一种F-OFDM系统中的PAPR降低方法

本发明涉及电子信息及数字信号处理，特别涉及到一种f-ofdm系统中的papr降低方法。

背景技术：

1、ofdm(orthogonal frequency division multiplexing)即正交频分复用技术，其核心思想是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，因为每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此能有效对抗频率选择性衰落，以及具有较高的频带利用率，可以实现高速的数据传输，且其调制解调过程可以基于离散傅里叶变换来进行，可实现性很高，目前广泛应用于lte以及wlan标准中的802.11a等通信系统中。

2、由于ofdm是由若干个子载波信号叠加而成，会在某些时刻叠加产生较大的瞬时峰值幅度，相较于单载波调制系统会有更高的峰值平均功率比(papr)，对于发射机功率放大器的线性度要求更高，若功率放大器的动态范围不满足信号的变化，则信号通过功率放大器后会产生畸变，破坏子载波之间的正交性，影响系统性能，因此需要对于较高的papr进行降低。

3、随着5g时代的到来，伴随着更丰富的应用场景，需要更加灵活的波形技术，由于传统的ofdm系统存在带外泄露高，整个带宽只能支持一种波形参数等缺点，不再能满足5g通信的需求；而基于子带滤波的正交频分复用(f-ofdm)可以将系统带宽划分为若干子带，每个子带可以根据不同的应用场景进行更加灵活的参数配置；子带滤波器可以更好抑制带外辐射，可以进一步提高频谱利用率；同时f-ofdm继承了ofdm的优点，且核心思想并没有改变，可以实现更加平滑的过渡，因此f-ofdm技术有着很丰富的应用场景和很高的研究价值。由于f-ofdm是在ofdm的基础上发展而来，因此在f-ofdm通信系统中，仍然存在着与ofdm一样的高papr值的问题；由此需要解决在f-ofdm通信系统中的高papr值的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的在f-ofdm通信系统中的高papr值的问题，提出了一种f-ofdm系统中的papr降低方法，降低f-ofdm通信系统中的papr值。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种f-ofdm系统中的papr降低方法，包括以下步骤：

4、s1：将频谱划分为m个子带，根据每个子带参数对各个子载波进行编号，每个子载波分别对应不同的子带；m取大于零的正整数；

5、s2：对m个子带的输入信号分别进行正交幅度调制，按照子载波的编号对正交幅度调制后的数据进行子载波映，得到m个输出信号；

6、s3：将m个输出信号经过离散傅里叶逆变换得到的时域数据分为v组，每个分组包含m/v个子带信号，子带信号的长度为n；v取大于零的正整数，且v<；

7、s4：通过v次长度为n的复数加法对每个分组中的子带信号进行求和；

8、s5：采用次优的既定时间标准设定方法生成长度为k的循环移位向量[s1,s2,…,sk]；其中向量元素值代表循环移位的位数，一共生成kv种相位组合；k取大于零的正整数，且k<v；

9、s6：对于生成的kv种相位组合进行叠加得到相应的候选信号；

10、s7：分别计算所有候选信号的papr值，对所有候选信号的papr值进行比较，选择papr值最小的候选信号进行传输。

11、优选地，对于s5，所述的次优的既定时间标准设定方法如下：

12、将求和后的子带信号乘循环移位向量，改变其相位从而降低高papr出现的概率；循环移位向量的长度k设置为2。

13、优选地，对于s6，为了减少运算量，采用递归的方式生成候选信号；

14、所述的递归的方式生成候选信号的方法如下：

15、对于第v个分组的信号xv，记其循环移位k位之后的信号为

16、

17、其中，k代指循环移位的位数。

18、将循环移位后的分组信号叠加得到候选信号：

19、

20、利用相邻的叠加输出信号之间仅有一个分组不同的特点，递归地生成所有的候选信号。

21、更进一步地，定义一个叠加后的候选信号若候选信号x2与x1之间仅有分组v不同，则按照如下公式计算：

22、

23、将式(3)中的分组由1变换到v，由这种递归的方式生成出所有候选信号。

24、更进一步地，papr值的计算公式如下：

25、

26、其中e(|x[n]|2)代表每个子带的时域信号的平均功率。

27、由此计算出所有候选信号的papr值，对所有候选信号的papr值进行比较，选取最小的papr值的候选信号进行传输。

28、更进一步地，papr值使用互补累积分布函数来进行表征，表达式如下：

29、ccdf(papr0)＝pr(papr>papr0)

