CN104144140B - 一种正交频分复用系统中降低峰均比的方法及接入装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种OFDM系统中降低峰均比的方法，所述方法包括：步骤1，对需要发送的调制信号进行快速傅里叶逆变换，获取第一时域信号集合；步骤2，在所述第一时域信号集合中查找功率满足门限的多个时域信号和所述时域信号在功率最大值时的时域位置；步骤3，在确定的子载波中发送频域辅助信号，并对所述辅助信号在第一时域信号的功率最大时的时域位置的第二时域信号反向调整，所述第一时域信号为所述多个时域信号中功率最大的时域信号；步骤4，将调整后的辅助信号的第二时域信号与所述多个第一时域信号相加，以降低所述调制信号的峰均比。通过上述方法可以实现在较低功耗和运算量的情况下降低OFDM系统中调制信号的峰均比。

Description

一种正交频分复用系统中降低峰均比的方法及接入装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及到一种正交频分复用系统中降低峰均比的方法及接入装置。

背景技术

无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）技术具有高速率接入的优点，在移动网络接入领域应用广泛。在WLAN技术中，正交频分多路复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)技术，但是由于PFDM的峰均功率比（Peak to AveragePower Ratio，PAPR）较大，对功率放大器（(power amplifier，PA）的线性要求产生影响，因此需要对无线局域网OFDM系统的PAPR降低。

现有技术中，降低PAPR的方法一种是采用重映射的方法。通过对发送信号中的每个符号对应的比特位的任何一种组合进行穷举搜索，在其中寻找PAPR最小的一种比特位组合。因此，为了穷举每种比特组合，需要很大的系统功耗，并且，在每一个符号搜索完最佳的比特位组合只有，需要发送点传输每个符号的指示信息才能使得接收端正确解码，这也增加了对资源的消耗。

另一种降低PAPR的方法是，对不同的导频信号的幅度和角度进行调整，调整之后的每个导频信号进行IFFT变换，获得一个时域信号集合，将时域信号集合中的每个时域信号与发送信号进行IFFT变换后的时域信号相加后，获得对应的PAPR，在时域信号集合中选取PAPR最小的峰均比对应的导频信号进行数据发送。该种方案的缺点是，由于导频候选结合数目较大，需要遍历集合中的全部导频信号，计算量较大。

发明内容

本发明实施例提供一种正交频分复用系统中降低峰均比的方法，以实现在较低功耗和运算量的情况下降低OFDM系统中调制信号的峰均比。

本发明实施例第一方面提供了一种正交频分复用系统中降低峰均比的方法，所述方法包括：

步骤1，对需要发送的频域符号信号进行快速傅里叶逆变换，获取第一时域信号序列；

步骤2，在所述第一时域信号序列中查找超过功率门限的时域信号和所述时域信号的时域位置；

步骤3，在第一子载波中发送频域辅助信号，对所述频域辅助信号进行调整，以使得所述频域辅助信号时频变换后的第二时域信号在第一时域信号的时域位置功率最大，方向相反，所述第一时域信号为所述时域信号中功率最大的时域信号；

步骤4，将调整后的辅助信号的所述第二时域信号与所述第一时域信号序列相加，以降低所述第一时域信号序列的峰均比。

基于第一方面，在第一种可能的实施方式中，所述步骤4之后还包括：

步骤5，检测降低后的所述峰均比是否满足设定门限，在不满足设定门限的情况下，使用另一个频域辅助信号，并执行步骤3至步骤5，直至所述峰均比满足设定门限或没有可用频域辅助信号。

基于第一方面或第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，所述频域辅助信号为导频信号或在空闲子载波上发送的用于降低峰均比的信号。

基于第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式中，在第三种可能的实施方式中，所述步骤3中，对所述频域辅助信号进行调整，包括频域调整，所述调整方法为，对所述频域辅助信号的子载波的频域信号乘以exp（-j*2pi*K/Nc*T），其中，K为所述子载波位置，所述T为所述第一时域信号在时域最大功率的时域位置。

基于第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，对所述频域辅助信号进行调整，包括时域调整，所述调整方法为，按照从左到右的顺序，根据所述第一时域信号在时域位置T，对快速傅里叶逆变换后的所述频域辅助信号对应的时域信号进行向右循环移位T。

基于第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式中或第三种可能的实施方式或第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述超过功率门限的时域信号具体为所述第一时域信号序列中功率最大的时域信号。

