说明书NGB-W系统的预留子载波位置图案的形成方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及数字多媒体无线广播的通信方法技术领域， 具体为一种利用预留子载波降低OFDM符号峰值均值功率比方法的NGB-W系统的预留子载 波位置图案的形成方法。
背景技术
随着世界经济文化的快速发展，移动用户对信息业务的需求量快速增长。单独依靠传统 广播网或传统双向通信网，都无法实现移动信息业务的最优化传输。而下一代广播电视网无 线（NGB-W）通信系统，可实现无线广播和双向通信的融合共存，是解决移动信息业务数据 量快速增长和无线网络传输容量受限之间矛盾的有效途径。NGB-W系统是基于OFDM技术 的多载波通信系统。
在多载波系统，尤其是OFDM系统中，由于OFDM符号是由多个独立经过调制的子载 波信号叠加而成的，当各个子载波相位相同或者相近时，叠加信号便会受到相同初始相位信 号的调制，从而产生较大的瞬时功率峰值，由此进一步带来较高的峰值平均功率比 （PAPR—Peak to Average Power Ratio），简称峰均比（PAPR）。由于一般的功率放大器的 动态范围都是有限的，所以峰均比较大的OFDM信号极易进入功率放大器的非线性区域，导 致信号产生非线性失真，造成明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能严 重下降，高峰均比已成为OFDM的一个主要技术阻碍。
目前，解决信号高PAPR问题的技术方案主要有两种：放大器线性化技术和PAPR降低 技术。线性化技术是对放大器所引起的非线性在基带做预失真补偿，其实现具有较高的成本 和复杂度。常用的PAPR降低技术包括3种：信号失真技术、编码技术和加扰技术。信号失 真技术通过信号峰值限幅处理来实现PAPR降低，但会引入信号的非线性失真；编码技术通 过设计特殊的前向纠错码组，使编码信号具有较低的PAPR，但这种技术付出的代价是降低 了系统的传输速率；加扰技术则是利用几种特殊的序列对信号分别加扰，然后选出具有最小 PAPR的序列进行传输。可以看出，这些技术各有优缺点：硬限幅和滤波类技术的复杂度低， 但与加扰和编码类技术相比，BER性能差；选择性映射和部分传输序列技术的系统复杂度高； 而编码类技术的带宽效率低。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种NGB-W系统的预留子载波 位置图案的形成方法，用于解决现有NGB-W系统时域信号峰值均值功率比过高的问题，提 高发端的功放效率。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种NGB-W系统的预留子载波位置图案 的形成方法，应用于NGB-W系统中，NGB-W系统中每个物理帧包括信令符号、数据符号和 帧尾符号，每种符号具有各自不同导频；信令符号包含信令导频；数据符号包含离散导频、 边缘导频和连续导频；帧尾符号包含边缘导频和帧尾导频；NGB-W系统的传输频带分成左右 两个子带，所有导频在左右两个子带上分布完全相同，所述方法包括：在信令符号、数据符 号和帧尾符号的非导频位置选择预留子载波的位置；其中，数据符号中再除去离散导频、连 续导频、连续导频右移3个子载波得到的位置、连续导频右移6个子载波得到的位置、连续 导频右移9个子载波得到的位置、边缘导频的位置、NGB-W系统两个子带左边缘各12个子 载波位置后的位置。
优选地，在信令符号中选择预留子载波的位置的方式为：除去信令导频位置后的有效子 载波位置形成预留子载波的选择空间，在所述选择空间搜索出有效子载波总数1%个数的预留 子载波位置，取可构建出次峰值最小的时域类脉冲信号所对应的预留子载波索引集。
优选地，离散导频位置随着数据符号索引的增大循环变化；边缘导频和连续导频位置不 随数据符号索引的增大而变化；离散导频包括离散导频PP1～离散导频PP8；离散导频PP1的 导频密度最大，离散导频PP1模式下的搜索空间是其他离散导频类型下搜索空间的子集，离 散导频PP1下搜索出来的预留子载波集也属于其他离散导频类型下的搜索空间；在离散导频 PP1下，在数据符号中选择确定预留子载波的位置的方式为：
