基于门限和双曲正切函数的压扩变换方法

摘要

本发明公开了一种基于门限和双曲正切函数的压扩变换方法，主要解决现有技术平均功率不恒定、峰平比性能差的问题。其实现步骤为：(1)对输入比特流进行正交振幅调制，再经串并变换后进行过采样；(2)对过采样信号做快速傅立叶逆变换，得到原始OFDM信号；(3)基于门限和双曲正切函数构建压扩函数，并对原始OFDM信号做压扩变换，再经并串变换后发射；(4)计算发射信号峰平比；(5)对接收信号串并变换后做解压扩变换和快速傅立叶变换；(6)对快速傅立叶变换信号去过采样后得到OFDM解调信号；(7)对OFDM解调信号进行并串变换和正交振幅解调后统计误码率。本发明可以显著降低OFDM信号峰平比和系统误码率，并具有平均功率恒定的优点，可广泛应用于新一代宽带无线OFDM通信系统。

主权项

1.一种在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：$z=\left\{\begin{array}{cc}x,& \left|x\right|\le \mathrm{Th}\\ \mathrm{sign}\left(x\right)k_1\sigma \tanh \left(k_2\frac{\left|x\right|}{\sigma }\right),& \left|x\right|>\mathrm{Th}\end{array}\right.$其中，x是压扩函数的输入信号，z是压扩函数的输出信号，Th＝R·max{|x|}是门限值，R是门限比率，k₁＞0是功率控制因子，k₂是非线性度因子，σ是原始OFDM信号x_n的标准方差，tanh(·)是双曲正切函数，sign(·)是符号函数，max{·}是最大值求解运算符，|·|是求模运算符；(5)在系统要求的峰平比PAPR条件下，分别在区间[0.20,0.35]和[0.6,1.5]内选择使系统误码率BER最小的门限比率R和非线性度因子k₂，再根据压扩函数的输入信号x和输出信号z的平均功率相等，确定功率控制因子k₁：$k_1=\frac{1}{\sigma }\sqrt{\frac{\underset{\left|x\right|>\mathrm{Th}}{\Sigma }{\left|x\right|}^2}{\underset{\left|x\right|>\mathrm{Th}}{\Sigma }{\left|\tanh \left(k_2\frac{\left|x\right|}{\sigma }\right)\right|}^2}}$其中，∑(·)是求和运算符；(6)用压扩函数对原始OFDM信号x_n进行压扩变换，得到压扩变换信号y_n：$y_n=\left\{\begin{array}{cc}{x}_n,& {|x}_n|\le \mathrm{Th}\\ \mathrm{sign}\left(x_n\right)k_1\sigma \tanh \left(k_2\frac{\left|x_n\right|}{\sigma }\right),& \left|x_n\right|>\mathrm{Th}\end{array}\right.;$(7)对压扩变换信号y_n进行并串变换后得到发射信号y，并通过天线将其发射出去；(8)根据信号峰平比PAPR是信号峰值功率与信号平均功率之比的定义，计算发射信号y的峰平比PAPR，并与原始OFDM信号x_n的峰平比PAPR进行比较，二者相差越多则压扩变换方法对峰平比PAPR的抑制效果越好。