Ofdm超宽带系统非线性失真恢复与信道估计高效联合方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种OFDM超宽带系统非线性失真恢复与信道估计高效联合方法。 (FDM系统的高峰均比问题会使信号产生非线性失真，导致系统性能急剧下降，而多径衰落 信道亦是OFDM系统面临的关键技术问题。本发明设计了一种高效联合方法，在发送端实施 级联限幅，在接收端引入压缩感知技术，基于两组导频先后进行信道估计及非线性失真恢 复。该方法可W有效的补偿高峰均比带来的信号非线性失真，并且能够对多径信道进行准 确估计，同时比传统方法具有更低的复杂度。
【背景技术】
[0002] 超宽带无线通信技术具有功率谱密度低、传输速率高、抗多径干扰能力强等特点， 主要应用于短距离高速无线通信、穿透成像、测量等方面。2009年提出的IE邸802. 15. 3c标 准可用于无线个域网（WPAN)，主要工作在60GHz无线电频段，各国无需许可就可免费使用 的频段大约在56GHZ-66GHZ范围，所支持的数据传输速率超过Gbit/s。正交频分复用技术 W其频谱利用率高、抗符号串扰能力强、抗频率选择性衰落能力强等优点作为其物理层调 制方案之一。标准规定了系统主要参数；子载波总数为512,其中包括336个信息子载波、 16个导频子载波、16个保护子载波、3个直流子载波和141个空子载波。发送端IFFT后加 入长度为64的循环前缀作为保护间隔，组成长度为576的OFDM符号。
[0003] (FDM是一种高效的数据传输技术，它通过相互正交的子载波并行的传输数据，频 带利用率高，抗多径干扰能力强，已成为当今及未来通信领域的核也技术。0抑M是一种多载 波系统，其发射信号由多个正交子载波叠加而成，当多个子载波相位一致时，会产生较大的 瞬时功率，从而导致较高的峰值功率与平均功率的比值，即峰均比任e址toAveragePower Ratio,PAPR)。当高峰均比信号通过功率放大器时，会使放大器工作在非线性区域，引起信 号的带内失真和带外福射，导致系统性能恶化。OFDM的高峰均比对放大器线性范围提出了 很高要求，极大限制了其在实际中的应用。
[0004]多径衰落信道是OFDM无线通信系统面临的另一关键技术问题。多径干扰不但影 响信号传输质量，还会直接影响信号非线性失真恢复性能。16邸802. 15. 3c中提出的信道脉 冲响应是基于S-V模型的修改模型，如下式所示，
[0005]
【主权项】
1. OFDM超宽带系统非线性失真恢复与信道估计高效联合方法，其特征在于：本方案包 括以下步骤： a. 发射机中将OFDM时域符号X=[Xl，x2,. . .，xN_J中的每一个值Xn与预设门限值G比 较生成峰值抵消函数的系数an，an的计算公式为
其中，9为xn的幅角，|xn|为幅度，n=l，2，...，N-1，N为符号长度； b. 对向量4=|^，a2, . . .，aN_J进行N点傅里叶变换，得到频域向量S=Iis1,s2,...， sN_J，将S中的部分数据置为0得到S'，再将S'进行N点逆傅里叶变换，得到时域向量A_ [3*1 ? &2 ，...，&N-1 ]; c. 由A'中每个元素a/与参考函数gn生成峰值抵消函数kn，kn的计算公式为
d. 在Xn上叠加峰值抵消函数得到cn=xn+kn，从而完成对OFDM时域信号的第一次限幅； e. 对Cn进行第二次直接限幅，同步骤a将Cn与门限G比较得到峰值抵消函数dn，并在 Cn上叠加峰值抵消函数得到Xtl = C,,+ ^: f. 接收机中首先利用接收到的用于信道估计的导频P1,P2, ...，Pm进行信道估计与均 衡； g. 利用已进行信道均衡的用于非线性失真估计的导频q2, ...，qK，对非线性噪声 x? +&进行估计与补偿。
2. 根据权利要求1所述的OFDM超宽带系统非线性失真恢复与信道估计高效联合方法， 其特征在于：步骤b中所述的S中的部分数据为SySp. . .，Sfl，其序号位置J1,j2, . . .，jM 即为步骤f中所述的用于信道估计的导频P1,P2, . . .，Pm所在的位置，其数量为M。
3. 根据权利要求1所述的OFDM超宽带系统非线性失真恢复与信道估计高效联合方法， 其特征在于：步骤f?中所述的信道为时域稀疏信道。
4. 根据权利要求1所述的OFDM超宽带系统非线性失真恢复与信道估计高效联合方法， 其特征在于：步骤f中所述的信道估计基于压缩感知理论使用正交匹配追踪算法。
5. 根据权利要求1所述的OFDM超宽带系统非线性失真恢复与信道估计高效联合方法， 其特征在于：步骤g中所述的用于非线性失真估计的导频Ql，q2, . . .，qK的数量为R，R与M 的和为总导频数量。
6. 根据权利要求1所述的OFDM超宽带系统非线性失真恢复与信道估计高效联合方法， 其特征在于：步骤g中所述的非线性噪声为时域稀疏的脉冲噪声。
7. 根据权利要求1所述的OFDM超宽带系统非线性失真恢复与信道估计高效联合方法， 其特征在于：步骤g中所述的非线性失真估计基于压缩感知理论使用正交匹配追踪算法。
【专利摘要】本发明针对OFDM超宽带系统高峰均比导致的信号非线性失真及信道估计性能下降的问题，提出了一种发送端级联限幅及接收端基于压缩感知进行非线性失真恢复与信道估计的高效联合方法。第一次限幅基于一种特殊的峰值抵消函数，该函数使限幅操作反映到频域上为只对非信道估计导频点进行削峰处理，然后再把所设计的峰值抵消函数叠加在原信号上。第二次限幅则需对所有时域信号进行限幅，最终使得信号幅度低于预设门限。经上述级联限幅处理后，系统用于信道估计导频处的非线性失真影响大大减小。接收端直接利用消除非线性影响的导频进行基于压缩感知的稀疏信道估计与均衡，再利用消除信道影响的导频子载波进行基于压缩感知的非线性失真估计与补偿。该方法具有高性能、低复杂度的特点，高效的解决了OFDM系统高峰均比问题，同时兼顾了系统的信道估计性能。
【IPC分类】H04L27-26, H04L25-02, H04L25-03
【公开号】CN104717162
【申请号】CN201310703252
【发明人】戈立军, 巨阿强, 李春雨, 杜亚梅
【申请人】天津工业大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月13日