除去NGB-W帧中第一个数据符号的离散导频、连续导频索引、连续导频右移3个子载 波得到的索引、连续导频右移6个子载波得到的索引、连续导频右移9个子载波得到的索引、 边缘导频索引、NGB-W系统两个子带左边缘各12个子载波索引后，形成预留子载波索引空 间，在预留子载波索引空间上搜索出有效预留子载波总数1%个数的预留子载波位置，取可构 建出次峰值最小的时域类脉冲信号所对应的预留子载波索引集。
优选地，在帧尾符号中选择预留子载波的位置的方式为：信令符号中的预留子载波搜索 空间是帧尾符号预留子载波搜索空间的子集，信令符号的预留子载波索引集也作为帧尾符号 的预留子载波索引集。
优选地，针对信令符号和帧尾符号，SISO模式或MIXO模式下预留子载波索引集的具体 索引值见表1：
表1
优选地，针对数据符号，SISO模式或MIXO模式下预留子载波索引集的具体索引值见表 2：
表2
如上所述，本发明提供的NGB-W系统的预留子载波位置图案的形成方法，具有以下有 益效果：
1、本发明针对NGB-W系统进行预留子载波位置的选择并给出选择的结果，本发明中预 留子载波位置选择的结果可以构建出接近时域冲激信号的时域类脉冲信号，以此信号对发送 信号进行削峰处理，从而达到降低OFDM符号峰值均值功率比的目的。
2、本发明中，基于预留子载波的方法不会对信号进行畸变处理，从而不会影响系统的 BER性能，仅仅占用1%的子载波就能达到很好的降低PAPR的效果。
附图说明
图1显示为基于本发明中预留子载波位置图案的降PAPR方法的原理示意图。
图2显示为基于本发明中预留子载波位置图案的降PAPR方法中SISO模式下数据符号降 PAPR性能对比图。
图3显示为基于本发明中预留子载波位置图案的降PAPR方法中MIXO模式下数据符号 降PAPR性能对比图。
图4显示为基于本发明中预留子载波位置图案的降PAPR方法中SISO模式下信令符号降 PAPR性能对比图。
图5显示为基于本发明中预留子载波位置图案的降PAPR方法中MIXO模式下信令符号 降PAPR性能对比图。
图6显示为基于本发明中预留子载波位置图案的降PAPR方法中通过削峰降低PAPR的 流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。
本发明的目的在于NGB-W系统的预留子载波位置图案的形成方法，用于解决现有 NGB-W系统时域信号峰值均值功率比过高的问题，提高发端的功放效率。以下将详细阐述基 于本发明NGB-W系统的预留子载波位置图案的形成方法的原理及实施方式，使本领域技术 人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种NGB-W系统的预留子载波位置图案的形成方 法。
本发明提供一种NGB-W系统的预留子载波位置图案的形成方法，应用于NGB-W系统 中，NGB-W系统中每个物理帧包括信令符号、数据符号和帧尾符号，每种符号具有各自不 同导频；信令符号包含信令导频；数据符号包含离散导频、边缘导频和连续导频；帧尾符号 包含边缘导频和帧尾导频；NGB-W系统的传输频带分成左右两个子带，所有导频在左右两个 子带上分布完全相同，所述方法包括：在信令符号、数据符号和帧尾符号的非导频位置选择 预留子载波的位置；其中，数据符号中再除去离散导频、连续导频、连续导频右移3个子载 波得到的位置、连续导频右移6个子载波得到的位置、连续导频右移9个子载波得到的位置、 边缘导频的位置、NGB-W系统两个子带左边缘各12个子载波位置后的位置。以下详细说明 本发明的上述方法。
本发明将基于预留子载波（TR）的降PAPR方法引入到NGB-W系统中，基于预留子载 波的方法不会对信号进行畸变处理，从而不会影响系统的BER性能，仅仅占用1%的子载波 就能达到很好的降低PAPR的效果。针对NGB-W系统，进行具体预留子载波位置的选择， 从而达到降低NGB-W系统时域信号PAPR的目的。
