專利名稱：低峰均比正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種無線傳輸技術(shù)方法，屬于高速無線通信傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)，由于其強(qiáng)的抗多徑干擾能力、簡單易行的離散傅立葉變換(DFT)實(shí)現(xiàn)、以及易于采用多天線傳輸技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的研究和應(yīng)用，并成為未來無線與移動通信系統(tǒng)的重要候選技術(shù)。在無線通信系統(tǒng)上行傳輸鏈路中，為提高移動終端的功率效率和擴(kuò)大小區(qū)覆蓋范圍，要求傳輸信號具有低的峰值與平均功率之比(PAPR，簡稱峰均比)，而典型的OFDM傳輸信號具有高的峰均比。降低OFDM傳輸信號的峰均比，存在多種方法，其中利用DFT進(jìn)行信號擴(kuò)展的方法，所產(chǎn)生的OFDM信號具有與單載波信號相近的峰均比性能，由此產(chǎn)生DFT擴(kuò)展的OFDM系統(tǒng)方案，簡稱DFT-S-OFDM方案，得到廣泛關(guān)注。然而，目前存在的DFT-S-OFDM方案僅與正交幅度調(diào)制(QAM)的單載波系統(tǒng)相對應(yīng)，其峰均比性能低于偏移正交幅度調(diào)制(OQAM)的單載波系統(tǒng)。此外，DFT-S-OFDM方案中頻域整形(Shaping)技術(shù)對進(jìn)一步改善峰均比性能和譜性能具有重要作用，目前的整形方法尚不成熟。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種低峰均比的正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)方案，滿足無線與移動通信系統(tǒng)，特別是其上行傳輸鏈路，對傳輸信號低峰均比的要求。
技術(shù)方案本發(fā)明的低峰均比的正交頻分復(fù)用傳輸方案，首先對編碼調(diào)制和串并轉(zhuǎn)換后得到的矢量信號序列進(jìn)行實(shí)部和虛部重組得到實(shí)矢量，然后對得到的實(shí)矢量進(jìn)行擴(kuò)展的離散傅立葉變換，接著在變換域進(jìn)行共額對稱延展和均方根升余弦整形，再映射到正交頻分復(fù)用的一組子載波上，由此產(chǎn)生低峰均比并具有良好頻譜性能的正交頻分復(fù)用傳輸信號。所采用的擴(kuò)展的離散傅立葉變換，可采用快速離散傅立葉變換或快速離散余弦和正弦變換實(shí)現(xiàn)。
圖1所示為本發(fā)明的低峰均比正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)方案。傳輸信息比特流經(jīng)過編碼、交織和調(diào)制符號映射所產(chǎn)生的符號流，通過串并轉(zhuǎn)換器，生成矢量信號序列，每個信號矢量經(jīng)過實(shí)部和虛部重組成實(shí)矢量后進(jìn)行擴(kuò)展的DFT變換，DFT變換之后所產(chǎn)生的矢量經(jīng)過延拓和整形后進(jìn)行IDFT變換，得到各信號矢量的發(fā)送信號，然后經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成串行發(fā)送信號，并插入循環(huán)前綴和進(jìn)行時域加窗平滑，得到發(fā)送基帶信號。與已存在的DFT-S-OFDM方案相比，本發(fā)明所提供的低峰均比正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)方案的不同之處在于對信號矢量進(jìn)行實(shí)部和虛部重組形成DFT變換輸入矢量，采用不同的DFT變換，采用不同的變換域信號延拓和整形方法，進(jìn)而降低發(fā)送信號的峰均比。以下對三個部分進(jìn)行具體描述。
1、DFT變換輸入矢量的形成設(shè)d(l)是串并轉(zhuǎn)換器的輸入調(diào)制符號序列，串并轉(zhuǎn)換器輸出的矢量信號序列以d(n)＝[d(Nbn)d(Nbn+1)…d(Nbn+Nb-1)]T表示。在DFT-S-OFDM系統(tǒng)中，第n時刻的DFT變換矢量即為d(n)，本發(fā)明對此矢量的實(shí)部和虛部的數(shù)值進(jìn)行重組，形成一個2Nb維的實(shí)矢量，作為DFT變換矢量。以dr(l)和di(l)分別表示d(l)的實(shí)部和虛部，即d(l)＝dr(l)+jdi(l)，設(shè)d(n)＝[dr(Nbn)di(Nbn)dr(Nbn+1)di(Nbn+1)…dr(Nbn+Nb-1)di(Nbn+Nb-1)]T.