30、papr值大于预先设定值papr0的概率，ccdf表示互补累计分布函数，papr0为预先设定的均峰值功率比，pr为概率。

31、优选地，m取值8，v取值4，k取值2。

32、进一步地，将8个子带的处理后的数据经过离散傅里叶逆变换后的时域数据分为4组，每个分组包含2个子带信号，分组后的时域数据表示为：

33、(subband1,subband2),(subband3,subband4),…,(subband7,subband8)

34、其中subband1～subband8表示子带1～子带8；将相邻两个子带的数据相加，得到4个分组x1,x2,x3,x4。

35、更进一步地，循环移位值取[0,1]，即对于分组后的时域数据进行循环移位0位或1位；一共生成24种相位组合；由此得到的候选信号表示为：

36、

37、式中，

38、一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时，实现所述的方法的步骤。

39、本发明的有益效果：

40、1.在相同条件下，能比传统的部分传输序列算法生成更多的候选信号，实现更好的papr抑制性能。

41、2.将传统的部分传输序列算法中的数据分组用f-ofdm系统中划分的子带来代替，省去了分组操作。

42、3.利用循环移位代替了传统方法的相位旋转因子，大大减少了复数乘法的计算次数，降低了系统运算复杂度，适应子带较多的系统。

43、4.无需传输边带信息，提高了系统的传输效率。

44、5.利用递归的方式生成候选信号，减少复数加法的运算次数。

技术特征：

1.一种f-ofdm系统中的papr降低方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种f-ofdm系统中的papr降低方法，其特征在于，对于s5，所述的次优的既定时间标准设定方法如下：

3.根据权利要求1所述的一种f-ofdm系统中的papr降低方法，其特征在于，对于s6，为了减少运算量，采用递归的方式生成候选信号；

4.根据权利要求3所述的一种f-ofdm系统中的papr降低方法，其特征在于，定义一个叠加后的候选信号若候选信号x2与x1之间仅有分组v不同，则按照如下公式计算：

5.根据权利要求4所述的一种f-ofdm系统中的papr降低方法，其特征在于，papr值的计算公式如下：

6.根据权利要求5所述的一种f-ofdm系统中的papr降低方法，其特征在于，papr值使用互补累积分布函数来进行表征，表达式如下：

7.根据权利要求1所述的一种f-ofdm系统中的papr降低方法，其特征在于，m取值8，v取值4。

8.根据权利要求4所述的一种f-ofdm系统中的papr降低方法，其特征在于，将8个子带的处理后的数据经过离散傅里叶逆变换后的时域数据分为4组，每个分组包含2个子带信号，分组后的时域数据表示为：

9.根据权利要求8所述的一种f-ofdm系统中的papr降低方法，其特征在于，循环移位值取[0,1]，即对于分组后的时域数据进行循环移位0位或1位；一共生成24种相位组合；

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述的处理器执行所述的计算机程序时，实现如权利要求1～9任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种F‑OFDM系统中的PAPR降低方法，涉及电子信息及数字信号处理技术领域，包括以下步骤：S1：将频谱划分为M个子带；S2：对输入信号分别进行正交幅度调制后进行子载波映，得到M个输出信号；S3：将M个输出信号经过离散傅里叶逆变换后的时域数据分为V组，每个分组包含M/V个子带信号，长度为N；S4：复数加法对每个分组中的子带信号进行求和；S5：生成长度为K的循环移位向量[s<subgt;1</subgt;,s<subgt;2</subgt;,…,s<subgt;k</subgt;]，一共生成K<supgt;V</supgt;种相位组合；S6：对相位组合进行叠加得到相应的候选信号；S7：计算所有候选信号的PAPR值，选择PAPR值最小的候选信号进行传输；本发明通过生成候选信号，降低系统中的PAPR值，提高了PAPR抑制性能。

技术研发人员：黄以华,蒋景洋
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13