基于第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式中或第三种可能的实施方式或第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述超过功率门限的时域信号具体为所述第一时域信号序列中实部最大的时域信号。

基于第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式中或第三种可能的实施方式或第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述超过功率门限的时域信号具体为所述第一时域信号序列中虚部最大的时域信号。

第二方面，本发明实施例提供了一种无线局域网中的接入装置，所述接入装置包括：

变换单元，用于对需要发送的频域符号信号进行快速傅里叶逆变换，获取第一时域信号序列集合；

查找单元，用于所述第一时域信号序列中查找超过功率门限的时域信号和所述时域信号的时域位置；

处理单元，在第一子载波中发送频域辅助信号，对所述频域辅助信号进行调整，以使得所述频域辅助信号时频变换后的第二时域信号在第一时域信号的时域位置功率最大，方向相反，所述第一时域信号为所述时域信号中功率最大的时域信号；

运算单元，用以将调整后的辅助信号的所述第二时域信号与所述第一时域信号序列相加，以降低所述第一时域信号序列的峰均比。

基于第二方面，在第一种可能的实施方式中，还包括执行单元，检测降低后的所述峰均比是否满足设定门限，在不满足设定门限的情况下，控制所述处理单元和所述运算单元重复执行，使用另一个频域辅助信号，直至所述峰均比满足设定门限或没有可用频域辅助信号。

基于第二方面或第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，所述频域辅助信号为导频或在空闲子载波上发送的用于降低峰均比的信号。

基于第二方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，所述处理单元对所述频域辅助信号进行调整，包括频域调整，所述调整方法为，对所述辅助信号的子载波的频域信号乘以exp（-j*2pi*K/Nc*T），其中，K为所述子载波位置，所述T为所述第一时域信号在时域最大功率的位置。

基于第二方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，所述处理单元对所述频域辅助信号进 行调整，具体为频域调整，所述调整方法为，按照从左到右的顺序，根据所述第一时域信号在时域最大功率的位置T，对快速傅里叶逆变换后的辅助信号的时域信号进行向右循环移位T。

基于第二方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式中或第三种可能的实施方式或第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述超过功率门限的时域信号具体为所述第一时域信号序列中功率最大的时域信号。

基于第二方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式中或第三种可能的实施方式或第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述超过功率门限的时域信号具体为所述第一时域信号序列中实部最大的时域信号。

基于第二方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式中或第三种可能的实施方式或第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述超过功率门限的时域信号具体为所述第一时域信号序列中虚部最大的时域信号。

本发明实施例提供了一种正交频分复用系统中降低峰均比的方法，通过在信噪比较差的空闲子载波中发送参考信号作为辅助信号或者在不需要信道估计的情况下将导频信号作为辅助信号，并调整辅助信号的相位，将辅助信号的反向最大值与需要发送的调制信号中最大时域信号叠加，中和调制信号时域功率的方法，降低OFDM系统中调整信号的峰均比，还可以降级计算复杂度，提高信号处理效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的正交频分复用系统中降低峰均比的方法 的流程图；

图2为本发明实施例提供的无线局域网中的接入装置一种实施例的结构图；

图3为本发明实施例提供的无线局域网中的接入装置另一种实施例的结构图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种正交频分复用系统中降低峰均比的方法，所述方法的执行主体可以是无线局域网中用于用户设备的接入点（Access Point，AP），也可以是在无线局域网中可以接入无线局域网的手持终端，所述方法包括：

步骤1，对需要发送的频域符号信号进行快速傅里叶逆变换，获取第一时域信号序列；

具体而，对应在OFDM系统中接入点或者接入终端需要发送的数据，需要在频域进行调制，调制之后进行快速傅里叶逆变换（Inverse fast Fourier transform，IFFT）,获得调制信号的时域信号，由于调整信号分别承载在不同的数据子载波上，N点的频域信号序列经过N点IFFT变换得到N点的时域信号序列，这些时域信号序列组成一个OFDM符号。

步骤2，在所述第一时域信号序列中查找超过功率门限的时域信号和所述时域信号的时域位置；

具体而言，在确定了调制信号的时域信号序列之后，在其中选择功率较大的几个时域信号和这些时域信号的位置，也可以选择功率超过设定门限的几个时域信号，并确定在功率取最大值时的时域位置和 复数值；