NGB-W系统中每个物理帧包括信令符号、数据符号和帧尾符号。每种符号具有各自不同 导频：信令符号包含信令导频；数据符号包含离散导频、连续导频和边缘导频；帧尾符号包 含帧尾导频和边缘导频。这些不同的导频所在的位置各不相同。另外，数据符号的离散导频 也有8种：模式1（PP1）到模式8（PP8），不同的离散导频模式所在的子载波位置也不同。 基于预留子载波的PAPR降低方法，在这些导频位置之外的某些位置放置随机的信息，起到 降低OFDM符号PAPR的效果。
本发明的主要技术点在于寻找若干预留子载波位置，以便达到基于预留子载波的降PAPR 的要求。寻找预留子载波位置的准则是：在这些预留子载波位置上承载1，其他子载波上承 载0，可以构造出一个基本的时域类脉冲信号。利用该类脉冲信号以迭代削峰算法对发送的 时域信号进行削峰处理，可达到降低PAPR的目的。
以下首先对削峰原理进行描述，然后给出NGB-W系统中满足该原理所需的预留子载波 位置的设计方案。
采用基于预留子载波的降PAPR方法的原理：
1）OFDM符号中预留子载波上承载1（NGB-W系统的预留子载波位置设计方案后续描 述），其他子载波承载0，构成降PAPR的Kernel函数，如图1所示；
2）找到发送信号Data signal超过Vclip的时域位置I；
3）将Kernel函数的冲激移动到位置I，得到Shifted Kernel函数；
4）对Shifted Kernel函数进行尺度调整（乘以某一复数），然后叠加到信号Data signal 上，达到降低PAPR的目的。
预留子载波位置用于构建时域类脉冲信号，因此，在NGB-W系统中，这些预留子载波 位置将不用于数据和信令的传输，即对于NGB-W的OFDM符号，这些预留子载波对应的单 元值初始化为ym,l,k＝0+0j，其中，m为帧索引，j为NGB-W帧内OFDM符号索引，k为子 载波索引。
NGB-W系统的OFDM符号分为信令符号、数据符号和帧尾符号。每种符号中，子载波 上承载了导频或数据。导频位置的设计为了满足系统的正常工作，因此预留子载波的位置应 该在非导频位置寻找。信令符号、数据符号导频分布不同；不同FFT点数下，数据符号的导 频分布不相同；MIXO和SISO模式下导频不同。因此预留子载波的位置需要针对不同的符号 类型和多天线模式，选择若干组。组的数量在满足降PAPR性能的同时，尽量少，以免系统 过于复杂性。
从这几点考虑出发，针对NGB-W系统的信令符号、数据符号和帧尾符号，选择预留子 载波的方法如下：
1、NGB-W系统信令符号中预留子载波的选择
信令符号包含信令导频，除去信令导频位置后的有效子载波位置形成预留子载波的选择 空间，在所述选择空间搜索出有效子载波总数1%个数的预留子载波位置，取可构建出次峰值 最小的时域类脉冲信号所对应的预留子载波索引集。
也就是说，信令符号包含信令导频，预留子载波的选择空间是除去信令导频位置后的有 效子载波位置。此空间上，搜索出有效子载波总数1%个数的子载波位置，取构建出的次峰值 最小的时域类脉冲信号所对应的子载波索引集。
例如，在信令符号中，当采用4K FFT、8K FFT或16K FFT模式，且有效子载波k满足 下列关系时，子载波k所在位置放置信令导频。
k mod 3 = 0 0 ≤ k ≤ N a 2 - 1 k mod 3 = N a 2 mod 3 N a 2 ≤ k ≤ N a - 1 ]]>
预留子载波在不满足上述关系式的子载波k构成一个索引空间，在此索引空间上搜索。 例如16K FFT模式下，NGB-W有效子载波个数12626个，选择1%个子载波，即133个。计 算机在搜索空间搜索出133个子载波索引，在这133个子载波上承载1，其它16384-133=16251 个位置承载0，得到一个时域函数，该时域函数的次高峰足够小，以接近理论冲激函数。
2、NGB-W系统数据符号中预留子载波的选择
数据符号包含离散导频、边缘导频和连续导频，离散导频位置随着数据符号的索引的增 大循环变化，所有数据符号的边缘导频和连续导频位置相同。
