解决OFDM系统中非线性失真问题的分块限幅方法技术方案

本发明专利技术公开了一种解决ＯＦＤＭ系统中非线性失真问题的分块限幅方法。其具体过程是：首先，根据系统要求预定最大限度接受的信号峰值功率，并根据载波数和可接受最大信号功率确定分块数以及定出限幅率。其次，计算出门限值；第三步，根据分块数将ＯＦＤＭ符号分成若干个子块；第四步，对每一子块的ＯＦＤＭ信号进行限幅；最后将限幅后的子块按照原来的顺序组合发送。该分块限幅方法通过ＯＦＤＭ系统中的分块限幅单元实现，即由分块限幅单元中的子块分割器、限幅器、组合器，分别实现对ＯＦＤＭ符号的分割、限幅和组合发送。本发明专利技术具有ＯＦＤＭ信号功率分布更加集中，不易超过功率放大器的线性动态范围，降低了模／数、数／模转换器的复杂度和整个系统成本等优点，可有效解决ＯＦＤＭ系统中的非线性失真问题，改善传统限幅系统中误码率性能。

【技术实现步骤摘要】
解决OFDM系统中非线性失真问题的分块限幅方法
本专利技术属于通信
，涉及正交频分多路复用OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)通信系统中非线性失真问题，具体地说是一种解决OFDM系统中非线性失真问题的分块限幅方法，用以提高通信系统的性能，降低系统成本。
技术介绍
正交频分复用OFDM已经成为三代以后移动通信系统中最受瞩目的技术。不少专家学者针对OFDM技术在移动通信技术的应用，提出了相关的理论基础。目前，OFDM系统已经成功地应用在高速数字通信，诸如：数字音频广播DAB，数字视频广播DVB，数字高清晰度电视HDTV和不对称数字用户线ADSL。除此之外，OFDM系统还应用在高频军事系统，诸如：KINEPLEX，ANDEFT和KATHRYN。OFDM系统之所以越来越受到人们的关注，是因为OFDM是一种在衰减、多径信道条件下实现数据高效传输的调制方式，由于可以利用快速傅立叶变换FFT实现调制和解调，从而大大简化了系统实现的复杂度，而且OFDM系统容易和其他多种接入方法相结合使用。OFDM的基本原理就是将整个信道宽分成多个相互正交的子信道，每个子信道单独通过各自的子载波调制各自的信息符号，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。OFDM通信系统原理框图如图1所示。在OFDM的发送端，输入为二进制比特流或图像，或随机序列an。然后，采用QAM或PSK对an进行一次预调制，得到X(n)，再经串并变换和快速傅立叶反变换(IFFT)后得到时域信号x(n)，它经并串变换和数模转换和低通滤波器后得到实际发送信号s(t)。在OFDM的接收端，实际上进行的是上述发送端的逆过程。功率归一化的OFDM的实域抽样序列{xn}如下：其中Xk表示第k个子载波上的调制符号。xn=1NΣk=0N-1Xkexp(j2πkn/N),n=0,1,......N-1]]>-->与单载波相比，OFDM多载波调制系统的输出是多个子信道信号的叠加，因此多个信号的相位一致时就会出现很大的峰值。这就对发射机内放大器的线性提出了很高的要求，当OFDM系统内这种变化较大的信号通过非线性部件，例如进入放大器的非线性区域时，信号会产生非线性失真，产生谐波，造成较明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能的下降，同时还会增加模/数和数/模转换器的复杂度，降低它们的准确性。为避免非线性失真，传统的方法是采用大动态范围的线性放大器，或者对非线性放大器工作点进行补偿，但功率放大器的效率大大降低，整个系统的成本大大增高。为此，提出了多种新的解决方法。目前，已经提出的解决OFDM通信系统中信号非线性失真问题的方法主要有：信号预畸变技术，包括限幅，压扩变换技术等；高速编码技术，包括选择性映射和部分传送序列；分组编码技术，包括Golay互补序列和Reed-Muller编码等。其中，解决这个问题最简单的方法是采用限幅技术来降低峰均功率比PAPR(Peak-to-Average PowerRatio)，减小大峰值功率信号的出现概率，从而避免非线性失真的出现。限幅是信号预畸变技术的一种，在信号经过非线性部件放大之前进行限幅，可以使得峰值信号低于所期望的最大电平值。尽管限幅非常简单，但是它也会为OFDM系统带来相关的问题。首先，对OFDM符号幅度进行畸变，会对系统造成自身干扰，从而导致系统的误码率BER性能降低。其次OFDM信号的非线性畸变会导致带外辐射功率值的增加，其原因在于限幅操作可以被认为是OFDM采样信号与矩形窗函数相乘，如果OFDM信号的幅值小于门限值时，则该矩形窗函数的幅值为1；但如果信号幅值需要被限幅时，则该矩形窗函数的幅值小于1。