具体的，可以通过时域中复数值的实部和虚部平方和确定时域信号功率大小，还可以将时域信号的实部和虚部分别对比，选取实部绝对值最大，或者虚部绝对值最大的时域信号。

步骤3，在第一子载波中发送频域辅助信号，对所述频域辅助信号进行调整，以使得所述频域辅助信号时频变换后的第二时域信号在第一时域信号的时域位置功率最大，方向相反，所述第一时域信号为所述时域信号中功率最大的时域信号；

具体的，可以在空闲子载波中发送单独的频域辅助信号，或者在不需要进行信道估计时，将导频作为频域辅助信号来降低峰均比，但是对于这些频域辅助信号，需要对其相位进行调整，使其经过频域到时域变化后的反向幅度最大的位置与第一时域信号的位置相同。

步骤4，将调整后的辅助信号的所述第二时域信号与所述第一时域信号序列相加，以降低所述第一时域信号序列的峰均比。

具体的，在时域将调整后的频域辅助信号的时域信号的复数值，与第一时域信号的复数值相加，由于时域位置相同，但是相位相反，因此降低了调整信号的幅度，由于峰均比与调制信号的最大功率值成正比例，因此达到了降低峰均比的效果，

但是，只经过一个子载波中的频域辅助信号与频域信号的时域信号中功率最大的时域信号中和后的峰均比，并不一定能够满足设定的峰均比门限值，因此在步骤4之后系统检测降低后的所述峰均比是否满足设定门限，如果已经满足设定的峰均比门限要求，则停止运算，将此辅助信号与调制信号一起向接收端发送，反之，在不满足设定门限的情况下，选用另外一个频域辅助信号重复执行步骤3至步骤4， 在第一时域序列中，选择下一个功率最大的时域信号，采用另一个子载波上的频域辅助信号进行峰均比降低的操作；如果再次执行之后，峰均比仍然没有满足设定门限，可以选择再次执行步骤3至步骤4，直至没有满足设定门限的时域信号或者没有可用的频域辅助信号。

通过上述的实施例，在信噪比较差的空闲子载波中发送参考信号作为辅助信号或者在不需要信道估计的情况下将导频信号作为辅助信号，并调整辅助信号的相位，将辅助信号的反向最大值与需要发送的调制信号中最大时域信号叠加，中和调制信号时域功率的方法，降低OFDM系统中调整信号的峰均比，可以降级计算复杂度，提高信号处理效率。

在一种可能的实施方式中，在OFDM系统使用部分带宽传输数据的情况下，通常只选择信噪波较好的子载波承载需要发送的数据，而信噪比较差的子载波则成为空闲子载波，因此，在本实施例中，发送端可以在信噪比较差的子载波来发送辅助信号，可以达到降低PAPR的作用。

例如802.11ah系统在2MHz带宽下，数据域每个OFDM符号共有52个数据子载波，假设在频率选择性信道下只选择了性能最好的40个子载波用来传输数据，则空闲的12个数据子载波可以用来进行降低PAPR，假设用BPSK调制需要发送的数据。

首先计算40个数据子载波经过IFFT后，功率最大的1个点的时域位置和复数值，并选择一组空闲子载波，根据数据子载波功率最大值的时域位置、实虚部的正负及空闲子载波的位置调整空闲子载波上符号的相位，使得空闲子载波在数据子载波功率最大值的位置取符号相反最大，然后计算该组空闲子载波的IFFT，重新计算数据叠加空闲子载波后时域信号最大值是否满足设定的峰均比门限要求，若不满足则逐渐增加空闲子载波个数直到满足预设PAPR门限或者空闲子载波 数用满为止。

其中调整空闲子载波相位，使其反向最大值与功率最大的数据域信号的位置相同的方法可以是频域调整，也就是：

已知空闲子载波位置K和数据时域最大位置为T，Nc为总子载波数，pi为圆周率，exp（）表示自然数e的指数运算符，则对空闲子载波频域信号乘以exp（-j*2pi*K/Nc*T）,且根据数据最大值的复数值相加最小的原则选择正负符号。

或者，在时域进行调整，首先，计算一组空闲子载波的IFFT时域信号，之后，按照从左到右的顺序，根据数据时域最大位置T，对该组的IFFT进行向右循环移位T。根据数据最大值的复数值相加最小的原则选择正负符号。

此外，在计算40个数据子载波经过IFFT后，也可以选择用同一个空闲子载波分别对功率较大的几个数据子载波进行峰值中和，直到峰均比满足设定需求，或者没有满足设定功率条件的数据子载波。

