LTE系统中降低多载波信号非线性失真的方法技术方案

本发明专利技术涉及LTE系统中降低多载波信号非线性失真的方法，首先对原始发送信号进行星座映射与调制得到多载波时域传输信号，通过对比多载波时域传输信号通过功率放大器前后变化，求得引入的噪声分量，并选取噪声分量构成载波注入集合，而后获取载波注入集合中的消减信号，并与多载波时域传输信号进行合并得到新发送信号，最后将满足失真限制条件的新发送信号发送出去。本发明专利技术能以较低的复杂度最大限度地消除信号通过功率放大器所引入的非线性失真，从而有效提升信号传输的抗干扰性与准确性，不会降低传输系统的误码率与传输效率。

【技术实现步骤摘要】
LTE系统中降低多载波信号非线性失真的方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及LTE系统中降低多载波信号非线性失真的方法。
技术介绍
以OFDM(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,OFDM)为代表的多载波技术因其高频带利用率和低实现复杂度，已成为B3G/4G等无线通信系统的物理层关键技术之一。目前多载波调制技术已广泛应用于非对称数字用户环路(AsymmetricDigitalSubscriberLine,ADSL)、高清晰度电视(HighDefinitionTelevision,HDTV)及3GPP-LTE(The3rdGenerationPartnershipProjectLongTermEvolution,3GPP-LTE)等标准中。然而多载波传输过程中仍然存在一些技术难点亟待解决。其中一个就是多载波信号通过功率放大器所引入的非线性失真问题。由于多载波发送信号是由若干个独立的载波信号叠加而成，因此当多个载波信号的相位相同或相近时，所叠加而成的信号瞬时功率就会远高于传输信号的平均功率，即出现较高的峰平比。而较高的峰平比要求发射端的功率放大器必须具有较大的线性范围。否则就会给放大后的信号引入非线性失真，从而大幅降低系统的传输可靠性。因此，如何有效地降低多载波信号通过功率放大器所引入的非线性失真，是当前多载波应用的一个主要难点。迄今，国内外研究者已经提出了诸多降低多载波信号非线性失真的解决方案，包括：在发送端限幅传输信号峰值与预失真等。但是它们都因其固有的缺陷而在现有的系统中无法获得的性能。比如，限幅发送端信号峰值会引入较大的带内失真，因此无法获得良好的误码率性能；预失真；部分传输序列及选择映射必须占用一些子载波来发送专门的边带信息，因而也损失了传输效率。为了降低多载波信号通过放大器引入的非线性失真，西安电子科技大学提出的专利“基于信号幅度分布修正的无线OFDM信号峰平比抑制方法”(申请日：2012年01月05日，申请号：201210002242.5，公开号：CN102404275A)与罗森伯格(上海)通信技术有限公司提出的专利“用于数字预失真系统的系数优化方法”(申请日：2013年09月22日，申请号：201310433492.9，公开号：CN104468438A)中分别公开了抑制信号峰平比的方法与预失真的优化方法，这两份专利申请的方法都能够有效降低信号峰平比。但是，它们方法中存在的不足是：这两种方法均会对接收信号误码率产生影响，而且抑制信号峰平比会造成较大的带外频谱泄露，从而使得系统性能急剧下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种具有良好误码率性能与传输效率的LTE系统中降低多载波信号非线性失真的方法。本专利技术的技术方案是：首先对原始发送信号进行星座映射与调制得到多载波时域传输信号，通过对比多载波时域传输信号通过功率放大器前后变化，求得引入的噪声分量，并选取噪声分量构成载波注入集合，而后获取载波注入集合中的消减信号，并与多载波时域传输信号进行合并得到新发送信号，最后将满足失真限制条件的新发送信号发送出去。进一步地，包括以下具体步骤：(1)初始化：设置非线性失真门限ξ与最大迭代次数T；(2)将原始发送信号经QAM星座映射得到多载波频域传输信号，多载波频域传输信号经过调制后得到多载波时域传输信号xn；(3)计算多载波时域传输信号xn通过功率放大器后得到的频域输出信号Rk；(4)计算步骤(3)中多载波时域传输信号xn通过功率放大器所引入的频域噪声分量ψk；(5)在步骤(4)的频域噪声分量ψk中，选取其中N′S个相对较小的值构成载波注入集合；(6)根据载波注入集合获取消减信号，将消减信号与多载波时域传输信号xn进行合并，得到新发送信号x′n；(7)计算x′n的非线性失真值若大于ξ且小于最大迭代次数T，返回步骤(3)；否则进入步骤(8)；(8)将步骤(7)得到的x′n发射出去。进一步地，在步骤(3)中，功率放大器采用固态功率放大器，频域输出信号Rk的计算包括以下具体步骤：(3a)、固态功率放大器模型的幅度失真表达式为式(1)中C为饱和门限，s为固态功率放大器平滑度参数，xn为多载波时域传输信号；而固态功率放大器相应的三阶多项式基带近似等效模型能够表示为：yn＝ν1xn+ν3xn|xn|2(2)式(2)中ν1与ν3是固态功率放大器的等效系数；(3b)、频域输出信号Rk能够表示为：公式(3)中j为虚数单位，L为过采样因子，N为子载波个数，n和k均为实数。进一步地，在步骤(4)中，频域噪声分量ψk的计算包括以下具体步骤：Rk＝μXk+ψk(4)公式(4)中Xk为经QAM星座映射得到的多载波频域传输信号，μ为多载波时域传输信号通过功率放大器的线性度因子：结合公式(3)、公式(4)与公式(5)求得频域噪声分量ψk的表达式为：公式(6)中0≤k≤N-1且k为实数；Xp为经QAM星座映射得到的多载波频域传输信号。进一步地，Xp的计算公式为：公式(7)中0≤p≤N-1且p为实数。进一步地，在步骤(5)中，N′S的计算公式为：公式(8)中Ψn为频域噪声分量ψk所对应的时域噪声分量，为取上界值操作，|xn|max为xn的最大值，E为取平均操作，μ为多载波时域传输信号通过功率放大器的线性度因子，Xk为经QAM星座映射得到的多载波频域传输信号。进一步地，在步骤(6)中，新发送信号x′n的计算公式为：N为子载波个数，j为虚数单位，L为过采样因子。进一步地，在步骤(7)中，x′n的非线性失真值的计算如下：其中，ψ′k是x′n通过功率放大器所引入的噪声分量；X′k是x′n经过傅里叶变换得到的频域信号，N为子载波个数。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，本专利技术以多载波时域传输信号通过功率放大器前后变化求得相应的噪声分量，选取噪声分量构成载波注入集合，获取载波注入集合中的消减信号，并与多载波时域传输信号进行合并从而构成新的发送信号，新的发送信号必须满足相应的失真限制才能发射出去。本专利技术能以较低的复杂度最大限度地消除信号通过功率放大器所引入的非线性失真，从而有效提升信号传输的抗干扰性与准确性；第二，本专利技术在信号发射之前就最大限度地消除信号通过功率放大器所引入的非线性失真，所以不需要改变接收端结构，也不用额外发送边带信息给接收端，而仅在发送端进行处理，因此应用本专利技术的无线多载波系统可与现有的标准直接兼容，能够满足当前无线通信系统的需求；第三，本专利技术选取噪声分量构成载波注入集合，并获取载波注入集合中的消减信号，然后将消减信号放置在载波注入集合中，因此不会引入带外谱扩散，也不会改变原始发送信号，故而不会降低传输系统的误码率与传输效率；仿真结果表明，本专利技术能够以较低地复杂度最大限度的消除信号通过功率放大器所引入的非线性失真，有效提高B3G/4G中的LTE系统多载波传输信号有效性与可靠性，可以广泛应用于各类基于多载波传输的LTE无线通信系统中。【附图说明】图1是本专利技术的实现流程框图；图2是本专利技术与现有方法的误码率性能比较图。图3是本专利技术与现有方法的带外谱扩散性能比较图；【具体实施方式】首先对原始发送信号进行星座映射与调制得到多载波时域传输信号，通过对比多本文档来自技高网...