(公式1)易見d(n)為信號矢量d(n)實(shí)部和虛部數(shù)值的重組，本發(fā)明以此作為待變換矢量，圖2示出變換輸入矢量的形成方法。
2、擴(kuò)展的DFT變換(EDFT)在DFT-S-OFDM系統(tǒng)中，采用Nb點(diǎn)DFT對Nb維復(fù)矢量d(n)進(jìn)行變換，得到Nb維DFT變換矢量。公式1定義的矢量為2Nb維實(shí)矢量，對其進(jìn)行2Nb點(diǎn)DFT，得到的2Nb維復(fù)矢量具有共額對稱性，可取其部分非冗余數(shù)據(jù)在延拓和整形之后映射到正交頻分復(fù)用的一組子載波。以WN表示非歸一化N點(diǎn)DFT變換矩陣，則2Nb點(diǎn)DFT變換矩陣可表示為W2Nb。設(shè)W2Nb=(W2Nb(0))T(W2Nb(1))TT,]]>其中W2Nb(0)和W2Nb(1)為W2Nb的Nb行矢量構(gòu)成的子矩陣，本發(fā)明中DFT變換采用如下擴(kuò)展的形式x(n)=1NbW2Nb(0)diag(w2Nb0,w2Nb1,...,w2Nb2Nn-1)d‾(n).]]>(公式2)
其中,w2Nbk=e-jπk/(2Nb),]]>diag(·)表示對角矩陣，其對角元素在括號中給出.公式2的計(jì)算過程可采用2Nb點(diǎn)快速離散傅立葉變換(FFT)算法，當(dāng)Nb為2的冪次方并采用基2FFT算法時，所需的復(fù)數(shù)乘法次數(shù)為Nblog2(2Nb)+2Nb。對公式2進(jìn)行處理，可得到x(n)=1NbWNbdiag(wNb0,wNb1,...,wNbNb-1)dr(n)]]>+1Nbw2Nb1diag(wNb0,wNb1,...,wNbNb-1)WNbdiag(wNb0,wNb1,...,wNbNb-1)di(n)]]>(公式3)其中dr(n)和di(n)分別為d(n)的實(shí)部和虛部元素構(gòu)成的矢量。公式3的計(jì)算過程可采用2個Nb點(diǎn)的FFT，當(dāng)Nb為2的冪次方并采用基2FFT算法時，所需的復(fù)數(shù)乘法次數(shù)為Nblog2(Nb)+3Nb，乘法復(fù)雜度與公式2相同。對公式2進(jìn)行處理，也可得到x(n)=CNbIIIjSNbIII1000022INb-10-22JNb-1022INb-1022JNb-10010d‾(n).]]>(公式4)其中，CNbIII和SNbIII分別為標(biāo)準(zhǔn)的離散余弦變換III型(Type-III DCT)和離散正弦變換III型(Type-III DST)的變換矩陣，INb-1和JNb-1分別為(Nb-1)×(Nb-1)恒等和反恒等矩陣。公式4的計(jì)算過程可采用快速離散余弦變換算法(FCT)和快速離散正弦變換算法(FST)，當(dāng)Nb為2的冪次方且采用Wang提出的快速算法時，所需的實(shí)數(shù)乘法次數(shù)為2Nb((3/4)log2(Nb)-1)+6，復(fù)雜度低于公式2和公式3。圖3示出采用DCT和DST的實(shí)現(xiàn)方法。
3、變換域延拓和整形在DFT-S-OFDM系統(tǒng)中，可對DFT變換后得到的變換矢量在邊界進(jìn)行周期延拓，然后進(jìn)行加權(quán)整形。本發(fā)明采用不同的變換，對變換矢量采用共額對稱延拓，然后進(jìn)行均方根升余弦加權(quán)整形，所形成的矢量或集中式或分布式映射到OFDM系統(tǒng)的一組子載波上。以r表示升余弦滾降系數(shù)，Nb＝Nb+2*round(rNb/2)＝Nb+2Ns表示拓展后系數(shù)的個數(shù)，其中round(.)表示四舍五入，xk(n)表示x(n)的第k個元素，其中0≤k≤Nb-1，本發(fā)明變換域延拓后的矢量可表示為x‾(n)=xleftT(n)xmidT(n)xrightT(n)T,]]>(公式5)
