CN105553909A - 一种迭代限幅滤波降低ofdm信号峰均比的方法 - Google Patents

Abstract

一种迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法，首先计算OFDM时域信号功率，根据限幅因子α将超过功率门限P₀的OFDM实部与虚部分别进行限幅处理；其次将限幅处理后的OFDM时域信号通过FFT变换为OFDM频域信号进行频域滤波；然后将频域滤波后的信号通过IFFT变换为OFDM时域信号完成1次迭代限幅滤波处理；最后根据最大迭代次数重复上述迭代限幅滤波处理过程，本发明中的方法不需要OFDM系统传输额外的信息，也不需要在接收端对OFDM信号进行额外处理补偿发端限幅处理的影响，通过适当选择限幅因子α，仅需通过加法运算完成限幅处理，并且处理结果可直接通过FFT变换后进行频域滤波；在迭代限幅滤波运算中可采用高于采样率的工作时钟复用FFT/IFFT变换单元，节约峰均比抑制的实现资源。

Description

一种迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法

技术领域

本发明属于数字无线通信传输技术领域，涉及一种迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法。

背景技术

正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技术是一种多载波调制技术，凭借其较高的传输速率、较强的抗多径能力等优点，被广泛应用于无线通信领域，是第四代地面移动通信的核心技术之一。

OFDM技术的基本原理是将高速串行的输入数据流调制到N_s路相互正交的低速并行的子载波上，使得每路子载波数据流的信息速率降低为输入数据流的1/N_s倍，数据符号周期扩展为输入数据的N_s倍。OFDM的调制/解调过程通常采用逆傅里叶变换/傅里叶变换(InverseFastFourierTransform，IFFT/FFT)实现，故基带OFDM符号表示为

$x\left(n\right)=\frac{1}{\sqrt{N_s}}\underset{k=0}{\overset{N_s-1}{\Σ}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\π}kn/N_s},n=0,...,N_s-1$

其中，X(k)为第k个子载波上的数据，N_s为IFFT的大小。

从OFDM基带信号的表达式可以看出，OFDM调制信号由N_s个独立且正交的子载波叠加而成。当N_s个子载波同相叠加时可能产生较大的峰值，导致OFDM系统的峰值平均功率(Peak-to-AveragePowerRatio，PAPR)较高。PAPR定义为OFDM信号最大信号峰值功率与信号平均功率之比，表示为

$PAPR=\frac{\underset{0\≤n\≤N_s-1}{max}|x\left(n\right){|}^2}{E\[|x\left(n\right){|}^2\]}$

其中，x(n)为OFDM基带信号，E[·]表示计算期望。衡量PAPR性能最常用的方法是补偿累积分布函数(ComplementaryCumulativeDistributionFunction，CCDF)，表示数据块的PAPR超过给定门限λ的概率：CCDF＝P{PAPR>λ}。

由于OFDM信号具有较大的PAPR，通常要求发射机中功率放大器必须具有较大的线性动态范围，尤其是当发射机非线性功放工作在接近饱和点时，信号会产生严重的带外频谱泄漏和带内失真，导致邻道干扰和误比特率(BitErrorRate，BER)性能下降。常用的PAPR抑制技术主要分为三类，即预畸变技术、信号编码技术、概率类技术。其中，信号编码技术和概率类技术需要传输额外信息用于接收端解调，预畸变技术中压扩变换技术需要在接收端进行解压扩处理。综合考虑PAPR抑制方法的性能与硬件实现复杂度，预畸变技术中迭代限幅滤波技术是较为简单实用的PAPR抑制方法。

传统的迭代限幅滤波方法(IterativeClippingandFiltering，ICF)包括限幅与滤波两步处理。限幅处理将过采样J倍的OFDM信号{x_u(n),n＝0,…,JN_s-1}的幅值与门限A相比，对超过A的幅值进行限幅处理，表示为

