一种使用加载在空子载波上的修正信号来减小O-OFDM信号峰均比的算法的制作方法

本发明提供了一种使用加载在空子载波上的修正信号来减小o-ofdm(光正交频分复用)信号峰均比的算法。为进一步降低o-ofdm信号峰均比提出了一种几乎零成本的解决方案。

背景技术：

随着互联网技术的飞速发展，语音、视频和高清电视等多媒体业务不断涌现，人们对网络带宽容量需求急剧增长。正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,ofdm)在无线通信中是非常成熟的技术，应用于诸如ieee802.11g、ieee802.16等，是当前频谱利用率最高的一种调制技术，它具有高数据传输率、高频谱利用率和对于频谱色散的高鲁棒性等优点。基本原理就是在时域内将高速的数据信息流分成若干个并行的低速数据流进行同时传输，在频域上将系统带宽划分为相互正交的子载波，每个子载波上采用独立的调制格式进行传输，有效地提高频谱利用率及系统传输容量。

但无线信道的频谱资源十分有限，而光纤的信道频谱极宽，因此将电ofdm信号转化为光ofdm信号并在光纤中传输的光正交频分复用(opticalorthogonalfrequencydivisionmultiplexing，o-ofdm)技术有效结合二者优点，是非常富有前景的一项技术。

而o-ofdm信号的一大缺点是其高峰均比(peak-to-averagepowerratio，papr)容易使系统中的高功率放大器进入非线性工作区域，产生大量的带内和带外失真，频谱偏移和误码率(biteerrorrate，ber)的恶化，导致整个系统的性能被大幅削弱。

大量的研究致力于降低o-ofdm信号的papr来提高系统效率，这些技术可大致分为以下三类：

1)信号预畸变类技术

2)多信号和概率类技术

3)编码类技术

总的来看这些技术虽然都可以不同程度的降低papr，但是与此同时都存在一些我们不希望看到的缺点和代价。例如信号预畸变类技术会产生无法还原的信号失真，且随着papr降低程度的增加，失真会越来越大，极大的恶化了系统性能；多信号和概率类技术(以slm、pts技术为代表)不会引入信号失真，且papr降低程度也足够，但是一方面会产生相应的额外边带信息导致传输效率的降低，另一方面大量的快速傅里叶变换也会大幅增加系统计算复杂度；编码类技术会增加系统复杂度，同时实际的安装复杂度较大。总结来看这些技术在降低papr的同时，都会让系统在其他方面付出代价，我们希望这样的代价越小越好。

本发明提出一种使用加载在空子载波上的修正信号来减小o-ofdm峰均比的算法。既不产生无法复原的信号失真、额外的边带信息，又不会大幅度增加系统计算复杂度，同时整个算法可以在数字信号处理层面完成，无须任何额外的硬件设备支持。几乎零成本降低了papr。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对已有技术的不足，提供一种利用空子载波修正信号降低o-ofdm信号峰均比的算法，有效减少o-ofdm信号papr的同时，减小系统其它的代价付出。

为达到上述目的的构思是：

本发明通过针对性的寻找o-ofdm信号每一个符号时域波形最高点和次高点的幅度和相位，并选择合适的空子载波，根据这些数据构造相应的修正信号有效减小每一个符号时域波形的papr，从而减小了总的o-ofdm信号papr。

根据上述发明构思，本发明采用下述方案：

步骤一、首先将o-ofdm时域波形分解成多个符号时域波形

步骤二、找到每个符号时域波形的最高点和次高点的幅度m1、m2以及最高点的相位p1。

步骤三、根据p1、m1、m2、n、选择的空子载波序号k等数据构造修正信号f(n).

步骤四、将符号波形的最高峰和修正信号波形的负最高峰在合适的位置进行叠加，从而最大程度的减小波形的papr。

步骤五、将多个符号波形重新组合成o-ofdm波形，再进行传输。

在上述步骤三构造修正信号f(n)的过程中，我们需要选择一个空子载波来“搭载”修正信号，在o-ofdm系统中，每一个空子载波在频域上对应一个频点fc，由于此发明在时域上叠加了一个新的波形，因此在频域上会产生相应的频域分量，我们希望新的频域分量也可以只是一个频点并且等于我们选择的孔子载波频点，这样在接收端不需要做任何的额外处理，从而大大简化算法，以很低的开销来降低papr。因此修正信号必须选择正弦信号。

上述步骤四中提到的“合适的位置”指的是修正信号波形的初始相位和符号波形最高峰相位相差π，从波形上看为修正信号的最低峰刚好和符号波形的最高峰对齐叠加，此时降低papr的程度最大。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著有点：利用了空子载波搭载修正信号，对于原始信号的频谱没有任何影响，在降低papr的基础上实现简单，适合在下一代接入网中使用。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2是ofdm信号的发射机和接收机示意图；

图3是本发明原理示意图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实例做详细说明：本实例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案、操作过程和实验结果，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示为本发明实施的流程框图，详细的步骤说明如下：

实例一：

步骤一、将o-ofdm信号的时域波形拆分为多个符号波形，后续步骤针对每个符号波形进行操作。

步骤二、寻找每个符号波形幅度的最高点和次高点，这两点对应的幅度和相位值分别记为m1、m2和p1、p2。

步骤三、本发明选择余弦信号作为修正信号模板：

此处:当时可以最大程度的减小papr，即：a＝m1-m2；角频率ω＝2πfk＝2πkn/n，其中kn是选取的空子载波序号，n为总的子载波数；初始相位则修正信号的时域表达式为：

为了验证我们在时域上的推导是否符合频域上的要求，接下来我们推算f(n)对应的频域表达式。对f(n)进行n点快速傅里叶变换：

修正信号对应的频点有两个且相互共轭，根据o-ofdm信号的特性：前n/2子载波和后n/2子载波共轭对称，因此我们只需要关注其中一个频点即可，则上式可以简化为：

带入修正信号的各种参数后：

通过以上推导从理论上证明了该发明符合频域上的要求。

步骤四、将修正信号波形和符号波形在合适的位置进行叠加，最大程度的减小原始信号最高点的幅度，如图3所示。

步骤五、将叠加了修正信号的符号时域波形重新组合还原o-ofdm信号，再进行传输。

在接收端无需做任何的额外处理即可直接解调信号。

本发明提出的方法，实际操作简单，可在很小的系统开销下减小o-ofdm信号的papr。