【技术保护点】
LTE系统中降低多载波信号非线性失真的方法，其特征在于：首先对原始发送信号进行星座映射与调制得到多载波时域传输信号，通过对比多载波时域传输信号通过功率放大器前后变化，求得引入的噪声分量，并选取噪声分量构成载波注入集合，而后获取载波注入集合中的消减信号，并与多载波时域传输信号进行合并得到新发送信号，最后将满足失真限制条件的新发送信号发送出去。

【技术特征摘要】
1.LTE系统中降低多载波信号非线性失真的方法，其特征在于：首先对原始发送信号进行星座映射与调制得到多载波时域传输信号，通过对比多载波时域传输信号通过功率放大器前后变化，求得引入的噪声分量，并选取噪声分量构成载波注入集合，而后获取载波注入集合中的消减信号，并与多载波时域传输信号进行合并得到新发送信号，最后将满足失真限制条件的新发送信号发送出去。2.根据权利要求1所述的LTE系统中降低多载波信号非线性失真的方法，其特征在于：包括以下具体步骤：(1)初始化：设置非线性失真门限ξ与最大迭代次数T；(2)将原始发送信号经QAM星座映射得到多载波频域传输信号，多载波频域传输信号经过调制后得到多载波时域传输信号xn；(3)计算多载波时域传输信号xn通过功率放大器后得到的频域输出信号Rk；(4)计算步骤(3)中多载波时域传输信号xn通过功率放大器所引入的频域噪声分量ψk；(5)在步骤(4)的频域噪声分量ψk中，选取其中N′S个相对较小的值构成载波注入集合；(6)根据载波注入集合获取消减信号，将消减信号与多载波时域传输信号xn进行合并，得到新发送信号x′n；(7)计算x′n的非线性失真值若大于ξ且小于最大迭代次数T，返回步骤(3)；否则进入步骤(8)；(8)将步骤(7)得到的x′n发射出去。3.根据权利要求2所述的LTE系统中降低多载波信号非线性失真的方法，其特征在于：在步骤(3)中，功率放大器采用固态功率放大器，频域输出信号Rk的计算包括以下具体步骤：(3a)、固态功率放大器模型的幅度失真表达式为式(1)中C为饱和门限，s为固态功率放大器平滑度参数，xn为多载波时域传输信号；而固态功率放大器相应的三阶多项式基带近似等效模型能够表示为：yn＝ν1xn+ν3xn|xn|2(2)式(2)中ν1与ν3是固态功率放大器的等效系数；(3b)、频域输出信号Rk能够表示为：公式(3)中j为虚数单位，L为过采样因子，N为子载波个数，n和k均为实数。4.根据权利要求3所述的LTE系统中降低多载波信号非线性失真的方法，其特征在于：在步骤(4)中，频域噪声分量ψ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祥模，侯俊，惠飞，马峻岩，史昕，杨澜，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61