$x_{cu}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left|x_u\left(n\right)e^{{\mathrm{j\&theta;}}_{x_u\left(n\right)}}\right|,& \left|x_u\left(n\right)\right|\&le;A\\ {\mathrm{Ae}}^{{\mathrm{j\&theta;}}_{x_u\left(n\right)}},& \left|x_u\left(n\right)\right|<A\end{array}\right.,n=0,\mathrm{...},{\mathrm{JN}}_s-1$

其中，x_cu(n)为限幅处理后的OFDM信号，|x_u(n)|为限幅处理前OFDM信号幅值，为限幅处理前OFDM信号相位。通过对中间插入N_s(J-1)个零的频域信号进行JN_s点IFFT变换得到过采样J倍的OFDM信号。

为了降低限幅处理引入的带外频谱干扰，通常对限幅后的信号进行频域低通滤波。首先，将限幅后的信号{x_cu(n),n＝0,…,JN_s-1}通过JN_s点的FFT变换到频域得到频域信号{X_cu(k),k＝0,…,JN_s-1}；然后，将{X_cu(k),k＝0,…,JN_s-1}中间N_s(J-1)个采样置零。由于滤波处理将导致OFDM信号峰值再生，故需要对OFDM信号多次重复上述限幅滤波处理，获得较好的PAPR抑制性能。

从方法实现的角度分析，传统的迭代限幅滤波方法需要在限幅处理前将信号x(n)＝A(n)e^jθ(n)从实部与虚部变换为极坐标下的幅值A(n)与相位θ(n)，根据限幅门限对幅值进行限幅，相位保持不变，，在限幅处理后将极坐标下信号的幅值A(n)与相位θ(n)变换为直角坐标下的OFDM信号的实部Re{x(n)}与虚部Im{x(n)}。由此可知，在1次迭代过程的限幅处理中就需要进行2次坐标变换，故此类ICF方法的迭代计算过程实现较为复杂。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法。该方法首先根据限幅比γ对OFDM时域信号的实部与虚部分别按照限幅因子α进行限幅处理；然后，对OFDM频域信号进行滤波与星座扩展，并变换到时域继续下一次迭代限幅处理。该方法的限幅处理单元根据限幅因子分别针对信号的实部与虚部进行限幅，通过适当选择限幅因子，限幅处理仅需加法运算，迭代运算单元采用多次复用设计，降低复杂度的同时可以获得较好的系统性能。

本发明解决的技术方案为：一种迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法，步骤如下：

(1)提取OFDM时域基带信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}的实部和虚部，计算OFDM时域基带信号功率{P(n),n＝0,…,N_s-1}，表示为

P(n)＝(Re{x(n)})²+(Im{x(n)})²

式中，Re{x(n)}和Im{x(n)}分别为OFDM时域基带信号中第n个采样x(n)的实部和虚部；OFDM时域基带信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}的表达式为

$x\left(n\right)=\frac{1}{\sqrt{N_s}}\underset{k=0}{\overset{N_s-1}{\&Sigma;}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\&pi;}kn/N_s},n=0,...,N_s-1$

式中，N_d为OFDM频域有效子载波数，N_s为IFFT/FFT变换的大小，X(k)为第k个子载波上调制的频域数据，通过将长度为N_d的MPSK/MQAM调制的复随机序列映射到OFDM频域相互正交的N_s个子载波的N_d个低频分量上，(N_s-N_d)个高频分量补零，得到OFDM频域序列

(2)将步骤(1)中计算得到OFDM时域基带信号功率{P(n),n＝0,…,N_s-1}与限幅门限P₀相比，根据设定的限幅因子α，优选0<α<1，对超过P₀的OFDM信号采样的实部与虚部进行限幅，表示为

$\mathrm{Re}\left\{x_C\left(n\right)\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Re}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)\&le;P_0\\ \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{Re}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)<P_0\end{array}\right.,\mathrm{Im}\left\{x_C\left(n\right)\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Im}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)\&le;P_0\\ \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{Im}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)<P_0\end{array}\right.$

