降低OFDM系统峰均功率比的AR模型方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种降低ＯＦＤＭ系统峰均功率比的ＡＲ模型方法及装置，其方法是将ＯＦＤＭ调制信号并行输入序列变换成类似白噪声的信号，使其自相关性降低，从而降低ＯＦＤＭ系统的峰均功率比ＰＡＰＲ和计算复杂度。实现此方法的装置在其发送端增加了ＡＲ模型映射器；在其接收端增加了逆ＡＲ模型映射器。ＡＲ模型映射器包括ＡＲ模型单元、平均功率调整参数单元、传递函数单元、差分方程单元、边带信息组合单元、组合单元。逆ＡＲ模型映射器包括分离单元、边带信息拆分单元、传递函数单元、差分方程单元。采用上述方法和装置降低系统峰均功率比只需一次ＩＦＦＴ变换和一次线性变换，由此大大地降低了系统复杂度。对于子载波数Ｎ比较大（例如Ｎ＝１０２４）的ＯＦＤＭ系统，ＰＡＰＲ性能和复杂度性能要优于ＰＴＳ方法。

【技术实现步骤摘要】
降低OFDM系统峰均功率比的AR模型方法及装置
本专利技术属于通信
，涉及正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)通信系统中的峰均功率比PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)问题，具体地说是一种无失真地降低OFDM系统峰均功率比和系统复杂度方法。
技术介绍
正交频分复用OFDM技术以其高效的频谱利用率、良好的抗多径衰落性能而被认为是第四代移动通信4G的核心技术之一，目前OFDM技术已经在在非对称数字用户线(ADSL)、数字音频广播(DAB)和数字电视广播(DVB)、移动通信以及电力线宽带数据通信等领域得到了广泛应用。OFDM的基本原理就是把高速的数据流通过串并转换，分配到传输速率相对较低的若干个子信道中进行传输。由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻无线信道的多径延迟扩展的影响。并且还可以在OFDM符号之间插入保护间隔，令保护间隔大于无线信道的最大时延扩展，这样就可以最大限度地消除由于多径带来的符号间干扰(ISI)。而且，一般都采用循环前缀作为保护间隔，从而可以避免由多径带来的信道间干扰(ICI)。功率归一化的OFDM的时域抽样序列{xn}如下：其中N为子载波数，Xk表示第k个子载波上的调制符号。xn=1NΣk=0N-1Xkexp(j2πknN)n=0,1,......,N-1]]>与单载波系统相比，由于OFDM符号是由多个独立的经过调制的子载波信号相加而成的，这样的合成信号就有可能产生比较大的峰值功率(peak power)，由此会带来较大的峰均功率比PAPR。峰均比可以定义为：PAPR(dB)=10log10max{|xn|2}nE{|xn|2}]]>-->这就要求系统的一些部件，例如功率放大器、A/D，D/A转换器等具有很大的线性动态范围。而反过来，这些部件的非线性也会对动态范围较大的信号产生非线性失真，所产生的谐波会造成子信道间的相互干扰，从而影响OFDM系统的性能。现有的降低PAPR的方法可以分为以下几种：新分量注入法，包括选择性映射(SLM)、部分传输序列(PTS)、载波预留法(TR)和载波插入法(TI)等；分量修正法，包括限幅(clipping)、压缩扩展变换(companding transform)和编码等；运算规则变更法，包括小波变换等。