[發(fā)明專利]降低OFDM信號峰平比的雙曲正切壓擴變換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210002087.7
• 申請日: 2012-01-05
• 公開（公告）號: CN102404274A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王勇;王麗花;葛建華;宮豐奎;李靖
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及降低正交頻分復(fù)用OFDM無線傳輸信號峰平比PAPR的壓擴變換方法，可廣泛應(yīng)用于各類新一代寬帶OFDM無線通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

正交頻分復(fù)用(Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，OFDM)調(diào)制技術(shù)是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展，該技術(shù)也越來越多地被人們認(rèn)可。因為OFDM調(diào)制中的子載波是正交的，所以可以顯著地減小系統(tǒng)的碼間干擾。與單載波調(diào)制相比，OFDM調(diào)制具有更高的譜效率。此外，通過插入保護間隔，OFDM調(diào)制可以更好地抵抗多徑衰落。由于這些優(yōu)點，OFDM調(diào)制被廣泛應(yīng)用于各類寬帶無線通信系統(tǒng)中。

但是，由于OFDM調(diào)制采用多個正交的子載波，子載波的疊加形成OFDM信號，因此會產(chǎn)生很高的峰平比(Peak-to-Average?Power?Ratio，PAPR)，使得功率放大器進入飽和區(qū)，從而導(dǎo)致信號畸變和功率放大器的效率降低。因此，降低OFDM信號的峰平比PAPR對于信號的可靠傳輸是非常必要的。

非線性壓擴變換是降低OFDM信號峰平比PAPR的一種有效方法。它在發(fā)送端對原始信號進行壓擴，在接收端對接收信號進行解壓擴以恢復(fù)原始信號。現(xiàn)有的非線性壓擴方案包括：μ律壓擴、指數(shù)壓擴和雙曲正切壓擴等方法。Xianbin?Wang在“Reduction?of?Peak-to-Average?Power?Ratio?of?OFDM?System?Using?A?Companding?Technique”中提出了μ律壓擴方法，該方法的基本思想是擴張小信號幅度，同時保持大信號幅度不變，雖然可以降低OFDM信號的峰平比PAPR，但會增加信號壓擴后的平均功率。因此，μ律壓擴方法會使壓擴后信號的功率達到功率放大器的飽和區(qū)，從而使功率放大信號產(chǎn)生非線性畸變；為了解決μ律壓擴方法的信號平均功率增長問題，Tao?Jiang在“Exponential?Companding?Technique?for?PAPR?Reduction?in?OFDMSystems”中提出了指數(shù)壓擴方法，該方法的基本思想是將原始OFDM信號的幅度分布轉(zhuǎn)化為均勻分布，通過合理調(diào)整參數(shù)保持信號壓擴前后的平均功率恒定，但是，該方法所追求的均勻分布目標(biāo)將使大幅度信號分布增大，因此，當(dāng)發(fā)送端采用非線性度較大的功率放大器時，其誤碼率BER性能將會急劇惡化；Gang?Yang在“Using?hyperbolic?tangent?sigmoid?transfer?function?for?companding?transform?in?OFDM?system”中提出了雙曲正切壓擴方法，該方法通過調(diào)整非線性度因子雖然可以獲得不同的峰平比PAPR性能，但是當(dāng)要求的峰平比PAPR較小時，其誤碼率BER性能依然很差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述已有方法的不足，提出了一種新的降低OFDM信號峰平比的雙曲正切壓擴變換方法，該方法通過在雙曲正切函數(shù)中引入兩個位移因子來提高對信號的處理靈活度，從而在有效降低OFDM信號峰平比PAPR的同時，顯著提高系統(tǒng)的誤碼率BER性能。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案包括：OFDM系統(tǒng)發(fā)送端對原始信號的壓擴變換以及OFDM系統(tǒng)接收端對接收信號的解壓擴變換。其中：

一.在OFDM系統(tǒng)發(fā)送端降低OFDM信號峰平比的雙曲正切壓擴變換方法，包括以下步驟：

(1)對信源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)比特流進行正交振幅調(diào)制，得到串行正交振幅調(diào)制信號X，再對該X進行串并變換，得到并行正交振幅調(diào)制信號X_m，其中，m＝0，1，…，N-1，N表示OFDM系統(tǒng)包含的子載波個數(shù)；

(2)對并行正交振幅調(diào)制信號X_m進行過采樣，得到過采樣信號：其中，J表示過采樣因子；

(3)對過采樣信號進行快速傅立葉逆變換IFFT，得到原始OFDM信號x_n，其中，n＝0，1，…，JN-1；

(4)基于雙曲正切函數(shù)構(gòu)建壓擴函數(shù)如下：