式中，x_C(n)为限幅后的OFDM时域基带信号，限幅门限P₀由设定的限幅比γ与OFDM时域基带信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}的平均功率E[|x(n)|²]确定，即P₀＝10^γ/10·E[|x(n)|²]。

(3)将步骤(2)得到的限幅后的OFDM时域基带信号{x_C(n),n＝0,…,N_s-1}通过N_s点FFT变换得到频域信号{X_C(k),k＝0,…,N_s-1}，将{X_C(k),k＝0,…,N_s-1}中间N_s-N_d个采样值置零，得到频域滤波后的信号{X_CF(k),k＝0,…,N_s-1}，表示为

(4)将步骤(3)频域滤波后的信号{X_CF(k),k＝0,…,N_s-1}通过N_s点IFFT变换得到1次限幅滤波后的OFDM时域信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}；

(5)设定最大迭代次数为I，将步骤(4)得到的限幅滤波后的OFDM时域信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}代替步骤(1)中输入的OFDM时域基带信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}，重复步骤(1)～(4)，直到迭代次数满足设置的最大迭代次数I，将第I次步骤(4)得到的限幅滤波后的OFDM时域信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}的值，作为迭代限幅滤波后的OFDM时域信号{y(n),n＝0,…,N_s-1}。

OFDM信号的峰均功率比(PAPR)表示为OFDM时域信号最大信号峰值功率与信号平均功率之比，表示为

$PAPR=\frac{\underset{0\&le;n\&le;N_s-1}{max}|x\left(n\right){|}^2}{E\&lsqb;|x\left(n\right){|}^2\&rsqb;}$

式中，x(n)为OFDM基带信号，E[·]表示计算期望。

衡量OFDM信号PAPR性能的补偿累积分布函数(CCDF)表示为

CCDF＝P{PAPR>λ}

式中，λ为衡量PAPR性能时给定的门限。

基于上述发送端的OFDM时域基带信号，本发明所提出的迭代限幅滤波的OFDM峰均比抑制方法的实现结构如图1所示，具有以下步骤：

(1)计算信号功率

OFDM基带信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}为复数信号，根据其实部和虚部计算OFDM基带信号功率{P(n),n＝0,…,N_s-1}，表示为

P(n)＝(Re{x(n)})²+(Im{x(n)})²

式中，Re{x(n)}和Im{x(n)}分别为OFDM时域基带信号中第n个采样x(n)的实部和虚部。

(2)实部与虚部的限幅处理

将步骤(1)中计算得到OFDM基带信号功率{P(n),n＝0,…,N_s-1}与限幅门限P₀相比，根据限幅因子α(通常取0<α<1)对超过P₀的OFDM信号采样的实部与虚部进行限幅，表示为

$\mathrm{Re}\left\{x_C\left(n\right)\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Re}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)\&le;P_0\\ \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{Re}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)<P_0\end{array}\right.,\mathrm{Im}\left\{x_C\left(n\right)\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Im}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)\&le;P_0\\ \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{Im}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)<P_0\end{array}\right.$

式中，x_C(n)为限幅处理后的OFDM信号。限幅门限P₀由限幅比γ与信号平均功率E[|x(n)|²]确定，γ＝10·log₁₀(E[|x(n)|²]/(α²P₀))，当E[|x(n)|²]＝1时，P₀＝10^γ/10/α²。

(3)FFT变换与频域滤波

将步骤(2)得到的限幅后的信号{x_C(n),n＝0,…,N_s-1}通过N_s点FFT变换得到频域信号{X_C(k),k＝0,…,N_s-1}。将{X_C(k),k＝0,…,N_s-1}中间N_s-N_d个采样值置零，得到频域滤波后的信号{X_CF(k),k＝0,…,N_s-1}，表示为

$X_{CF}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& N_d/2\&le;k\&le;(N_s-N_d/2-1)\\ X_C\left(k\right),& else\end{array}\right.$

式中，N_d为OFDM信号的有效子载波数，N_s为IFFT/FFT大小。

(4)IFFT变换

将频域滤波后的信号{X_CF(k),k＝0,…,N_s-1}通过N_s点IFFT变换得到1次限幅滤波后的OFDM时域信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}。