在另外一种实施例中，假设信道时变周期较长，因此信道时间变化较慢，因此在数据域中的导频不需要进行信道估计，因此用于信道估计的导频可以和上述实施例中的空闲子载波一样，作为降低峰均比的频域辅助信号，过程和前述实施例类似，不多赘述。

通过上述的实施例，在信噪比较差的空闲子载波中发送参考信号作为辅助信号或者在不需要信道估计的情况下将导频信号作为辅助信号，并调整辅助信号的相位，将辅助信号的反向最大值与需要发送的调制信号中最大时域信号叠加，中和调制信号时域功率的方法，降低OFDM系统中调整信号的峰均比，可以降级计算复杂度，提高信号 处理效率。

相应的，如图2所示，本发明实施例提供了一种无线局域网中的接入装置，该装置可以是手持终端，也可以是WLAN系统中的接入点（access point，AP），所述装置包括：

变换单元201，用于对需要发送的频域符号信号进行快速傅里叶逆变换，获取第一时域信号序列；

查找单元202，用于所述第一时域信号序列中查找超过功率门限的时域信号和所述时域信号的时域位置；

处理单元203，在第一子载波中发送频域辅助信号，对所述频域辅助信号进行调整，以使得所述频域辅助信号时频变换后的第二时域信号在第一时域信号的时域位置功率最大，方向相反，所述第一时域信号为所述时域信号中功率最大的时域信号；

运算单元204，用以将调整后的辅助信号的所述第二时域信号与所述第一时域信号序列相加，以降低所述第一时域信号序列的峰均比。

在本发明的实施例中，所述频域辅助信号为导频信号或在空闲子载波上发送的用于降低峰均比的参考信号。

在第一种可能的实施方式中，所述装置还包括执行单元，用于检测所述运算单元204降低后的所述峰均比是否满足设定门限，在不满足设定门限的情况下，控制所述处理单元203和所述运算单元204重复执行，直至没有可用子载波或者没有超过功率门限的时域信号。

通过所述运算单元204将调整后的频域辅助信号的第二时域信号与所述第一时域信号相加，以降低所述调制信号的峰均比，直至所述峰均比满足设定门限或没有可用频域辅助信号。

在前述的实施例中，所述处理单元203对所述辅助信号调整，具体为频域调整，所述调整方法为，对所述辅助信号的子载波的频域信号乘以exp（-j*2pi*K/Nc*T），其中，K为所述子载波位置，所述T为所述第一时域信号在时域最大功率的位置。

或者，通过时域调整的方法按照从左到右的顺序，根据所述第一时域信号在时域最大功率的位置T，对快速傅里叶逆变换后的辅助信号的时域信号进行向右循环移位T。

本发明实施例提供了一种无线局域网中的接入装置，通过在信噪比较差的空闲子载波中发送参考信号作为辅助信号或者在不需要信道估计的情况下将导频信号作为辅助信号，并调整辅助信号的相位，将辅助信号的反向最大值与需要发送的调制信号中最大时域信号叠加，中和调制信号时域功率的方法，降低OFDM系统中调整信号的峰均比，可以降级计算复杂度，提高信号处理效率。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种无线局域网的接入装置，所述装置30可以是接入点或者手持终端等可以应用在无线局域网中的设备，所述装置30可以包括网络接口31、处理器32和存储器33。系统总线34用于连接网络接口31、处理器32和存储器33。

网络接口31用于与外部设备通信。

存储器33可以是永久存储器，例如硬盘驱动器和闪存，存储器33中具有软件模块和设备驱动程序。软件模块能够执行本发明上述方法的各种功能模块；设备驱动程序可以是网络和接口驱动程序。

在启动时，这些软件组件被加载到存储器33中，然后被处理器32访问并执行如下指令：

步骤1，对需要发送的调制频域符号信号进行快速傅里叶逆变换，获取第一时域信号序列集合；

步骤2，在所述第一时域信号序列中查找超过功率门限的时域信号和所述时域信号的时域位置；

步骤3，在第一子载波中发送频域辅助信号，对所述频域辅助信号进行调整，以使得所述频域辅助信号时频变换后的第二时域信号在第一时域信号的时域位置功率最大，方向相反，所述第一时域信号为所述时域信号中功率最大的时域信号；

