基于非线性压扩函数的OFDM信号峰平比抑制方法

摘要

本发明公开了一种基于非线性压扩函数的OFDM信号峰平比抑制方法，主要解决现有技术参数选择固定，信号峰平比抑制性能低的问题，其实现步骤为：1)将OFDM调制信号经上采样得到原始OFDM信号；2)选择非线性压扩函数并设置迭代参数初始值；3)用压扩函数对原始OFDM信号进行压扩变换；4)将压扩后的信号变换到频域，进行频域滤波后再变换到时域，得到传输信号，并计算传输信号的峰平比；5)根据迭代参数判断迭代是否结束，若结束，即获得满足系统峰平比PAPR要求的传输信号，否则，继续迭代。本发明能在对系统误码率BER影响很小的情况下显著降低OFDM信号的峰平比，可用于各类新一代宽带OFDM无线通信系统。

主权项

1.一种基于非线性压扩函数的OFDM信号峰平比抑制方法，包括以下步骤：(1)对经过正交频分复用OFDM调制的信号进行上采样，得到原始OFDM信号x_n，其中，n=0,1,…,JN-1，J表示上采样因子，N表示OFDM调制包含的子载波个数，JN表示上采样后OFDM系统包含的子载波个数；(2)选择指数压扩函数f(x):$f\left(x\right)=\mathrm{sign}\left(x\right)\sqrt[d]{\gamma [1-\exp (-\frac{{\left|x\right|}^2}{{\sigma }^2})]},$其中，x表示压扩函数的输入信号，f(x)表示压扩函数的输出信号，d表示指数压扩的度，γ是确定输出信号平均功率的参数，γ>0，σ是输入信号x的标准方差，exp(·)是自然指数函数，sign(·)是符号函数，是根号运算符，|·|是求模运算符。(3)令迭代次数m=1，并根据系统要求的峰平比PAPR及系统误码率BER设置最大迭代次数M及衰减因子α，开始迭代过程；(4)根据设置的α值，按照以下两个公式求解出压扩函数中的指数压扩的度d和参数γ：$\alpha =\frac{1}{{\sigma }^2}·E[x·d\sqrt{\gamma (1-\exp (-\frac{x^2}{{\sigma }^2}))}],$$\gamma {=\left(\frac{E\left[{\left|x\right|}^2\right]}{E\left[\sqrt[d]{{[1-\exp (-\frac{{\left|x\right|}^2}{{\sigma }^2})]}^2}\right]}\right)}^{\frac{d}{2}},$其中E[·]为期望运算符，E[|x|²]表示输入信号x的平均功率；(5)利用压扩函数f(x)对原始OFDM信号x_n进行压扩变换，得到压扩变换信号y_n：$y_n=\mathrm{sgn}\left(x_n\right)\sqrt[d]{\gamma [1-\exp (-\frac{{\left|x_n\right|}^2}{{\sigma }^2})]};$(6)对压扩变换信号y_n进行FFT变换，得到频域信号C_n；(7)根据频域信号C_n获得传输信号并计算其峰平比PAPR：7a)计算优化滤波器的响应函数H_n；7b)用优化滤波器对频域信号C_n进行滤波，即将频域信号C_n与优化滤波器的响应函数H_n进行点乘，得到滤波后的信号${\hat{C}}_n=C_n·H_n,n=\mathrm{0,1},···,\mathrm{JN}-1;$7c)对滤波后的信号再进行IFFT变换，得到一个新的传输信号7d)根据峰平比PAPR定义计算传输信号的峰平比PAPR：$\mathrm{PAPR}=\frac{\max \left\{{\left|{\hat{y}}_n\right|}^2\right\}}{E\left\{{\left|{\hat{y}}_n\right|}^2\right\}},$其中，max{·}表示取最大值运算符。(8)根据峰平比定义计算传输信号的当前峰平比PAPR值，并根据迭代结果输出传输信号：若m<M，则令迭代次数m=m+1，用传输信号代替原始OFDM信号x_n，并根据当前峰平比PAPR值设置衰减因子α，返回（4）继续执行；若m=M，则迭代结束，输出传输信号