[发明专利]基于预编码降低多天线PAPR的方法及MIMO系统

说明书

本发明提供一种基于预编码降低多天线PAPR的方法及MIMO系统，所述方法包括：提供有用信号数据流和随机产生的N组虚拟信号数据流；将所述N组虚拟信号数据流分别与所述有用信号数据流通过预编码映射到发射天线上，得到N组预发射信号；对所述N组预发射信号进行快速傅里叶逆变换；计算每组预发射信号的PAPR，并作比较，选择所述N组预发射信号中PAPR最小的一组预发射信号进行发送。本发明借鉴多用户MIMO中预编码技术消除用户间干扰的思想，将虚拟数据流看作其他用户信号，通过预编码技术使得接收端只接收到有用信号，该方法有效降低系统峰均比，提升系统功率效率，且不需要改变系统结构，节约成本。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于预编码降低多天线PAPR的方法及 MIMO系统。

背景技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术是指，在发射端和接收端分别使用多个发射 天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。 它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的 情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、逐渐成为移动通信的核心技术。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术可以获得很高 的数据传输速率，它的调制和解调分别基于快速傅里叶逆变换(Inverse FastFourier Transform， IFFT)和快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)来实现的，是实现复杂度最低、应 用最广的一种多载波传输方案。然而，由于OFDM符号是由多个独立经过调制的子载波信号 叠加而成的，当各个子载波相位相同或者相近时，叠加信号便会受到相同初始相位信号的调 制，从而产生较大的瞬时功率峰值，由此进一步带来较高的峰值平均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)。当在传输过程中遇到诸如功率放大器和混合器这样的非线性元件时，由 于一般的功率放大器的动态范围都是有限的，所以峰均比较大的MIMO-OFDM信号极易进入 功率放大器的非线性区域，导致信号产生非线性失真，造成明显的频谱扩展干扰以及带内信 号畸变，导致整个系统性能严重下降。此时需要更多的功率回退(back-off)使信号功率回到 功率放大器的线性范围内，这必然导致功率效率较低。高峰均比已成为MIMO-OFDM的一 个主要技术阻碍。因此，我们需要研究PAPR降低技术来降低成本和提高通信系统的功率效 率。

第l根发射天线上的PAPR的具体定义为：

其中，x_l(n)为第l根发射天线上的发射信号，N是OFDM信号中子载波的总数量，E(·)表 示期望。

由于，MIMO系统中有多根天线，系统PAPR定义为：

其中，L是发射天线的数量。

针对高PAPR问题，目前有众多抑制PAPR的技术方案，主要分为以下两类：

1、有损的PAPR抑制技术。主要包括削波，滤波削波技术，用于限制信号幅度，但这会 导致信号失真，损失系统性能；

2、无损的PAPR抑制技术。主要包括选择映射(Selected Mapping，SLM)、星座图扩展 (Active Constellation Extension，ACE)和部分传输序列(partial transmitsequence，PTS)等 技术，这些技术中有些需要发送端传递额外信息，需要改造现有通信系统，而另一些则与传 统的OFDM相比有较低的数据传输速率，所有这些方法都需要额外的计算资源来执行。