步骤4，将调整后的辅助信号的所述第二时域信号与所述第一时域信号序列相加，以降低所述第一时域信号序列的峰均比。

本发明实施例提供了一种正交频分复用系统中降低峰均比的装置，通过在信噪比较差的空闲子载波中发送参考信号作为辅助信号或者在不需要信道估计的情况下将导频信号作为辅助信号，并调整辅助信号的相位，将辅助信号的反向最大值与需要发送的调制信号中最大时域信号叠加，中和调制信号时域功率的方法，降低OFDM系统中调整信号的峰均比，可以降级计算复杂度，提高信号处理效率。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意 其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种正交频分复用系统中降低峰均比的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，对需要发送的频域符号信号进行快速傅里叶逆变换，获取第一时域信号序列；

步骤2，在所述第一时域信号序列中查找超过功率门限的时域信号和所述时域信号的时域位置；

步骤3，在第一子载波中发送频域辅助信号，对所述频域辅助信号进行调整，以使得所述频域辅助信号时频变换后的第二时域信号在第一时域信号的时域位置功率最大，方向相反，所述第一时域信号为所述时域信号中功率最大的时域信号；

步骤4，将调整后的频域辅助信号的所述第二时域信号与所述第一时域信号序列相加，以降低所述第一时域信号序列的峰均比；

所述步骤4之后还包括：

步骤5，检测降低后的所述峰均比是否满足设定门限，在不满足设定门限的情况下，使用另一个频域辅助信号，并执行步骤3至步骤5，直至所述峰均比满足设定门限或没有可用频域辅助信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频域辅助信号为导频信号或在空闲子载波上发送的用于降低峰均比的信号。

3.如权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，对所述频域辅助信号进行调整，包括频域调整，所述调整方法为，对所述频域辅助信号的子载波的频域信号乘以exp(-j*2pi*K/Nc*T)，其中，K为所述子载波位置，Nc为总子载波数，所述T为所述第一时域信号在时域最大功率的时域位置。

4.如权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，对所述频域辅助信号进行调整，包括时域调整，所述调整方法为，按照从左到右的顺序，根据所述第一时域信号在时域位置T，对快速傅里叶逆变换后的所述频域辅助信号对应的时域信号进行向右循环移位T。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超过功率门限的时域信号具体为所述第一时域信号序列中功率最大的时域信号。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超过功率门限的时域信号具体为所述第一时域信号序列中实部最大的时域信号。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超过功率门限的时域信号具体为所述第一时域信号序列中虚部最大的时域信号。

8.一种无线局域网中的接入装置，其特征在于，所述接入装置包括：

变换单元，用于对需要发送的频域符号信号进行快速傅里叶逆变换，获取第一时域信号序列；

查找单元，用于所述第一时域信号序列中查找超过功率门限的时域信号和所述时域信号的时域位置；

处理单元，在第一子载波中发送频域辅助信号，对所述频域辅助信号进行调整，以使得所述频域辅助信号时频变换后的第二时域信号在第一时域信号的时域位置功率最大，方向相反，所述第一时域信号为所述时域信号中功率最大的时域信号；

运算单元，用以将调整后的频域辅助信号的所述第二时域信号与所述第一时域信号序列相加，以降低所述第一时域信号序列的峰均比；

还包括执行单元，检测降低后的所述峰均比是否满足设定门限，在不满足设定门限的情况下，控制所述处理单元和所述运算单元重复执行，使用另一个频域辅助信号，直至所述峰均比满足设定门限或没有可用频域辅助信号。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述频域辅助信号为导频或在空闲子载波上发送的用于降低峰均比的信号。

10.如权利要求8-9任一项所述的装置，其特征在于，所述处理单元对所述频域辅助信号进行调整，包括频域调整，所述调整方法为，对所述辅助信号的子载波的频域信号乘以exp(-j*2pi*K/Nc*T)，其中，K为所述子载波位置，Nc为总子载波数，所述T为所述第一时域信号在时域最大功率的位置。

11.如权利要求8-9任一项所述的装置，其特征在于，所述处理单元对所述频域辅助信号进行调整，包括频域调整，所述调整方法为，按照从左到右的顺序，根据所述第一时域信号在时域最大功率的位置T，对快速傅里叶逆变换后的辅助信号的时域信号进行向右循环移位T。

12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述超过功率门限的时域信号具体为所述第一时域信号序列中功率最大的时域信号。

13.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述超过功率门限的时域信号包括所述第一时域信号序列中实部最大的时域信号。

14.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述超过功率门限的时域信号包括所述第一时域信号序列中虚部最大的时域信号。