[发明专利]基于幅度分布变换的无线OFDM信号峰平比抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及正交频分复用OFDM调制无线传输信号的峰平比PAPR抑制方法，可广泛应用于各类新一代宽带OFDM无线通信系统。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种典型的多载波调制技术，其基本原理是将高速的数据流通过串并转换，变成在若干个正交的窄带子信道上并行传输的低速数据流。OFDM技术的最大优点是能够有效对抗频率选择性衰落及窄带干扰：在单载波系统中，单个衰落或干扰会导致整个通信链路失败；但是在多载波系统中，仅仅有很小一部分子载波会受到干扰，对这些受损子载波信道还可以采用纠错码来进行纠错。因此，OFDM技术可以有效对抗信号码间干扰，当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波及其携带的信息会受到影响，而其他的子载波并不会受到损害，其误码率性能要较传统单载波系统好很多，适用于各类复杂无线通信环境中衰落信道条件下的高速数据传输。

目前，已有众多无线标准采用了OFDM传输技术，例如：2004年11月，根据众多移动通信运营商、制造商和研究机构的要求，第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation Partnership Project，3GPP)通过了长期演进计划(Long Term Evolution，LTE)的立项工作，项目以制定3G演进型系统技术规范作为目标。3GPP经过激烈的讨论和艰苦的融合，终于在2005年12月选定了LTE的基本传输技术，即下行采用OFDM。但是，由于OFDM信号的高峰平比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)特性使得发送端对功率放大器的线性度要求很高，这就意味着要提供额外的功率、电池备份和扩大设备的尺寸，进而增加基站和用户设备的成本，因此降低峰平比PAPR成为OFDM技术能应用于实际的关键。

目前，科研人员提出了各种各样的方案来降低OFDM信号的峰平比PAPR。其中，非线性压扩变换最具有吸引力，因为该方案实现简单，且对子载波数、帧格式和星座类型等系统参数都没有限制。现有的非线性压扩方案包括：μ律压扩、指数压扩和梯形压扩等方法。Xianbin Wang在“Reduction of Peak-to-Average Power Ratio of OFDM System Using A Companding Technique”中提出了μ律压扩方法，该方法的基本思想是扩张小信号幅度，同时保持大信号幅度不变，这种方法虽然可以降低OFDM信号的峰平比PAPR，但会增加信号压扩后的平均功率。因此，μ律压扩方法会使压扩后信号的功率达到功率放大器的饱和区，从而使功率放大信号产生非线性畸变；为了解决μ律压扩方法的信号平均功率增长问题，Tao Jiang在“Exponential Companding Technique for PAPR Reduction in OFDM Systems”中提出了指数压扩方法，该方法的基本思想是将原始OFDM信号的幅度分布转化为均匀分布，通过合理调整参数保持信号压扩前后的平均功率恒定。Jun Hou在“Trapezoidal companding scheme for peak-to-average power ratio reduction of OFDM signals”中提出了梯形压扩方法，该方法的基本思想是将原始OFDM信号的幅度分布转化为梯形分布，通过合理调整参数保持信号压扩前后的平均功率恒定。与μ律压扩方法相比，指数压扩方法和梯形压扩方法都可以获得更好的误码率BER性能，但是在满足一定的误码率BER性能要求下，这两种压扩方法的峰平比PAPR性能改善都非常有限；另一方面，现有压扩方法在降低OFDM信号峰平比PAPR的同时，也有可能使OFDM系统的传输误码率BER性能严重恶化。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有方法的不足，提出了一种基于幅度分布变换的无线OFDM信号峰平比抑制方法，可以有效地降低OFDM信号的峰平比PAPR，同时显著地提高系统的误码率BER性能。

实现本发明的基本思想是：使压扩后的OFDM信号幅度先服从线性分布，后服从均匀分布，其技术方案对发送端和接收端分别描述如下：

一.在OFDM系统发送端基于幅度分布变换的无线OFDM信号峰平比抑制方法，包括以下步骤：