其中PTS方法是一种无失真地有效降低OFDM系统PAPR的方法，其基本原理是输入的数据符号被分为若干分组，通过适当的选择辅助加权系数，便可以使峰值信号达到最佳化，然后再合并这些分组，从而降低PAPR。理论上讲辅助加权系数bv可以在[0，2π)之间取任意数值，但是一般bv可以在一个离散的相位集合中取值，当这个集合的规模比较大时，对于分割为V个子序列的PTS方法来说，{bv，v＝1，2，…，V}的取值有PV种。每实施一次PTS，就需要计算V个N点IDFT变换，则总共需要计算V·PV个IDFT变换，每个N点的IDFT所需要的复数乘法和复数加法的运算量分别为：nmul=N2log2N]]>                         nadd＝Nlog2N这对于OFDM系统来说，是一个非常沉重的负担。虽然可以通过限制bv的取值，采用适当的分割方法和次优化算法来降低计算复杂度，但是OFDM系统的复杂度还是大大地增加了。专利技术的内容本专利技术目的在于避免上述已有技术的不足，通过分析OFDM系统PAPR问题产生的根本原因，从降低OFDM调制信号并行输入序列的自相关性入手，提出了一种无失真地有效降低OFDM系统PAPR的自回归AR模型方法，非常有效地降低了OFDM系统的实现复杂度。实现本专利技术的AR模型方法的依据是OFDM调制信号的自相关性与OFDM系统PAPR之间的关系。OFDM信号的瞬时功率Pc(t)＝x(t)x*(t)为：Pc(t)=1+2NRe{Σk=1N-1e-j2πtΣn=0N-1-kcnc*n+k}]]>其中x(t)为OFDM时域信号，N为OFDM子载波数，cn为OFDM调制码元。对于任何复数z来说，存在不等式：Re(z)≤|z|以及|∑zn|≤∑|zn|。因此-->Pc(t)≤1+2NΣk=1N-1|ρ(k)|]]>其中ρ(k)=Σn=0N-1-kcnc*n+k,(k=0,1,···,N-1),]]>ρ(k)表示非周期自相关系数，|ρ(k)|表示非周期自相关系数的模值。可见，如果输入数据符号的非周期自相关系数的模值比较小，则经过多载波组合之后所得到的信号的最大功率值也会较小，同时OFDM时域信号的幅值也会较小，因此PAPR就会变小。本专利技术的AR模型方法就是将OFDM调制信号并行输入序列变换成类似白噪声的信号，由于白噪声信号的自相关性很低，其非周期自相关系数的模值也很小，因此本方法可以有效地降低OFDM系统的PAPR。任何有理功率谱密度的随机信号都可以看成由一白噪声激励某一物理网络所形成，根据这一原理，我们可以应用其反过程，利用将OFDM调制信号变换成类似白噪声的信号，使得OFDM调制信号并行序列的自相关性降得很低，从而有效的降低OFDM系统的PAPR。在本专利技术的AR模型方法中，随着AR模型阶数p的增加，PAPR性能越来越好。本专利技术在OFDM系统中采用如下过程进行PAPR和系统复杂度的降低。发送端(1)根据OFDM系统参数，协调PAPR降低程度和系统复杂度，选择AR模型阶数p，p为大于零小于子载波数N的整数，用来确定AR模型参数{α1，α2，...，αp}中α的个数；(2)根据已经选择的AR模型阶数p和OFDM并行输入序列，通过Yule-Walker方程确定AR模型参数{α1，α2，...，αp}并确定AR模型传递函数；(3)根据确定的AR模型传递函数，确定参数M使得OFDM信号的平均功率不变，并将AR模型参数{α1，α2，...，αp}和平均功率调整参数M组合成边带信息进行传输；(4)根据AR模型传递函数和参数M，确定系统传递函数H(z)；(5)根据系统传递函数H(z)确定差分方程；(6)利用差分方程对OFDM符号进行变换，再将OFDM符号与边带信息{α1，α2，...