其中xleft(n)=xNs-1*(n)xNx-2*(n)···x0*(n)x0(n)x1(n)···xNs-1(n)T,]]>(公式6)xmid(n)=xNs(n)xNs+1(n)···xNb-Ns-1(n)T,]]>(公式7)xright(n)=xNb-Ns(n)xNb-Ns+1(n)···xNb-1(n)xNb-1*(n)xNb-2*(n)···xNb-Ns*(n)T.]]>(公式8)這里，上標(biāo)表示取共額。設(shè)w(k)=(1+cos((k+0.5)π/(2Ns)))/2,]]>并設(shè)wleft＝[w(2Ns-1)w(2Ns-2)…w(0)]T， (公式9)wrihgt＝[w(0)w(1)…w(2Ns-1)]T，(公式10)x~left(n)=xleft(n).*wleft,]]>(公式11)x~right(n)=xright(n).*wrightt,]]>(公式12)其中.*表示兩個矢量的各個相對應(yīng)的元素分別相乘。本發(fā)明均方根升余弦整形后的變換域信號矢量為x‾~(n)=x~leftT(n)xmidT(n)x~rightT(n)T.]]>(公式13)圖4示出變換域延拓和整形的實(shí)現(xiàn)過程。
有益效果本發(fā)明給出的低峰均比正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)方案，在保持OFDM系統(tǒng)主要優(yōu)勢的同時，有效地克服了其峰均比高的缺點(diǎn)，與已有的DFT擴(kuò)展的OFDM技術(shù)方案相比，傳輸信號的峰均比更低，可以更好地滿足無線與移動通信系統(tǒng)，特別是其上行傳輸鏈路，對傳輸信號低峰均比的要求。設(shè)系統(tǒng)中子載波個數(shù)為Nc＝512，此即IDFT變換的尺寸，并取Nb＝128，r＝0.22，圖5給出正交幅度調(diào)制(QAM)方式下本發(fā)明給出的技術(shù)方案的峰均比性能，圖中同時給出DFT擴(kuò)展的OFDM技術(shù)方案和單載波系統(tǒng)的性能，其中橫座標(biāo)表示峰值平均功率比，縱座標(biāo)表示大于給定峰均比值的概率。由此可以看出，本發(fā)明給出的技術(shù)方案的峰均比性能與偏移QAM(OQAM)調(diào)制的單載波系統(tǒng)的性能相近，明顯優(yōu)于DFT擴(kuò)展的OFDM技術(shù)方案和QAM調(diào)制的單載波系統(tǒng)的性能。


圖1是低峰均比正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)方案示意圖。
圖2是變換輸入矢量的形成方法示意圖。
圖3是擴(kuò)展DFT變換的DCT和DST實(shí)現(xiàn)方法示意圖。
圖4是變換域信號延拓和整形的實(shí)現(xiàn)過程示意圖。
