本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種結(jié)合多種壓縮擴(kuò)展技術(shù)降低OFDM系統(tǒng)PAPR的方法。

背景技術(shù)：

正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，具有良好的抗多徑能力、高頻譜利用率及實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代通信系統(tǒng)，成為通信系統(tǒng)中關(guān)鍵核心技術(shù)。OFDM調(diào)制技術(shù)可以將高速串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成多路低速子數(shù)據(jù)流并調(diào)制在多個正交子載波上，拓寬碼元周期，減少信道時延造成的碼間干擾；同時，OFDM技術(shù)通過在每個OFDM符號之間加入保護(hù)間隔來進(jìn)一步消除多徑效應(yīng)對通信系統(tǒng)的影響。因此，在通信系統(tǒng)中使用OFDM調(diào)制技術(shù)可以有效降低信道干擾對系統(tǒng)性能造成的影響，有助于實(shí)現(xiàn)高速低損耗的無線通信。OFDM系統(tǒng)也存在缺陷，其中之一就是由于OFDM時域信號由多個獨(dú)立子載波信號疊加而成，其信號波動范圍很大，多載波間的復(fù)合使OFDM信號具有較高的峰均功率比。這不僅會導(dǎo)致射頻放大器的功率效率降低，增大系統(tǒng)對射頻放大器的要求，而且，過高的PAPR值信號進(jìn)入了器件的非線性工作區(qū)域，會引起非線性失真，產(chǎn)生帶外輻射和互調(diào)干擾，影響通信系統(tǒng)的性能。因此降低OFDM系統(tǒng)的PAPR對于通信系統(tǒng)的性能具有非常重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：在保證誤碼率、計(jì)算復(fù)雜度等情況下，降低OFDM系統(tǒng)的PAPR，從而改善通信系統(tǒng)的性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種自適應(yīng)壓縮擴(kuò)展技術(shù)降低OFDM系統(tǒng)PAPR的方法，包括以下步驟：

S1、在數(shù)據(jù)發(fā)送端將串行數(shù)據(jù)并行化，將并行數(shù)據(jù)作快速傅里葉逆變換處理，選擇最適宜的壓擴(kuò)算法；

S2、根據(jù)S1選擇的壓擴(kuò)算法，添加相應(yīng)長度的循環(huán)前綴，發(fā)送數(shù)據(jù)；

S3、對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)前綴檢測，檢測循環(huán)前綴的類型，串并變換后去除循環(huán)前綴；

S4、根據(jù)循環(huán)前綴的類型，調(diào)用相應(yīng)的逆壓擴(kuò)算法解壓S3得到的數(shù)據(jù)，然后快速傅里葉變換，再經(jīng)過并串變換后，解調(diào)輸出。

上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：針對每一OFDM符號信號的幅度分布情況，選擇最適宜的壓縮擴(kuò)展算法，傳統(tǒng)的壓擴(kuò)算法則是對所有符號的信號使用統(tǒng)一的算法變換信號，相比之下，新提出的方案在不影響誤碼率的情況下，能夠更有效的降低OFDM系統(tǒng)的峰均功率比。

附圖說明

圖1是本方案的OFDM系統(tǒng)框圖；

圖2是四個符號下信號幅度5段分布圖(子載波數(shù)N＝256)；

圖3是0-2輸入值下的u率、指數(shù)、k算法的輸出曲線；

圖4是4個符號信號的u率、指數(shù)、k算法變換下的峰均比結(jié)果圖；

圖5是64子載波下本方案與u率、指數(shù)、k變換的PAPR對比圖；

圖6是256子載波下本方案與u率、指數(shù)、k變換的PAPR對比圖；

圖7是64子載波下本方案與u率、指數(shù)、k變換的誤碼率對比圖；

圖8是256子載波下本方案與u率、指數(shù)、k變換的誤碼率對比圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)例用于說明本發(fā)明。