设最大迭代次数为I，对步骤(4)得到的信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}重复步骤(1)～(4)，直到迭代次数满足设置的最大迭代次数I，得到迭代限幅滤波后的OFDM时域信号{y(n),n＝0,…,N_s-1}。其中，最大迭代次数I的选择需要综合考虑系统的峰均比抑制要求以及峰均比抑制的实现复杂度。

下面主要分析所提出的迭代限幅滤波方法中限幅计算与复用设计的实现结构。

①限幅计算：通过选择限幅因子α的取值为2的整数次幂叠加时，上述步骤(2)中的乘法运算可以通过加法完成。以信号的实部限幅操作为例，设限幅因子α＝α₁2^-1+α₂2^-2…+α_l2^-l表示的二进制数中有l₀位为1，l-l₀位为0，在实现中数据采样均量化为M位二进制数。简化的限幅处理步骤如下：

(a)将超过门限P₀的OFDM信号实部的M位二进制数分别右移得到l₀个二进制数，并将l₀个二进制数相加；

(b)通过截短步骤(a)中相加的结果可得M位二进制数，即为1次迭代限幅处理后的OFDM信号实部数值。

②复用设计：在迭代限幅滤波方法中，每次迭代需要分别计算1次FFT变换与1次IFFT变换。在实现中，通过在高于采样率L₀倍的时钟下重复调用1个FFT单元完成多次迭代运算中FFT/IFFT变换的方式，可以减少ICF方法实现过程中所需的FFT计算单元，节省实现资源。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的迭代限幅滤波方法不需要传输额外的信息用于接收端解调，也不需要在接收端进行额外的操作补偿峰均比抑制方法影响，只需要在发送端根据限幅比对信号的实部和虚部按照限幅因子进行简单处理；

(2)本发明的迭代限幅滤波方法在步骤(2)中，通过适当地选择限幅因子可以避免乘法操作，仅通过加法运算完成限幅处理，且限幅处理结果可直接通过FFT变换到频域进行频域滤波处理；

(3)本发明的迭代限幅滤波方法在步骤(3)与步骤(4)中，通过采用高于OFDM信号采样率的工作时钟重复调用FFT单元实现多次迭代过程中的IFFT/FFT操作，节约了OFDM发射机中峰均比抑制的硬件实现资源；

(4)本发明的迭代限幅滤波方法具有较低的实现复杂度，在相同的迭代次数与限幅比条件下，通过适当选择限幅因子，可以在误比特率性能相近的情况下获得优于传统迭代限幅滤波的峰均比抑制性能。

附图说明

图1为本发明所提出的迭代限幅滤波降低峰均比方法的实现结构图；

图2为本发明所提出的迭代限幅滤波降低峰均比方法的方法流程图；

图3为采用本发明的迭代限幅滤波方法与传统方法(ICF)的CCDF曲线；

图4为采用本发明的迭代限幅滤波方法与传统方法(ICF)的BER性能示意图。

具体实施方式

本发明的基本思路为：一种迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法，首先计算OFDM时域信号功率，根据限幅因子α将超过功率门限P₀的OFDM实部与虚部分别进行限幅处理；其次将限幅处理后的OFDM时域信号通过FFT变换为OFDM频域信号进行频域滤波；然后将频域滤波后的信号通过IFFT变换为OFDM时域信号完成1次迭代限幅滤波处理；最后根据最大迭代次数重复上述迭代限幅滤波处理过程，本发明中的方法不需要OFDM系统传输额外的信息，也不需要在接收端对OFDM信号进行额外处理补偿发端限幅处理的影响，通过适当选择限幅因子α，仅需通过加法运算完成限幅处理，并且处理结果可直接通过FFT变换后进行频域滤波；在迭代限幅滤波运算中可采用高于采样率的工作时钟复用FFT/IFFT变换单元，节约峰均比抑制的实现资源。

