基于阈值矢量圆OFDM峰均比降低技术的FPGA实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阈值矢量圆OFDM信号峰均比降低技术的FPGA实现方法。本发明专利技术阈值矢量圆技术的FPGA硬件实现采用查找表的方法，将调整后星座点的采样值用MATLAB软件提前计算好并存储在FPGA的ROM中，实现时根据使能信号直接调用ROM中数据即可。本发明专利技术阈值矢量圆技术的硬件实现方法通过直接调用查找表中数据，大大降低了硬件实现的复杂度，提高了运算速率，可以在满足通信协议对EVM指标要求的前提下，大幅降低所生成OFDM信号的PAPR值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号处理和通信系统领域，具体是一种基于阈值矢量圆OFDM信号峰均比降低技术的FPGA实现方法。
技术介绍
无线通信技术的迅速发展使得数据业务需求不断激增，导致频谱资源日益稀缺。现代通信系统中广泛采用高频谱利用率的非恒定包络信号。但是此类信号峰均比较高，进一步加剧了射频功率放大器线性度和效率之间的矛盾。如何有效的降低信号峰均比成为OFDM通信系统中一大关键难题。由于降低OFDM信号的峰均比对实际应用意义重大，目前国内外学者已经取得众多研究成果，提出大量的算法，这些算法大体可以分为三类：信号预畸变类，编码类，概率类。信号预畸变类算法主要是在信号的幅度峰值或谷值附近采用非线性过程来降低PAPR值，是最简单、最直接同时也是使用最广泛的峰均比降低技术，但是该类算法实质上是通过引入信号失真来减少峰值的，都会增加EVM。由于现代通信系统协议对EVM的指标都提出了要求，因此在实际系统中，需要有效控制峰均比与EVM值之间的平衡，在满足通信协议对EVM指标要求的前提下降低OFDM信号的峰均比。FPGA凭借运算速度快、体系结构和逻辑单元灵活、可重复利用、集成度高以及开发周期短等优点，广泛应用于数字专用集成电路设计中。因此，在FPGA平台上对OFDM信号的峰均比降低技术进行实现，可以更加深刻的理解各类峰均比降低技术的优缺点和适用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于阈值矢量圆的OFDM信号峰均比降低技术的FPGA实现方法。该方法可以应用于任何使用OFDM传输方式的通信系统，可以在满足通信协议对EVM指标要求的前提下，大幅降低所生成OFDM信号的峰均比值。实现本专利技术目的的技术方案为：一种基于阈值矢量圆OFDM信号峰均比降低技术的FPGA实现方法，具体步骤如下：步骤1、将经过直接限幅的OFDM信号转换到频域，对每一个象限的频域星座点定义一个相同的阈值矢量圆半径R；步骤2、经过星座图坐标原点O画阈值矢量圆的两条切线(L1，L2)，并得到切线L1与x轴的夹角θ1以及切线L2与x轴的夹角为θ2，且θ1<θ2；步骤3、根据阈值矢量圆半径R，用MATLAB软件提前计算出查找表1和2中存储的调整后星座点值；步骤4、计算每一个星座点到对应象限理想星座点的距离Distance，并判断距离Distance是否大于阈值半径R；若Distance<R，则对应星座点不作任何处理；若Distance≥R，则用FPGA中的CORDIC核计算出该星座点的相位Phase，然后分两种情况对星座点进行调整；步骤5、根据查找表地址标号k和使能信号en寻址查找表1和2，读出对应存储值。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术的OFDM信号峰均比降低技术在降低峰均比的同时考虑到了通信系统协议对EVM的指标要求，可以在满足通信协议对EVM指标要求的前提下，大幅降低所生成OFDM信号的PAPR值。(2)本专利技术的OFDM信号峰均比降低技术的FPGA硬件实现采用了查找表的方法，将调整后星座点的值提前计算好并存储在FPGA的ROM中，这样在实现时可以先计算出查找表的地址，然后根据使能信号直接调用查找表中的数据，可以省去许多耗费资源的乘法和除法运算，大大简化了硬件实现的复杂度，具有实际应用价值。附图说明图1为本专利技术的阈值矢量圆技术的FPGA硬件实现流程图。图2为本专利技术的阈值矢量圆技术的原理图。图2中，O’为阈值矢量圆圆心，同时也是理想星座点位置；R为阈值矢量圆半径；O为直角坐标轴交点；L1和L2为经过O点且与阈值矢量圆相切的两条切线；G1和G2分别为切线L1，L2与阈值矢量圆的切点；θ1和θ2分别为切线L1，L2与x轴的夹角；A为需要调整的星座点；B，C为A点调整之后的两个可选位置，若A、B两点之间的距离小于A、C两点之间的距离，则将A点调整到B点，反之，调整到C点。图3为本专利技术实施例1中在FPGA硬件平台上，经过阈值矢量圆技术降低峰均比之后的OFDM信号的时域波形与原始信号时域波形的对比图。图4为本专利技术实施例1中在FPGA硬件平台上，经过直接限幅后的OFDM信号星座图。图5为本专利技术实施例1中在FPGA硬件平台上，经过直接限幅后的OFDM信号运用阈值矢量圆技术降低峰均比之后的星座图。图6为本专利技术实施例1中在FPGA硬件平台上，原始OFDM信号与运用阈值矢量圆技术降低峰均比之后的OFDM信号的CCDF曲线。具体实施方式阈值矢量圆技术的基本思想是根据EVM指标要求设定星座图阈值圆半径，对限幅后信号星座点的幅度和相位进行调整，将星座点限制在阈值圆范围内，从而保证经过峰均比降低处理后的OFDM信号仍然能满足通信系统对EVM的指标要求。本专利技术通过调整频域信号星座点的幅度和相位，将星座点限制在阈值圆范围内，从而可以在满足通信协议对EVM指标要求的前提下，大幅降低所生成OFDM信号的峰均比值。另外，硬件实现时采用查找表的方法，将调整后星座点的采样值事先计算好并存储在FPGA的ROM中，然后根据使能信号直接调用ROM中数据即可，大大降低了硬件实现的复杂度。下面结合附图对本专利技术做进一步说明。结合图1-6，本专利技术基于阈值矢量圆OFDM信号峰均比降低技术的FPGA实现方法，具体步骤如下：步骤1、将原始的OFDM信号直接限幅，然后经过FFT运算转换到频域，经过直接限幅后的OFDM信号的星座点如图4所示，可以看出，限幅操作引起严重的带内失真和带外干扰，其星座点分散在理想星座点周围，增加了系统解调时出错的可能性，计算得到，直接限幅后信号的EVM＝12.63％，需要进行EVM控制。