根据时域相乘等于频域卷积的原理，经过限幅的OFDM符号的频谱等于原始OFDM符号频谱与窗函数频谱的卷积，因此其带外频谱特性主要由两者之间频谱宽度较大的信号来决定，也就是由矩形窗函数的频谱来决定。采用限幅技术对信号进行限幅会引入带内失真和带外辐射，从而降低误码率性能和频谱效率。采用带通滤波器可以消除带外辐射，过采样序列可以消除数/模转换后的峰值再生，然而降低带内失真，改善误码率BER性能的方法仍需改进。传统限幅的改进大多集中在限幅算法上，有lucent算法、CORDIC算法、Clipping-off算法等。这些算法主要是在改变门限值，对门限值的定义从一个固定值到一个有斜率的直线，到一个函数曲线，这个曲线是门限值与要限幅的信号之间一个相应的函数关系。这里分别列出三种门限值的定义：-->第一种，将使用归一化的限幅门限，即限幅率CR，而限幅门限A＝CR*σ，其中，σ为OFDM信号的平均功率。这表明，在载波数为N的OFDM信号的条件下，基带信号平均功率为σ=N,]]>带通信号的平均功率为σ=N/2.]]>这个门限值就是一条直线即一个固定值。第二种，将门限值定义为两个固定限幅值之间一个有斜率的直线，其公式如下：s(t)=si(t),0≤si(t)<C(U-CL-C)·(si(t)-C)+C,C≤si(t)≤L]]>式中：si(t)是输入信号，L是傅立叶逆变换输出信号的峰值幅度，U与C是两个固定的限幅值，也是该限幅域的起点和终点。该门限值就是一个有斜率的直线。第三种，将限幅率CR定义为限幅后信号的最大功率与未限幅信号的平均功率之比，门限值A=CR×Pmean.]]>y(n)=A|x(n)|2x(n),|x(n)|2≥A2x(n),|x(n)|2<A2]]>式中，A是限幅后信号的最大幅值，x(n)是IFFT的输出信号，y(n)是采用该限幅算法的输出信号，该限幅值就是一个随信号功率变化的曲线。总的来说，限幅值变地更加灵活，限幅方法更加多样化。这些方法虽然降低了OFDM信号的非线性失真，缓解了带外辐射，但仍然没有很好地改善误码率性能。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系统中的本质问题，从降低信号的平均功率入手，提出了一种解决OFDM通信系统中信号非线性失真问题的分块限幅方法，以改善误码率性能。实现本专利技术目的的技术方案是：是将一个OFDM符号分成若干块，然后分别对每块限幅，最后组合发送。降低信号的线性动态范围，使其满足功率放大器线性动态范围，避免信号非线性失真。该分块限幅的算法类似传统限幅的第三种，CR的定义更为简单，公式如下：这里，限幅率CR定义为限幅后信号的最大幅值与未限幅信号的最大幅值的比值。x(n)，y(n)分别是限幅前后的IFFT输出信号，A是门限值。-->y(n)=A|x(n)|2x(n),|x(n)|≥Ax(n),|x(n)|<A]]>本专利技术提出的分块限幅方法的依据是借助了信号相关性，其理论分析为：OFDM发送端的信号是一个连续信号s(t)，s(t)=1NΣn=0N-1anexp(j2nπt).]]>则s(t)的瞬时功率Pc(t)＝s(t)s*(t)为：Pc(t)=1NΣn=0N-1Σm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于解决ＯＦＤＭ系统中非线性失真问题的分块限幅方法，其过程如下：根据功率放大器的线性范围，预定出最大可以接受的信号峰值功率Ｐ↓［ｍａｘ］，从而定出限幅率ＣＲ值；　根据ＯＦＤＭ的子载波数确定分块限幅的分块数Ｍ；根据 公式Ａ↓［ｉ］＝ＣＲ×＊ｉ＝１，２…Ｍ，计算出限幅门限值；把ＯＦＤＭ系统发送端输出的ＯＦＤＭ符号长度Ｌ分成Ｍ子块，分别限幅掉每个子块高于门限值Ａ的功率值；将限幅后的每一个子块按照原来顺序进行组合，并发送到信道。

【技术特征摘要】
1、一种用于解决OFDM系统中非线性失真问题的分块限幅方法，其过程如下：根据功率放大器的线性范围，预定出最大可以接受的信号峰值功率Pmax，从而定出限幅率CR值；根据OFDM的子载波数确定分块限幅的分块数M；根据公式Ai=CR×Pimax--i=1,2...M]]>，计算出限幅门限值；把OFDM系统发送端输出的OFDM符号长度L分成M子块，分别限幅掉每个子块高于门限值A的功率值；将限幅后的每一个子块按照原来顺序进行组合，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨刚，陈媛媛，
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]