，αp}和M组合后，经过IFFT变换发送出去。接收端(1)将接收到的信号进行FFT变换后，把原始OFDM符号与边带信息进行分离；(2)将边带信息拆分为{α1，α2，...，αp}和M，并根据{α1，α2，...，αp}和M确定系统传递函数-->H(z)；(3)利用传递函数H(z)确定差分方程；(4)根据H(z)确定的差分方程将分离得到的原始OFDM符号进行变换，转换成原始信号。实现本专利技术上述方法的装置包括发送端和接收端，发送端的特点是增加了AR模型映射器；接收端的特点是增加了逆AR模型映射器；发送端的AR模型映射器包括：AR模型单元、平均功率调整参数单元、传递函数单元、差分方程单元、边带信息组合单元、组合单元；其中：AR模型单元，用于确定AR模型阶数p，并根据串并转换后的OFDM并行输入序列确定AR模型参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低ＯＦＤＭ系统峰均功率比的ＡＲ模型方法，其特征在于：将ＯＦＤＭ调制信号并行输入序列变换成类似白噪声的信号，使其自相关性降低，从而有效地降低ＯＦＤＭ系统的峰均功率比ＰＡＰＲ和计算复杂度，用于降低ＰＡＰＲ的ＡＲ模型方法按如下过程进行： 发送端（１）根据ＯＦＤＭ系统参数，协调ＰＡＰＲ降低程度和系统复杂度，选择ＡＲ模型阶数ｐ；（２）根据ＡＲ模型阶数ｐ和ＯＦＤＭ并行输入序列｛ｘ↓［１］，ｘ↓［２］，…，ｘ↓［Ｎ］｝，通过Ｙｕｌｅ－Ｗａｌｋｅｒ方程确定ＡＲ模型 参数｛α↓［１］，α↓［２］，…，α↓［ｐ］｝，并确定ＡＲ模型传递函数Ｄ（ｚ）；（３）根据确定的ＡＲ模型传递函数Ｄ（ｚ），确定ＯＦＤＭ信号的平均功率参数Ｍ，并将ＡＲ模型参数｛α↓［１］，α↓［２］，…，α↓［ｐ］｝和平均功率调整参数 Ｍ组合成边带信息进行传输，Ｍ≈｜１＋＊α↓［ｋ］ｅ↑［－ｊωｋ］｜其中α↓［ｋ］为ＡＲ模型参数｛α↓［１］，α↓［２］，…，α↓［ｐ］｝内的元素；（４）根据ＡＲ模型传递函数Ｄ（ｚ）和平均功率参数Ｍ，确定系统传递函数Ｈ （ｚ）；Ｈ（ｚ）＝Ｍ／１＋＊α↓［ｋ］ｚ↑［－ｋ］（５）根据系统传递函数Ｈ（ｚ）确定差分方程，Ｍｗ（ｎ）＝ｘ（ｎ）＋＊α↓［ｋ］ｘ（ｎ－ｋ）ｋ＜ｎ其中ｗ（ｎ）为变换后的类似白噪声信号，ｘ（ｎ）为为输入的Ｏ ＦＤＭ信号；（６）利用差分方程将ＯＦＤＭ符号变换成类似白噪声信号，再将ＯＦＤＭ符号与边带信息｛α↓［１］，α↓［２］，…，α↓［ｐ］｝和Ｍ组合后，经过ＩＦＦＴ变换发送出去；接收端（１）将接收到的信号进行ＦＦＴ变换后， 把原始ＯＦＤＭ符号与边带信息进行分离；（２）将边带信息拆分为｛α↓［１］，α↓［２］，…，α↓［ｐ］｝和Ｍ，并根据｛α↓［１］，α↓［２］，…，α↓［ｐ］｝和Ｍ确定系统传递函数Ｈ（ｚ）；（３）利用系统传递函数Ｈ（ｚ）确定差分 方程；（４）用差分方程将分离得到的原始ＯＦＤＭ符号进行变换，还原成原始信号。...

【技术特征摘要】
1.一种降低OFDM系统峰均功率比的AR模型方法，其特征在于：将OFDM调制信号并行输入序列变换成类似白噪声的信号，使其自相关性降低，从而有效地降低OFDM系统的峰均功率比PAPR和计算复杂度，用于降...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨刚，王科研，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]