降低MIMO-OFDM系统峰均功率比的导向交织方法与流程

本公开涉及数字通信技术领域，特别是涉及降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方法。

背景技术：

正交频分复用作为多载波调制技术的代表，由于其具有高速的数据传输率，并能对抗频率选择性衰落，已被应用到无线通信的很多领域。虽然ofdm技术具有很多优势，但也存在明显缺陷，峰均功率比(peak-to-averagepowerratio,papr)过高一直是该技术的主要缺点之一，将导致ofdm系统性能恶化。将多输入多输出(multipleinputmultipleoutput,mimo)技术与ofdm相结合，可以很好地改善系统容量和频谱利用率。但是，mimo-ofdm系统同样属于多载波结构，因而也存在papr过高的问题。

对于ofdm系统，输入的二进制比特序列需要先进行映射，映射的方式主要有相移键控(phaseshiftkeying,psk)或者正交幅度调制(quadratureamplitudemodulation,qam)，经串并转换后，将所获得的并行传输信号分别调制到相互正交的子载波上，最后将这些经过调制的子载波信号叠加起来生成ofdm信号。

对于具有m个发射天线和n个子载波的mimo-ofdm系统，其基带信号可表示为

其中，xm,k,k＝0,1,…,n-1表示第m个发射天线上经相移键控或正交幅度调制后得到的频域信号，xm,n,n＝0,1,…,n-1表示第m个发射天线上经ofdm调制后的输出信号。

对于ofdm系统，其峰均功率比(papr)可定义为在一个ofdm信号周期内，该信号的峰值功率与其平均功率的比值。那么，对于mimo-ofdm系统中的各个发射天线，其papr的表达式可表示为

其中，e{·}表示数学期望运算，xm＝[xm,0,xm,1,…,xm,n-1]^t为第m个发射天线上的ofdm信号。

关于mimo-ofdm系统的papr性能，通常用互补累积分布函数(complementarycumulativedistributionfunction,ccdf)来加以描述，其含义是用超过某一确定papr值的概率来表示该随机变量的统计分布特性，即该系统的papr性能，其表达式为

其中，n为子载波数，papr0表示某一确定的papr值。

近年来，如何有效地降低mimo-ofdm系统的papr一直是比较热门的研究问题，很多有价值的方法被提出，如预畸变方法、编码、压缩扩张和概率类方法等。其中，概率类方法被认为是最有前途的方法之一，该方法通过采用不同的线性处理方式，用多个候选信号表示同一输入序列，并根据一定的选优原则从中选择papr值最小的候选信号进行传输；但是这类方法存在两个主要缺点，一是计算复杂度大，二是需要发送附加信息到接收端，帮助其恢复原始输入数据；。

交织就是一种便于实施的概率类方法，其基本原理是经psk或qam映射后的序列进行分块处理并将各个子块进行重新排列，每一次重新排列后进行快速傅里叶逆变换(inversefastfouriertransform，ifft)便可以获得一个ofdm候选信号，最后从全部的候选信号中选择papr值最小的信号进行传输。该方法也可以用于优化mimo-ofdm系统的papr性能，即将交织方法分别应用于系统的每一根发射天线。但是，单纯地将交织方法应用于mimo-ofdm系统的各个发射天线，即每根天线上产生相同数量的候选信号，会导致很大的计算复杂度，而且对于系统papr的优化效率不高。

综上所述，将交织方法直接应用于mimo-ofdm系统的各个发射天线，各个发射天线上采用交织处理所获得的ofdm候选信号数量相同，这样做大大降低了系统papr性能的优化效率，优化效果不够理想。针对现有交织方法的这一不足，尚缺乏比较有效的解决方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本公开提供了降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方法，具有papr性能较好且能满足实际应用要求等优点。

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方法，包括：

获得mimo-ofdm系统中各个发射天线上的原始ofdm候选信号并计算各个候选信号的papr值；

每次交织处理之前，均要比较各个发射天线上候选信号的papr值，然后对papr值最大的候选信号所在天线进行交织处理进而产生新的ofdm候选信号；

将发射天线中新的ofdm候选信号的papr值pm与该天线上现存的ofdm候选信号papr值pam进行比较，若pm<pam，则令pam＝pm并用该发射天线上所获得的新的ofdm候选信号替换掉现存的ofdm候选信号，直到各个发射天线所产生的ofdm候选信号总数量达到设定数量。

进一步的技术方案，针对mimo-ofdm系统，需要设定的参数包括：发射天线数m、子载波数n、映射方式psk或qam、分块数w以及各个发射天线上要产生的ofdm候选信号总数量h。

进一步的技术方案，设定参数之后，根据子载波数n和映射方式，在各个发射天线上产生二进制随机序列，并利用所采用的映射方式将二进制序列映射为频域信号序列sm,m＝1,2,…,m。