下面结合附图和具体实施实例，对本发明进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的使用范围。

本发明的主要思想是：提供一种迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法。所提出的迭代限幅滤波方法不需要传输额外信息或在接收端进行额外处理，只需要在发送端根据限幅比γ对OFDM信号的实部和虚部按照限幅因子α进行限幅处理。本发明的迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法的实现结构如图1所示首先，根据OFDM信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}的实部与虚部计算信号功率{P(n),n＝0,…,N_s-1}；其次，根据限幅因子α对超过功率门限P₀(由限幅比γ计算)的信号的实部与虚部进行限幅，通过选择限幅因子α为2的整数次幂叠加，限幅处理可以避免乘法操作，仅通过加法运算实现；然后，将限幅后的信号{x_C(n),n＝0,…,N_s-1}通过N_s点的FFT变换到频域，并将频域信号中间N_s-N_d个采样值置零，完成频域滤波；最后，将频域滤波后的信号通过N_s点的IFFT变换到时域得到1次迭代限幅滤波后的OFDM信号。重复上述步骤，直到迭代次数等于设置的最大迭代次数I，完成OFDM峰均比抑制。

本发明的迭代限幅滤波方法中OFDM信号具有以下特征：

(1)在OFDM发送端中，设OFDM频域有效子载波数为N_d，IFFT/FFT变换的大小为N_s。将长度为N_d的MPSK/MQAM调制的复随机序列映射到OFDM频域相互正交的N_s个子载波的N_d个低频分量上，(N_s-N_d)个高频分量补零，得到OFDM频域序列将OFDM频域序列{X(k),k＝0,…,N_s-1}进行N_s点的IFFT变换得到OFDM时域基带信号，表示为

$x\left(n\right)=\frac{1}{\sqrt{N_s}}\underset{k=0}{\overset{N_s-1}{\&Sigma;}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\&pi;}kn/N_s},n=0,...,N_s-1$

式中，X(k)为第k个子载波上调制的频域数据。

(2)OFDM信号的峰均功率比(PAPR)表示为OFDM时域信号最大信号峰值功率与信号平均功率之比，表示为

$PAPR=\frac{\underset{0\&le;n\&le;N_s-1}{max}|x\left(n\right){|}^2}{E\&lsqb;|x\left(n\right){|}^2\&rsqb;}$

式中，x(n)为OFDM基带信号，E[·]表示计算期望。

(3)衡量OFDM信号PAPR性能的补偿累积分布函数(CCDF)表示为

CCDF＝P{PAPR>λ}

式中，λ为衡量PAPR性能时给定的门限。

基于上述发送端的OFDM时域基带信号，本发明所提出的迭代限幅滤波的OFDM峰均比抑制方法的流程图如图2所示，具有以下步骤：

(1)计算信号功率

OFDM基带信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}为复数信号，根据其实部和虚部计算OFDM基带信号功率{P(n),n＝0,…,N_s-1}，表示为

P(n)＝(Re{x(n)})²+(Im{x(n)})²

式中，Re{x(n)}和Im{x(n)}分别为OFDM时域基带信号中第n个采样x(n)的实部和虚部。

(2)实部与虚部的限幅处理

将步骤(1)中计算得到OFDM基带信号功率{P(n),n＝0,…,N_s-1}与限幅门限P₀相比，根据限幅因子α(通常取0<α<1)对超过P₀的OFDM信号采样的实部与虚部进行限幅，表示为

$\mathrm{Re}\left\{x_C\left(n\right)\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Re}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)\&le;P_0\\ \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{Re}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)<P_0\end{array}\right.,\mathrm{Im}\left\{x_C\left(n\right)\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Im}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)\&le;P_0\\ \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{Im}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)<P_0\end{array}\right.$