圖5是QAM調(diào)制方式下技術(shù)方案的峰均比性能比較實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種低峰均比的正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)方案，滿足無線與移動通信系統(tǒng)，特別是其上行傳輸鏈路，對傳輸信號低峰均比的要求。本發(fā)明的低峰均比的正交頻分復(fù)用傳輸方案首先對編碼調(diào)制和串并轉(zhuǎn)換后得到的矢量信號序列進(jìn)行實(shí)部和虛部重組得到實(shí)矢量，然后對得到的實(shí)矢量進(jìn)行擴(kuò)展的離散傅立葉變換，接著在變換域進(jìn)行共額對稱延展和均方根升余弦整形，再映射到正交頻分復(fù)用的一組子載波上，由此產(chǎn)生低峰均比并具有良好頻譜性能的正交頻分復(fù)用傳輸信號。采用的擴(kuò)展的離散傅立葉變換，可采用快速離散傅立葉變換或快速離散余弦和正弦變換實(shí)現(xiàn)。
具體方式如下(1)確定系統(tǒng)參數(shù)在給定系統(tǒng)帶寬下，按照正交頻分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般準(zhǔn)則，依據(jù)多普勒頻偏和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等確定系統(tǒng)中子載波個數(shù)，IDFT變換尺寸，可任意配置用戶占用的子載波，并確定DFT變換的尺寸和滾降因子等。
(2)發(fā)送方法發(fā)送端按照圖1-4給出的方法產(chǎn)生發(fā)送基帶信號，并在載波調(diào)制后發(fā)送。
(3)接收方法接收端可采用DFT域單點(diǎn)均衡技術(shù)進(jìn)行信號檢測，之后進(jìn)行譯碼，恢復(fù)傳輸?shù)男畔⒈忍兀部刹捎玫鷻z測譯碼技術(shù)恢復(fù)傳輸?shù)男畔⒈忍?。在上行傳輸鏈路?yīng)用中，不同用戶的信號檢測和譯碼可以采用同一DFT變換并在變換域進(jìn)行，也可獨(dú)立地進(jìn)行DFT變換和檢測譯碼。
權(quán)利要求
1.一種低峰均比的正交頻分復(fù)用傳輸方案，其特征在于首先對編碼調(diào)制和串并轉(zhuǎn)換后得到的矢量信號序列進(jìn)行實(shí)部和虛部重組得到實(shí)矢量，然后對得到的實(shí)矢量進(jìn)行擴(kuò)展的離散傅立葉變換，接著在變換域進(jìn)行共額對稱延展和均方根升余弦整形，再映射到正交頻分復(fù)用的一組子載波上，由此產(chǎn)生低峰均比并具有良好頻譜性能的正交頻分復(fù)用傳輸信號。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的低峰均比正交頻分復(fù)用傳輸方案，其特征在于采用的擴(kuò)展的離散傅立葉變換，可采用快速離散傅立葉變換或快速離散余弦和正弦變換實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
低峰均比的正交頻分復(fù)用傳輸方案首先對編碼調(diào)制和串并轉(zhuǎn)換后得到的矢量信號序列進(jìn)行實(shí)部和虛部重組得到實(shí)矢量，然后對得到的實(shí)矢量進(jìn)行擴(kuò)展的離散傅立葉變換，接著在變換域進(jìn)行共額對稱延展和均方根升余弦整形，再映射到正交頻分復(fù)用的一組子載波上，由此產(chǎn)生低峰均比并具有良好頻譜性能的正交頻分復(fù)用傳輸信號。本發(fā)明提供一種低峰均比的正交頻分復(fù)用傳輸技術(shù)方案，滿足無線與移動通信系統(tǒng)，特別是其上行傳輸鏈路，對傳輸信號低峰均比的要求。
文檔編號H04J1/00GK1787413SQ20051009509
公開日2006年6月14日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者高西奇, 尤肖虎, 王炎, 盛彬, 潘志文 申請人:東南大學(xué)