进一步的技术方案，将各个发射天线上产生的频域信号序列sm,m＝1,2,…,m分别进行快速傅里叶逆变换ifft，得到各个天线上的原始ofdm候选信号dm,m＝1,2,…,m，分别计算各个发射天线上ofdm候选信号的papr值pam,m＝1,2,…,m，并将这m个ofdm候选信号存储于候选信号存储器中。

进一步的技术方案，对papr值最大的候选信号所在天线进行交织处理进而产生新的ofdm候选信号，具体步骤为：

比较各个发射天线上现存的ofdm候选信号的papr值pam,m＝1,2,…,m，找出papr值最大的候选信号所属的发射天线序号m；

将第m个发射天线上频域信号序列sm进行分块处理，得到分块处理后的序列xm；

将第m个发射天线上分块处理后得到的序列xm进行一次交织处理，并对交织后的序列进行快速傅里叶逆变换ifft获得新的ofdm候选信号xm。

进一步的技术方案，采用相邻分割方式将第m个发射天线上频域信号序列sm进行分块处理，得到分块处理后的序列xm。

进一步的技术方案，将第m个发射天线上分块处理后得到的序列xm中的各个子块进行重新排列以完成交织处理，并对交织处理后的序列进行快速傅里叶逆变换ifft获得新的ofdm候选信号xm。

进一步的技术方案，计算第m个发射天线上所获得新的ofdm候选信号xm的papr值pm，若pm<pam，则令pam＝pm并用该发射天线上所获得的ofdm候选信号xm替换掉候选信号存储器中该天线上现存的候选信号，否则对系统不做任何处理操作。

本申请的实施例子还公开了降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织的发射系统，所述发射系统被配置为执行上述降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方法。

本申请的实施例子还公开了一种mimo-ofdm系统，包括上述降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织的发射系统，将候选信号存储器中所存储的各个发射天线上的ofdm候选信号进行传输。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

(1)本公开的技术方案在峰均功率比优化阶段，采用导向交织方案，即先获得mimo-ofdm系统中各个发射天线上的原始ofdm候选信号并计算各个候选信号的papr值，然后比较这些papr值，接着对papr值最大的候选信号所在发射天线进行交织处理从而产生新的ofdm候选信号，也就是说每次交织处理之前，都要比较各个发射天线上现存的ofdm候选信号的papr值，然后对papr值最大的候选信号所在天线进行交织处理进而产生新的ofdm候选信号，这样做可以大大提高mimo-ofdm系统papr性能的优化效率；

(2)本公开的技术方案根据各个发射天线上候选信号的papr值有选择性地进行交织处理，可以避免很多冗余复杂度，与传统的交织方法比，在计算复杂度相同的情况下，可以获得更好的papr性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明实施例公开的降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方案流程图；

图2是本发明实施例公开的降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方案采用qpsk映射方式所获得的papr性能，并与传统交织方法进行比较；

图3是本发明实施例公开的降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方案采用16qam映射方式所获得的papr性能，并与传统交织方法进行比较。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在mimo-ofdm系统中各个发射天线上通过交织处理产生相同数量的候选信号，降低了系统papr性能的优化效率，优化效果不理想。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方案。

本公开实施例子的整体技术方案为：先在各个发射天线上产生二进制随机序列，利用映射将各个二进制序列映射为频域信号序列，通过快速傅里叶逆变换ifft获得各个发射天线上的原始ofdm候选信号并存于存储器中，接着计算各个原始ofdm候选信号的papr值并进行比较，选出最大papr值候选信号所属的发射天线，然后对该天线上的频域信号序列进行分块和交织处理，并通过快速傅里叶逆变换ifft获得新的ofdm候选信号，比较该天线上两个候选信号的papr值，保留papr值较小的候选信号并替换存储器中相应位置的候选信号，之后每产生一个新的ofdm候选信号前，都要比较各个发射天线上现存的候选信号papr值，并对最大papr值候选信号所属发射天线的频域信号序列进行分块和交织处理，直到全部的ofdm候选信号被产生，并将存储器中的候选信号作为各个发射天线上的ofdm信号进行传输。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方法，包括以下步骤：

步骤1、根据实际需求，设定mimo-ofdm系统和导向交织方案的相关参数，相关参数包括发射天线数m、子载波数n、映射方式psk或qam、分块数w以及各个发射天线上要产生的ofdm候选信号总数量h，其中，h≤mw！；

步骤2、根据子载波数n和映射方式，在各个发射天线上产生二进制随机序列，并利用所采用的映射方式将二进制序列映射为频域信号序列sm,m＝1,2,…,m；

步骤3、将各个发射天线上产生的频域信号序列sm,m＝1,2,…,m分别进行快速傅里叶逆变换ifft，得到各个天线上的原始ofdm候选信号dm,m＝1,2,…,m，分别计算各个发射天线上ofdm候选信号的papr值pam,m＝1,2,…,m，并将这m个ofdm候选信号存储于候选信号存储器中；

