容包括V个部分传输序列进行 IFFT变换得到的时域信号为^XU，令"？+ +...+ ^计算此时原始信 号的PAPR值，记为"^"編，并令"^市'=^^1,',",，其中/Mi^,7S为设定的
最小PAPR值。弓I入相位旋转因子组合仇^XUA,'27^。 /7"也被 称为边带信息(SI)，用相位旋转因子去加权K个子块向量，通过选择最优 的相位旋转因子组合化W v",2,…,F;Ae
。对所构造的边信息频域信号尸进行IFFT变换，
得到时域信号P。在上面得到的PAPR最小的时域信号x的情况下，计算
x土p，x士p*i四种情况下信号的PAPR值，选择具有最小PAPR的组合进行发送。 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
本发明方法由将输入的一帧OFDM符号分割成V个互不重叠的子序列、 各子块相加求最小PAPR、整合边带信息和选择具有最小PAPR的组合进行发 送四个步骤组成。
1 、将输入的一帧OFDM符号分割成V个互不重叠的子序列步骤 首先建立OF匿系统的物理层基本框图。图1给出了 OFDM系统的收发框 图，该专利应用于此系统中。在发送端进行数据的成帧过程，由前导信息和 数据信息构成，然后进行QAM的调制、IFFT变换、插入循环前缀后，进行 并串变换，通过对生成的OF匿时域数据流信号转换为中频信号，发送出去。 在接收端，首先就是要进行同步和信道估计的工作，进行FFT变换后根据估 计的参数，解调出QAM符号，估计出误码率。
传统的部分传输序列方法(PTS)的原理框图如图2所示，该发明是在 此原理图的基础上提出新方法。图2给出了部分传输序列方法的原理图，可 见它是将输入的一帧OFDM符号分割成V个互不重叠的子序列(又称为子块)，
并分别给每个子序列乘以不同的加权系数，通过选择适当的加权系数来求具 有最小PAPR值的组合序列。
假定OFDM系统中包含N个子载波，传输数据信息经过QAM等调制方式
映射，数据流^进行N点IFFT变换后得到时域OFDM符号，发射信号可以
VA^=o ， <formula>formula see original document page 9</formula> (1)
其中，A是经过星座调制后的复数信号，N为IFFT变换的点数。
部分传输序列方法首先将待发送的一帧OFDM数据向量用相邻分割的方 法分为V个互不重叠的子向量A，1^1，2,...7 ，每个子向量的长度为N/V，贝IJ:
<formula>formula see original document page 9</formula>(2)分割形式如下
<formula>formula see original document page 10</formula> (3)
<formula>formula see original document page 10</formula>(4)<formula>formula see original document page 10</formula>(5 )
然后将所得的V个部分传输序列分别进行IFFT变换。 2、各子块相加求最小PAPR步骤
引入相位旋转因子组合仇=e*, v = 1,2,... ， F; a e
。对所构造的边信息频域信号p进行IFFT
变换，得到时域信号P。在上面得到的PAPR最小的时域信号x的情况下， 计算<formula>formula see original document page 11</formula>四种情况下信号的PAPR值，选择具有最小PAPR的组合进行发送。
要发送的序列主要包括以下几个部分f'，v"，U以及由边带信息组 成的子序列P，其中原始待发送的消息为X = f+f+... + ^\经该方法后 需要的发送信息变为<formula>formula see original document page 11</formula>。
P中固定信息1的作用是用来判断边带信息的相位旋转。在接收端进行 解调时，先进行FFT变换，然后取出边带信息，判断边带信息后再对数据信 息进行处理，解决了边带信息发送的问题。
图5是传统PTS算法和改进型迭代PTS算法的CCDF曲线，图6是不含 边信息的迭代PTS算法(即边信息100%无误传输)和改进型迭代PTS算法 的BER曲线。由图可以看出该方法在降低算法复杂度的同时保证了系统的可
本发明在频率选择性衰落信道下的OFDM系统模型中，以降低传统算法 的复杂度为出发点，在传统的信号扰码类技术中的部分传输序列方法(PTS) 降低峰值平均功率比(PAPR)的基础上，提出一种改进型迭代PTS算法，大大 降低了系统的复杂度并无需另外发送边带信息。
权利要求
1、一种OFDM系统中改进型降低峰均比的迭代PTS方法，其特征在于在频率选择性衰落信道下的OFDM系统模型，在传统的部分传输序列方法降低峰值平均功率比的基础上，提出一种改进型迭代PTS算法，包括下列步骤将输入的一帧OFDM符号分割成V个互不重叠的子序列、各子块相加求最小PAPR、整合边带信息和选择具有最小PAPR的组合进行发送；将输入的一帧OFDM符号分割成V个互不重叠的子序列具体内容包括在包含N个子载波OFDM系统中，传输数据信息经过QAM等调制方式映射，数据流Xk进行N点IFFT变换后得到时域OFDM符号，首先将待发送的一帧OFDM数据向量用相邻分割的方法分为V个互小重叠的子向量，每个子向量的长度为N/V，接着对于分割后的每个子向量进行相应的补零成V个部分传输序列Xv，v＝1，2，...，V，然后将所得的V个部分传输序列分别进行IFFT变换；各子块相加求最小PAPR具体内容包括V个部分传输序列进行IFFT变换得到的时域信号为xv，v＝1，2，...，令x＝x1+x2+...+xv计算此时原始信号的PAPR值，记为PAPRinitial，并令PAPRPTS＝PAPRinitial，其中PAPRPTS为设定的最小PAPR值，引入相位旋转因子组合 id="icf0001" file="A2008101190440002C1.tif" wi="59" he="5" top= "163" left = "94" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>bv也被称为边带信息(SI)，用相位旋转因子去加权V个子块向量，通过选择最优的相位旋转因子组合，使得合并后序列的PAPR值最小，相位因子集合选定范围为{±1，±i}，并初始化bv＝1，v＝1，2，...V，初始化v＝1，经过循环遍历的方法，找出使PAPR最小的bv值；整合边带信息具体内容包括在同一个OFDM符号中，采用零载波来发送为数不多的边带信息，数据和边带信息同时发送，无需另外单独发送边带信息，降低接收端的复杂度；选择具有最小PAPR的组合进行发送具体内容包括利用零子载波构造包含边信息的部分传输序列，多构造一位为解调所用，这里固定为1，边信息所处的位置是X中零载波的位置，其构造形式为P＝
，对所构造的边信息频域信号P进行IFFT变换，得到时域信号p，在上面得到的PAPR最小的时域信号x的情况下，计算x±p，x±p*i四种情况下信号的PAPR值，选择具有最小PAPR的组合进行发送。
全文摘要
本发明涉及一种OFDM系统中改进型降低峰均比的迭代PTS方法，技术方案是在频率选择性衰落信道下的OFDM系统模型，以降低传统算法的复杂度为出发点，在传统的部分传输序列方法PTS降低峰值平均功率比(PAPR)的基础上，提出一种改进型迭代PTS算法。其特征是包括下列步骤将输入的一帧OFDM符号分割成V个互不重叠的子序列、各子块相加求最小PAPR、整合边带信息和选择具有最小PAPR的组合进行发送。该方法在无线衰落信道下保证无线通信系统的可应用性并且不增加系统复杂度的降低OFDM系统的PAPR，能够实现系统的适用性和系统复杂度之间的均衡，并且无需另外发送边带信息，提高系统可靠性和系统的可用性。
文档编号H04L27/26GK101340417SQ20081011904
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者姚道仓, 旭 李 申请人:北京交通大学