本發(fā)明針對4G通信中OFDM系統(tǒng)的高峰均功率比，提出一種結(jié)合多種壓擴(kuò)算法的降低OFDM系統(tǒng)PAPR的自適應(yīng)壓縮擴(kuò)展技術(shù)方案。本方案針對單一符號下的信號幅度分布情況，選擇性的調(diào)用最合適的壓擴(kuò)算法，相較傳統(tǒng)壓擴(kuò)方案，在不降低誤碼率性能的情況下，能夠更有效的降低峰均功率比，提高OFDM系統(tǒng)的性能。

如圖5所示，本發(fā)明按以下步驟實(shí)施：

S1、如圖1前6部分，(1)輸入數(shù)據(jù)流、(2)數(shù)據(jù)調(diào)制、(3)串并變換、(4)快速傅里葉逆變換、(5)壓擴(kuò)算法選擇、(6)壓擴(kuò)變換所示。OFDM系統(tǒng)下，輸入的高速串行數(shù)據(jù)流先經(jīng)過調(diào)制星座映射(調(diào)制后的符號數(shù)據(jù)用X_K表示)，再轉(zhuǎn)換成低速的并行數(shù)據(jù)流，然后經(jīng)過快速傅里葉逆變換換算成時域信號圖(用x_n表示)，本方案根據(jù)時域信號圖的幅度分布選擇最優(yōu)的壓縮擴(kuò)展算法。

假設(shè)OFDM系統(tǒng)的子載波數(shù)為N，一個符號下的時域信號x_n可表示為可表示為

$x_n=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\·\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πnk}}{N}\right),n=\mathrm{0,1},...,N-1.$

時域信號x_n具有很高的峰均功率比，同時其采樣點(diǎn)的幅度分布伴有一定的隨機(jī)性，如圖2所示。針對每個符號的幅度分布，有其最適用的壓擴(kuò)算法。本方案中調(diào)用了u率、指數(shù)、K變換算法，算法的輸入-輸出曲線如圖3所示。時域信號經(jīng)過算法變換后，峰均比會有所降低。圖2中4個OFDM符號經(jīng)過3個算法變換后的結(jié)果如圖4所示。

S2、如圖1所示，經(jīng)過(7)循環(huán)前綴類型選擇、(8)添加循環(huán)前綴、(9)并串變換、(10)數(shù)模轉(zhuǎn)換放大輸出后發(fā)射信號，根據(jù)每個符號的信號選擇的壓擴(kuò)算法，添加相應(yīng)長度的循環(huán)前綴，以便在接收端檢測用。

S3、對經(jīng)過(11)模數(shù)轉(zhuǎn)換、(12)串并變換后的信號進(jìn)行循環(huán)前綴類型檢測，檢測循環(huán)前綴的長度類型。并經(jīng)過(14)去除掉循環(huán)前綴。

S4、根據(jù)S3中檢測到的循環(huán)前綴長度類型，進(jìn)行(15)逆壓擴(kuò)變換算法的選擇，調(diào)用適配的逆壓擴(kuò)變換算法。S3輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過(16)逆壓擴(kuò)變換、(17)快速傅里葉變換、(18)并串變換、(19)解調(diào)、(20)輸出數(shù)據(jù)流后，輸出和(1)串行數(shù)據(jù)流完全相同的輸出數(shù)據(jù)流。(20)和(1)中不同數(shù)據(jù)的占比則是誤碼率。至此，OFDM系統(tǒng)整體完成。

圖5和圖6為分別在子載波數(shù)N為64和256情況下，自適應(yīng)壓擴(kuò)與調(diào)用的u率、指數(shù)、k變換的PAPR效果對比圖，圖7和圖8為這兩種情況下4中方案的誤碼率效果圖，PAPR效果用互補(bǔ)累計(jì)分布CCDF來表示：

$\mathrm{CCDF}\left({\mathrm{PAPR}}_0\right)=\mathrm{Prob}\{{\mathrm{PAPR}}_{x_n}>{\mathrm{PAPR}}_0\}.$

可以看出，新提出的方案在不怎么影響誤碼率的情況下，相較單一的壓縮擴(kuò)展算法會有0.2dB以上不等的效果提升。

由以上實(shí)施例可以看出，本方案在不降低誤碼率性能的情況下，能夠更有效的降低峰均功率比，提高OFDM系統(tǒng)的性能。