[发明专利]基于双曲压扩及联合限幅的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，涉及基于正交频分复用OFDM调制无线通信系统传输信号的峰平比PAPR抑制方法，可广泛应用于各类新一代宽带OFDM无线通信系统中的信号峰平比PAPR抑制。

背景技术

正交频分复用OFDM调制技术具有高效的频谱利用效率、良好的抗频率选择性衰落性能，已成为新一代无线移动通信系统的关键技术之一，目前OFDM调制技术已经广泛应用于数字音频广播(Digital Audio Broadcasting，DAB)、数字视频地面广播(Terrestrial Digital Video Broadcasting，DVB-T)、无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)的IEEE 802.11a标准、无线城域网(Wireless Metropolitan Area Networks，WMAN)的IEEE 802.16d标准，以及包括长期演进计划(Long Term Evolution，LTE)和高级国际移动通信(International Mobile Telecommunications-Advanced，IMT-Advanced)等在内的第四代移动通信技术领域。

然而，OFDM调制技术在其应用中仍然存在一些重要问题没有得到很好的解决，其中一个关键的技术难点就是其信号的高峰平比问题。如果信号的峰平比PAPR很高，为了保证信号能够获得线性放大，必然要求发射机功率放大器具有宽的的线性动态范围，并且对数模变换器的精度也有较高要求，从而导致发射机构造成本大大增加。反之，窄线性动态范围的功率放大器虽然可以降低发射机的构造成本，但将导致发射信号出现严重失真，使得系统性能急剧下降。因此，如何有效地降低OFDM信号的峰平比PAPR以提高传输效率，是目前无线OFDM传输系统应用中的一个主要难点问题。

迄今，国内外研究者已经提出了诸多降低OFDM信号峰平比PAPR的解决方案，包括：信号限幅、压扩变换、选择性映射SLM及部分传输序列PTS等，其中，信号压扩变换方案以其简单和有效性获得了广泛的关注。

目前比较经典的压扩方案包括：μ律压扩、指数压扩和分段压扩等方法。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把小幅度信号进行扩张，而大幅度信号保持不变，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更接近功率放大器的非线性变换区域，易造成功率放大信号的失真；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。与μ律压扩方法相比，指数压扩方法可以获得更好的误码率BER性能；但是，该方法所追求的均匀分布目标将使大幅度信号分布增大，则当发送端采用非线性特性较严重的功率放大器时，其误码率BER性能将会急剧恶化。因此，在满足一定的误码率BER性能要求下，指数压扩方法的峰平比PAPR性能改善非常有限。Jun Hou在“Peak-to-Average Power Ratio Reduction of OFDM Signals With Nonlinear Companding Scheme”中提出了分段压扩方法，该方法的基本思想是使压扩后的OFDM信号幅度先服从瑞利分布后服从均匀分布，该方法虽然可以有效降低信号峰平比PAPR，且系统误码率BER也较低，但难以灵活变化以满足不同系统的性能要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有方法的不足，通过分析OFDM信号峰平比PAPR过高的根本原因，从压缩大幅度信号和扩张小幅度信号的基本思想入手，进一步结合信号限幅和压扩的各自优点，提出了一种基于双曲压扩及联合限幅的无线OFDM信号峰平比抑制方法，以达到有效抑制OFDM信号峰平比PAPR并提高误码率BER性能的目的。同时，本发明可以根据OFDM系统对峰平比PAPR和误码率BER性能的要求合理调整参数，从而在信号峰平比PAPR和系统误码率BER性能之间获得良好的折衷，为无线OFDM系统设计提供更高的灵活性以满足不同系统的性能要求。