离散导频包括8种，离散导频PP1至离散导频PP8。离散导频PP1的导频密度最大，离 散导频PP1模式下的搜索空间是其他离散导频类型下搜索空间的子集，所以，离散导频PP1 下搜索出来的预留子载波集必定也属于其他离散导频类型下的搜索空间。因此，设计以离散 导频PP1类型为基础进行。
在PP1下，预留子载波的选择方式是，选出一个预留子载波索引集合ZTR,D,0，以此集合 为基础进行子载波移位，分别左移3、6、9个子载波，得到其他三个子载波索引集合ZTR,D,1、 ZTR,D,2、ZTR,D,3。这四个子载波集合循环地使用于不同的数据符号。
子载波索引集合ZTR,D,0的搜索空间是NGB-W帧中第一个数据符号中除去离散导频索引、 连续导频索引、连续导频右移3个子载波得到的索引、连续导频右移6个子载波得到的索引、 连续导频右移9个子载波得到的索引、边缘导频的索引、NGB-W系统两个子带左边缘各12 个子载波索引后，有效子载波索引，形成预留子载波索引空间。在此形成预留子载波索引空 间上搜索出有效子载波总数1%个数的子载波位置索引，取构建出次峰值最小的时域类脉冲信 号所对应的预留子载波位置作为预留子载波索引集，为ZTR,D,0。
例如，16K FFT模式下，数据符号的搜索空间如下所述。
有效子载波索引从0到12625，共12626个，记为集合IAll，需要排除在外的索引有如下 三类：
（a）离散导频索引
在数据符号中，当有效子载波k满足下列关系时，子载波k所在位置放置离散导频。
k mod ( D X · D Y ) = D X · [ ( N S _ Sym - l ) mod D Y ] 0 < k < N a 2 - 1 ( k - N a 2 ) mod ( D X · D Y ) = D X · [ ( N S _ Sym - l ) mod D Y ] N a 2 < k < N a - 1 ]]>
其中，l为NGB-W帧内OFDM符号索引；DX为离散导频的频域最小间隔，DY为离散导 频的时域最小间隔；NS_Sym为该NGB-W帧内信令符号的数量；Na为有效子载波数量。16K FFT 模式下Na＝12626，NS_Sym＝1，PP1下DX＝3,DY＝4，NGB-W帧内第二个OFDM符号就是数 据符号，因此索引l=1，从上述公式可以得到离散导频子载波的索引，记为集合ISP。
（b）边缘导频的索引为0、12626/2-1、12626/2、12626-1,记为集合IEP。
（c）连续导频的位置
在数据符号中，当有效子载波k满足下列关系时，则子载波k所在位置放置连续导频。
k mod Δ = D X min - 1 D X min - 1 ≤ k ≤ Δ × ( N CP 2 - 1 ) + D X min - 1 ( k - N a 2 ) mod Δ D X min - 1 N a 2 + D X min - 1 ≤ k ≤ N a 2 + Δ × ( N CP 2 - 1 ) + D X min - 1 ]]>
其中，NCP为数据符号中连续导频的数量；当采用4K FFT或8K FFT时，NCP＝50；当 采用16K FFT时，NCP＝90；当采用32K FFT时，NCP＝180；其中为各种离散导频类型下DX的最小值。16K FFT模式下Na＝12626，NCP＝90，从上 述公式可以得到连续导频子载波的索引集合ICP,0。子载波的索引ICP,0向右移动3个、6个和9 个所构成的索引集合ICP,1、ICP,2、ICP,3也排除在搜索空间之外。
（d）另外，考虑到预留子载波集合ZTR,D,0会左移3,6,9个子载波构成预留子载波集合 ZTR,D,1、ZTR,D,2、ZTR,D,3，为了防止子载波移位后超出空间IAll的范围，两个子带最左边的索引 为0～11和12626/2～126/2+11的子载波也需要排除在搜索空间之外，这24个子载波记为集合 I24。
这样便得到了133个预留子载波的搜索空间为：
ISearch_space＝IAll-ISP-IEP-ICP,0-ICP,1-ICP,2-ICP,3-I24
计算机在搜索空间搜索出133个子载波索引，在这133个子载波上承载1，其它 16384-133=16251个位置承载0，得到一个时域函数，该时域函数的次高峰足够小，以接近理 论冲激函数。此133个子载波索引集合为ZTR,D,0。