式中，x_C(n)为限幅处理后的OFDM信号，限幅因子α的取值可以通过仿真本发明方法的峰均比抑制性能与BER性能确定。限幅因子α取值过小，将导致峰均比抑制后信号的BER性能越差；限幅因子α取值过大，将导致相同迭代次数下的峰均比抑制性能变差，故限幅因子α的优选范围为0.8≤α<1。限幅门限P₀由设定的限幅比γ与信号平均功率E[|x(n)|²]确定，P₀＝10^γ/10·E[|x(n)|²]，当E[|x(n)|²]＝1时，P₀＝10^γ/10。在基于IEEE802.11标准的无线局域网(WLAN)、第四代地面移动通信等采用OFDM体制的系统中，限幅比γ通常取值为3≤γ<8(单位：dB)。

(3)FFT变换与频域滤波

将步骤(2)得到的限幅后的信号{x_C(n),n＝0,…,N_s-1}通过N_s点FFT变换得到频域信号{X_C(k),k＝0,…,N_s-1}。将{X_C(k),k＝0,…,N_s-1}中间N_s-N_d个采样值置零，得到频域滤波后的信号{X_CF(k),k＝0,…,N_s-1}，表示为

$X_{CF}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& N_d/2\&le;k\&le;(N_s-N_d/2-1)\\ X_C\left(k\right),& else\end{array}\right.$

式中，N_d为OFDM信号的有效子载波数，N_s为IFFT/FFT大小。

(4)将频域滤波后的信号{X_CF(k),k＝0,…,N_s-1}通过N_s点IFFT变换得到1次限幅滤波后的OFDM时域信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}。

设最大迭代次数为I，当迭代次数小于I时，将步骤(4)得到的信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}作为步骤(1)的输入信号，重复步骤(1)-(4)；当迭代次数等于I时，将步骤(4)得到的信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}作为迭代限幅滤波后的OFDM时域信号{y(n),n＝0,…,N_s-1}。其中，最大迭代次数I的选择需要综合考虑系统的峰均比抑制要求以及峰均比抑制的实现复杂度，即最大迭代次数I越大，该方法的峰均比抑制性能越好，但实现过程越复杂，需要的硬件实现资源越多。最大迭代次数I通常取值范围为1≤I≤20。

下面主要分析所提出的迭代限幅滤波方法中限幅计算与复用设计的实现结构。

①限幅计算：通过选择限幅因子α的取值为2的整数次幂叠加时，上述步骤(2)中的乘法运算可以通过加法完成。以信号的实部限幅操作为例，设限幅因子α＝α₁2^-1+α₂2^-2…+α_l2^-l表示的二进制数中有l₀位为1，l-l₀位为0，其中l是限幅因子表示为2的整数次幂叠加时求和项的总数，且实现中数据采样均量化为M位二进制数。本发明的迭代限幅方法中简化的限幅处理步骤如下：

(a)将超过门限P₀的OFDM信号实部的M位二进制数分别右移得到l₀个二进制数，并将l₀个二进制数相加；

(b)通过截短步骤(a)中相加的结果可得M位二进制数，即为1次迭代限幅处理后的OFDM信号实部数值。

②复用设计：在迭代限幅滤波方法中，每次迭代需要分别计算1次FFT变换与1次IFFT变换。在实现中，通过在高于采样率L₀倍的时钟下重复调用1个FFT单元完成多次迭代运算中FFT/IFFT变换的方式，可以减少ICF方法实现过程中所需的FFT计算单元，节省实现资源。

本发明的效果可以通过以下仿真进一步得到说明。

在OFDM通信系统中，设子载波数N_s＝256，用户有效子载波数N_u＝180，信号带宽为B_w＝3MHz，子载波间隔为Δf＝15kHz，上采样倍数L＝19，限幅因子α＝2^-1+2^-2+2^-3+2^-4＝0.9375，限幅比γ＝5dB，最大迭代次数I＝12。

图3、图4为采用本发明的迭代限幅滤波方法与传统ICF方法的CCDF曲线和BER性能。可以看出，在限幅比γ、最大迭代次数I相同的情况下，当限幅因子α＝0.9375时，本发明方法的PAPR抑制性能优于传统ICF方法，BER性能与传统ICF方法相近。当CCDF＝0.1％时，OFDM原信号的PAPR值超过11.33dB，采用传统ICF方法可将OFDM信号的PAPR值降低至8.30dB，采用本发明所提出的迭代限幅滤波方法可降低至8.18dB。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (3)