步骤4、比较各个发射天线上现存的ofdm候选信号的papr值pam,m＝1,2,…,m，找出papr值最大的候选信号所属的发射天线序号m；

步骤5、将第m个发射天线上频域信号序列sm进行分块处理，得到分块处理后的序列xm，为后续的交织处理做准备；

此处，在具体实施时，步骤5可以采用如下方式：

采用相邻分割方式将第m个发射天线上频域信号序列sm进行分块处理，得到分块处理后的序列xm。

步骤6、将第m个发射天线上分块处理后得到的序列xm进行一次交织处理，并对交织后的序列进行快速傅里叶逆变换ifft获得新的ofdm候选信号xm；

此处，步骤6可以采用如下方式：

所谓交织处理，即将第m个发射天线上分块处理后得到的序列xm中的各个子块以随机方式进行重新排列。

步骤7、计算第m个发射天线上所获得的新的ofdm候选信号xm的papr值pm，并将其与该发射天线上现存的候选信号的papr值pam进行比较；若pm<pam，则令pam＝pm并用该发射天线上所获得的ofdm候选信号xm替换掉存储器中该天线上现存的ofdm候选信号，以保证存储器中所存的候选信号具有最低的papr值，否则对系统不做任何处理操作；

步骤8、重复步骤4到步骤7，直到所产生的ofdm候选信号总数量达到h个；

此处，步骤8可以采用如下方式：

步骤4到步骤7被重复一次，即可产生一个新的ofdm候选信号；由于在步骤3中每个发射天线上已产生一个ofdm候选信号，即已产生了m个ofdm候选信号，所以步骤4到步骤7需要被重复(h-m)次。

步骤9、将候选信号存储器中所存储的各个发射天线上的ofdm候选信号进行传输。

本申请的实施例子还公开了降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织的发射系统，所述发射系统被配置为执行以下步骤：

步骤1、设定mimo-ofdm系统和导向交织方案的相关参数，相关参数包括发射天线数m、子载波数n、映射方式psk或qam、分块数w以及各个发射天线上要产生的ofdm候选信号总数量h；

步骤2、根据子载波数n和映射方式，在各个发射天线上产生二进制随机序列，并利用所采用的映射方式将二进制序列映射为频域信号序列sm,m＝1,2,…,m；

步骤3、将各个发射天线上产生的频域信号序列sm,m＝1,2,…,m分别进行快速傅里叶逆变换ifft，得到各个天线上的原始ofdm候选信号dm,m＝1,2,…,m，将这m个ofdm候选信号存储于候选信号存储器中，并分别计算各个发射天线上ofdm候选信号的papr值pam,m＝1,2,…,m；

步骤4、比较各个发射天线上现存的ofdm候选信号的papr值pam,m＝1,2,…,m，找出papr值最大的候选信号所属的发射天线序号m；

步骤5、将第m个发射天线上频域信号序列sm进行分块处理，得到分块处理后的序列xm；

步骤6、将第m个发射天线上分块处理后得到的序列xm进行一次交织处理，并对交织后的序列进行快速傅里叶逆变换ifft获得新的ofdm候选信号xm；

步骤7、计算第m个发射天线上所获得的新的ofdm候选信号xm的papr值pm，并将其与该发射天线上现存的ofdm候选信号的papr值pam进行比较；若pm<pam，则令pam＝pm并用该发射天线上所获得的ofdm候选信号xm替换掉存储于候选信号存储器中该天线上现存的候选信号，否则对系统不做任何处理操作；

步骤8、重复步骤4到步骤7，直到所产生的ofdm候选信号总数量达到h个；

步骤9、将候选信号存储器中所存储的各个发射天线上的ofdm候选信号进行传输。

本申请的实施例子还公开了一种mimo-ofdm系统，包括上述降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织的发射系统，将候选信号存储器中所存储的各个发射天线上的ofdm候选信号进行传输。

下面列举一个具体的计算实例来验证本发明所述获得的效果。

如图2和图3所示，给出了采用本发明实施例提出的降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方案在不同参数下所获得的papr性能。

仿真条件：采用matlab仿真平台，随机产生10⁵个ofdm信号，子载波数为128，采用4倍过采样。

为了便于比较，在仿真过程中，我们令传统交织方法在mimo-ofdm系统中每个发射天线上产生c个ofdm候选信号，本发明方案所产生的ofdm候选信号总数量h＝m×c，即令本发明导向交织方案和传统交织产生相同数量的ofdm候选信号，两种方案具有相同的计算复杂度。

从图2和图3可以看出，与传统交织相比，本发明实施例提出的降低mimo-ofdm系统峰均功率比的导向交织方案在计算复杂度相同的前提下，可以获得更好的papr性能，能够更好地满足ofdm系统对papr性能的要求。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。