[发明专利]基于门限和双曲正切函数的压扩变换方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及降低正交频分复用OFDM无线传输信号峰平比PAPR的压扩变换方法，可广泛应用于各类新一代宽带OFDM无线通信系统。

背景技术

在无线移动通信中，要求提供高速率和高质量的通信服务。正交频分复用OFDM调制技术是一种无线环境下的高速多载波传输技术，它能有效地抵抗多径衰落，具有非常高的频带利用率，是下一代无线移动通信系统中实现高速移动通信的最有前途的技术。

但是，由于OFDM信号是由多个正交的子载波叠加而成的，因此合成的OFDM信号可能产生较大的峰值功率，继而产生较大的峰平比PAPR。大的峰平比PAPR会带来很多问题，比如增加模数转换器和数模转换器的复杂度，降低功率放大器的有效性等。因此，如何有效地降低OFDM信号的峰平比PAPR，是目前OFDM系统研究的一个关键问题。

降低峰平比PAPR的主要目的，就是为了最大限度地降低非线性功率放大器对OFDM信号的影响。为了减少这种影响，必须在信号到达非线性功率放大器之前对信号进行适当的预失真处理。压扩变换方法就是一种基于数值变换的信号预失真方法，其实现简单、系统复杂度低、降低峰平比PAPR的效果也很明显。现有的压扩变换方法包括：μ律压扩、指数压扩和双曲正切压扩等方法。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的幅度，同时保持大信号的幅度不变，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；Gang Yang 在“Using hyperbolic tangent sigmoid transfer function for companding transform in OFDM system”中提出了双曲正切压扩方法，该方法通过调整非线性度因子可以获得不同的峰平比PAPR性能。但是，指数压扩方法所追求的均匀分布目标将使大幅度信号的分布增大，因此，当发送端采用非线性度较大的功率放大器时，其误码率BER性能将会急剧恶化；而双曲正切压扩方法在系统要求的峰平比PAPR较小时，其误码率BER性能很差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有方法的不足，提出了一种基于门限和双曲正切函数的压扩变换方法，该方法通过引入门限值来减小非线性度因子对系统性能的影响，从而在显著提高OFDM信号峰平比PAPR性能的同时，有效改善系统的误码率BER性能。

实现本发明的技术方案包括：OFDM系统发送端对原始信号的压扩变换以及OFDM系统接收端对接收信号的解压扩变换。其中：

一.在OFDM系统发送端基于门限和双曲正切函数的压扩变换方法，包括以下步骤：

(1)对输入比特流进行正交振幅调制，得到串行正交振幅调制信号X，再对该X进行串并变换，得到并行正交振幅调制信号X_m，其中，m＝0，1，…，N-1，N表示OFDM系统包含的子载波个数；

(2)对并行正交振幅调制信号X_m进行过采样，得到过采样信号：其中，J表示过采样因子；

(3)对过采样信号进行快速傅立叶逆变换IFFT，得到原始OFDM信号x_n，其中n＝0，1，…，JN-1；

(4)基于门限和双曲正切函数构建的压扩函数如下：