1.一种迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法，其特征在于步骤如下：

(1)提取OFDM时域基带信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}的实部和虚部，计算OFDM时域基带信号功率{P(n),n＝0,…,N_s-1}，表示为

P(n)＝(Re{x(n)})²+(Im{x(n)})²

式中，Re{x(n)}和Im{x(n)}分别为OFDM时域基带信号中第n个采样x(n)的实部和虚部；OFDM时域基带信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}的表达式为

$x\left(n\right)=\frac{1}{\sqrt{N_s}}\underset{k=0}{\overset{N_s-1}{\&Sigma;}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\&pi;}kn/N_s},n=0,...,N_s-1$

式中，N_d为OFDM频域有效子载波数，N_s为IFFT/FFT变换的大小，X(k)为第k个子载波上调制的频域数据，通过将长度为N_d的MPSK/MQAM调制的复随机序列映射到OFDM频域相互正交的N_s个子载波的N_d个低频分量上，(N_s-N_d)个高频分量补零，得到OFDM频域序列

(2)将步骤(1)中计算得到OFDM时域基带信号功率{P(n),n＝0,…,N_s-1}与限幅门限P₀相比，根据设定的限幅因子α对超过P₀的OFDM信号采样的实部与虚部进行限幅，表示为

$\mathrm{Re}\left\{x_C\left(n\right)\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Re}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)\&le;P_0\\ \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{Re}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)>P_0\end{array}\right.,\mathrm{Im}\left\{x_C\left(n\right)\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Im}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)\&le;P_0\\ \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{Im}\left\{x\left(n\right)\right\},& P\left(n\right)>P_0\end{array}\right.$

式中，x_C(n)为限幅后的OFDM时域基带信号，限幅门限P₀由设定的限幅比γ与OFDM时域基带信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}的平均功率E[|x(n)|²]确定，即P₀＝10^γ/10·E[|x(n)|²]；

(3)将步骤(2)得到的限幅后的OFDM时域基带信号{x_C(n),n＝0,…,N_s-1}通过N_s点FFT变换得到频域信号{X_C(k),k＝0,…,N_s-1}，将{X_C(k),k＝0,…,N_s-1}中间N_s-N_d个采样值置零，得到频域滤波后的信号{X_CF(k),k＝0,…,N_s-1}，表示为

(4)将步骤(3)频域滤波后的信号{X_CF(k),k＝0,…,N_s-1}通过N_s点IFFT变换得到1次限幅滤波后的OFDM时域信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}；

(5)设定最大迭代次数为I，将步骤(4)得到的限幅滤波后的OFDM时域信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}代替步骤(1)中输入的OFDM时域基带信号{x(n),n＝0,…,N_s-1}，重复步骤(1)～(4)，直到迭代次数满足设置的最大迭代次数I，将第I次步骤(4)得到的迭代限幅滤波后的OFDM时域信号{x_CF(n),n＝0,…,N_s-1}的值，作为迭代限幅滤波后的OFDM时域信号{y(n),n＝0,…,N_s-1}。

2.根据权利要求1所述的一种迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法，其特征在于：所述OFDM时域基带信号的峰均功率比(PAPR)表示为OFDM时域信号最大信号峰值功率与信号平均功率之比，表示为

$PAPR=\frac{\underset{0\&le;n\&le;N_s-1}{max}|x\left(n\right){|}^2}{E\&lsqb;|x\left(n\right){|}^2\&rsqb;}$

式中，x(n)为OFDM基带信号，E[·]表示计算期望。

3.根据权利要求1所述的一种迭代限幅滤波降低OFDM信号峰均比的方法，其特征在于：衡量所述OFDM时域基带信号PAPR性能的补偿累积分布函数(CCDF)表示为

CCDF＝P{PAPR>λ}

式中，λ为衡量PAPR性能时给定的门限。