3、NGB-W系统帧尾符号中预留子载波的选择
帧尾符号包含边缘导频和帧尾导频，信令符号的预留子载波搜索空间是帧尾符号预留子 载波搜索空间的子集，因此，帧尾符号的预留子载波索引集采用信令符号的预留子载波索引 集。
基于上述选择方法，本发明针对NGB-W系统，每种FFT点数下，制定了四组基本的预 留子载波索引集合，如下：
针对信令符号和帧尾符号，SISO模式下和MIXO模式下对应一组预留子载波索引集合 ZTR,SISO,S，具体索引值见表1。
表1
针对数据符号，SISO模式下和MIXO模式下对应一组预留子载波索引集合ZTR,SISO,D,0，具 体索引值见附表2。
表2
另外，因为数据符号随着索引的递增，离散导频会进行频域移位，因此在ZTR,D,0（ZTR,SISO,D,0和ZTR,SISO,D,0的统称）的基础上引出另外三组预留子载波ZTR,D,1ZTR,D,2ZTR,D,3。数据符号中， 预留子载波的索引集合循环使用，循环方式如表3所示。
例如，在PP1模式下，随着数据符号索引从0开始递增，预留子载波循环使用 ZTR,D,0ZTR,D,1ZTR,D,2ZTR,D,3；在PP2模式下，随着数据符号索引从0开始递增，预留子载波循 环使用ZTR,D,0ZTR,D,2；在PP4模式下，随着数据符号索引从0开始递增，预留子载波循环使用 ZTR,D,0......。
表3预留子载波索引集合与数据符号索引的关系
其中，ZTR,D,1是ZTR,D,0左移3个子载波构成的子载波索引的集合；ZTR,D,2是ZTR,D,0左移6个 子载波构成的子载波索引的集合；ZTR,D,3是ZTR,D,0左移9个子载波构成的子载波索引的集合， 可以表示为：
ZTR,D,1＝ZTR,D,0-3,ZTR,D,2＝ZTR,D,0-6,ZTR,D,3＝ZTR,D,0-9。
以本发明制定的预留子载波集合ZTR构建时域类脉冲信号，利用该类脉冲信号对发送信号 进行降PAPR处理的结果。
FFT点数：2K/4K/8K/16K/32K；多天线模式：SISO/MIXO模式；OFDM符号类型：信 令符号、数据符号。得到效果图如图2～图5所示，为便于定量的分析降PAPR的性能，同时 也给出了DVB-T2系统预留子载波降PAPR的性能。
图2～图5中包括未做PAPR处理的原始峰均比曲线和不同削峰参数、削峰迭代次数下的 降PAPR后的曲线，通过对比，可以看到：削峰参数选择的不同，降PAPR的效果略有差异； NGB-W系统与DVB-T2系统在降PAPR的性能上基本相当，不同的FFT点数和多天线模式 下，均可以使PAPR降低3dB左右。
基于本发明制定的预留子载波降PAPR算法的实施如下。
送信号被一系列类脉冲时域信号迭代削峰，这些类脉冲时域信号由预留子载波承载。基 本的类脉冲时域信号定义如下：
其中，NFFT和NTR分别表示FFT点数和预留子载波数量。向量ITR中 有NTR个元素为1，对应位置为本发明制定的预留子载波所在位置；有NFFT-NTR个元素为0， 对应位置为其它子载波所在位置。
基于本发明的预留子载波进行迭代削峰，降低PAPR的实施过程，可以用图6所示流程 图描述，基于预留子载波算法的PAPR降低方法的流程描述如表4所示。
表4：基于预留子载波算法的PAPR降低方法
综上所述，本发明提供的NGB-W系统的预留子载波位置图案的形成方法，达到了以下 有益效果：
本发明针对NGB-W系统的进行预留子载波位置的选择并给出选择的结果，本发明中预 留子载波位置选择的结果可以构建出接近时域冲激信号的时域类脉冲信号，以此信号对发送 信号进行削峰处理，从而达到降低OFDM符号峰值均值功率比的目的。基于预留子载波的方 法不会对信号进行畸变处理，从而不会影响系统的BER性能，利用本发明中的预留子载波图 案仅仅占用1%的子载波就能达到很好的降低PAPR的效果。所以，本发明有效克服了现有技 术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。