步骤2、对直接限幅后的OFDM信号的频域星座点定义一个阈值矢量圆半径R，以第一象限为例，如图2所示。步骤3、经过星座图坐标轴原点O画阈值矢量圆的两条切线(L1，L2)，并得到切线L1与x轴的夹角θ1以及切线L2与x轴的夹角为θ2，且θ1<θ2，如图2所示。步骤4、根据阈值矢量圆半径R，用MATLAB软件提前计算出查找表1和表2中存储的调整后星座点值，具体计算方法为：a1).根据半径R，计算出切线L1和L2之间的夹角θ：θ=θ2-θ1=(π4+arcsinR2)-(π4-arcsinR2)=2·arcsinR2---(1)]]>a2).将角度θ平均分为20等份，得到角度间隔a3).对于每一等份的角度θm＝θ1+m·Δθ(m＝0,1,...,19)，计算出经过O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阈值矢量圆OFDM信号峰均比降低技术的FPGA实现方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、将经过直接限幅的OFDM信号转换到频域，对每一象限的频域星座点定义一个相同的阈值矢量圆半径R；步骤2、经过星座图坐标原点O画阈值矢量圆的两条切线(L1，L2)，并得到切线L1与x轴的夹角θ1以及切线L2与x轴的夹角为θ2，且θ1<θ2；步骤3、根据阈值矢量圆半径R，用MATLAB软件提前计算出查找表1和2中存储的调整后星座点值；步骤4、计算每一个星座点到对应象限理想星座点的距离Distance，并判断距离Distance是否大于阈值半径R；若Distance<R，则对应星座点不作任何处理；若Distance≥R，则用FPGA中的CORDIC核计算出该星座点的相位Phase，然后分两种情况对星座点进行调整；步骤5、根据查找表地址标号k和使能信号en寻址查找表1和2，读出对应的存储值。

【技术特征摘要】
1.一种基于阈值矢量圆OFDM信号峰均比降低技术的FPGA实现方法，其特征在
于包括以下步骤：
步骤1、将经过直接限幅的OFDM信号转换到频域，对每一象限的频域星座点定义
一个相同的阈值矢量圆半径R；
步骤2、经过星座图坐标原点O画阈值矢量圆的两条切线(L1，L2)，并得到切线
L1与x轴的夹角θ1以及切线L2与x轴的夹角为θ2，且θ1<θ2；
步骤3、根据阈值矢量圆半径R，用MATLAB软件提前计算出查找表1和2中存储
的调整后星座点值；
步骤4、计算每一个星座点到对应象限理想星座点的距离Distance，并判断距离
Distance是否大于阈值半径R；若Distance<R，则对应星座点不作任何处理；若Distance≥R，
则用FPGA中的CORDIC核计算出该星座点的相位Phase，然后分两种情况对星座点进
行调整；
步骤5、根据查找表地址标号k和使能信号en寻址查找表1和2，读出对应的存储
值。
2.根据权利要求1所述的基于阈值矢量圆OFDM信号峰均比降低技术的FPGA实
现方法，其特征在于：所述查找表1和2为
表1阈值矢量圆技术星座点调整后实部(Re)和虚部(Im)值(R＝0.109)
表2阈值矢量圆技术星座调整点后实部(Re)和虚部(Im)值(R＝0.109)
地址
Re
Im
地址
Re
Im
地址
Re
Im
地址
Re
Im
0
0.77
0.63
20
-0.63
0.77
40
0.63
-0.77
60
-0.77
-0.63
1
0.73
0.59
21
-0.59
0.73
41
0.59
-0.73
61
-0.73
-0.59
2
0.70
0.59
22
-0.59
0.70
42
0.59
-0.70
62
-0.70
-0.59
3
0.69
0.59
23
-0.59
0.69
43
0.59
-0.69
63
-0.69
-0.59
4
0.69
0.59
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-0.59
0.69
44
0.59
-0.69
64
-0.69
-0.59
5
0.67
0.59
25
-0.59
0.67
45
0.59
-0.67
65
-0.67
-0.59
6
0.66
0.61
26
-0.61
0.66
46
0.61
-0.66
66
-0.66
-0.61
7
0.66
0.61
27
-0.61
0.66
47
0.61
-0.66
67
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8
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50
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-0.63
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-0.63
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-0.64
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0.64
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-0.64
0.61
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0.64
-0.61
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-0.61
-0.64
13
0.61
0.66
33
-0.66
0.61
53
0.66
-0.61
73
-0.61
-0.66
14
0.61
0.66
34
-0.66
0.61
54
0.66
-0.61
74
-0.61
-0.66
15
0.59
0.67
35
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晶琦，吴青青，张春蕾，张霖泽，王栋，吴文，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32