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1、10申请公布号CN104065610A43申请公布日20140924CN104065610A21申请号201410330858422申请日20140711H04L27/2620060171申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号72发明人苏雁泳刘茂才薛栋陈健飞74专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人杨立超54发明名称一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR的方法57摘要一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR的方法，本发明涉及正交频分复用OFDM技术。本发明是要解决现有无边带传输SLM算法系统误码率高的问题。一、确定OFDM信号的频域。
2、数据向量；二、采用改进型SLM算法对输入的向量X进行处理；三、对所得到的D路相互独立的输出矢量SD分别进行IFFT运算，得到D路时域信号；四、选出具有最小PAPR值的一路信号进行发送；五、接收端对接收到的D路信号进行FFT运算；六、经FFT运算之后对得到的D路信号取模；七、估计出发射端发射的是哪一路信号；八、恢复出原始信号信息。本发明应用于无线通信领域。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图3页10申请公布号CN104065610ACN104065610A1/1页21一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR。
3、的方法，其特征在于一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR的方法按以下步骤实现步骤一、发射端根据OFDM系统子载波个数，确定改进型SLM算法中OFDM信号的频域数据向量，表示为XX1,X2,XNT，其中N表示子载波数，T表示矩阵的转置；步骤二、采用改进型SLM算法对输入的OFDM信号的频域数据向量X进行处理所述改进型SLM算法为发射端输入的OFDM信号的频域数据向量XX1,X2,XNT分别与D路长度为N的随机相移矢量AD和D路经过幅值置位后的平衡GOLD序列相加权得到D路相互独立的输出矢量SD；其中SD为频域数据向量，1DD；随机相移矢量AD的选取方法为I1,2,N；D1,2,D，服从0,。
4、2之间的均匀分布，J代表虚数单位；步骤三、对所得到的D路相互独立的输出矢量SD分别进行IFFT运算，得到D路时域信号SDIFFTSD；步骤四、对步骤三中得到的D路时域信号SDIFFTSD分别计算其PAPR值，并选出具有最小PAPR值的一路信号进行发送；步骤五、接收端对接收到的D路信号进行FFT运算；步骤六、经FFT运算之后对得到的D路信号取模，并把其中模值大于1的部分置为P，模值小于1的部分置为Q；步骤七、求步骤六中置位后的序列和预先存储在接收端中经改造后的本地平衡GOLD序列之间的汉明距离，求出和置位后的序列具有最小汉明距离的一组本地平衡GOLD序列，估计出发射端发射的是哪一路信号；步骤八、。
5、根据步骤七中估计得到的所发送信号的序号，对接收信号进行与发射端相反的操作，恢复出原始信号信息。2根据权利要求1所述的一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR的方法，其特征在于所述步骤二中经过幅值置位后的平衡GOLD序列具体为R级移位寄存器产生周期为N2R1的平衡GOLD序列，在平衡GOLD序列最后补一位零，然后将序列中“1”位置上的元素置为大于1的常数P，“0”位置上的元素置为小于1的常数Q，将置位后的平衡GOLD序列再分别与之前所产生的随机相移序列相点乘，得到了改进型SLM算法的随机相移矢量。3根据权利要求2所述的一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR的方法，其特征在于所述步骤六中。
6、P和Q的选取和发送端置位所用的P和Q相同。4根据权利要求3所述的一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR的方法，其特征在于所述步骤六中P和Q的选取要保证OFDM系统总能量守恒。权利要求书CN104065610A1/5页3一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR的方法技术领域0001本发明涉及正交频分复用OFDM技术，具体涉及采用平衡GOLD序列和选择映射算法SLM，联合降低OFDM系统峰均功率比PAPR，进而把OFDM技术应用到高速调制和传输的无线通信中。背景技术0002正交频分复用OFDM是一种无线多载波传输技术，凭借其较高的频谱利用率和有效对抗多径衰落等优势，成为了无线通信的关键技。
7、术之一。然而OFDM系统多个子信道输出的同相信号叠加会产生很大的瞬时峰值，这种信号包络的剧烈变化特性可用峰值功率比PAPR来衡量。0003实际运用中，OFDM系统中各路并行子载波的调制可以由IDFT完成，解调可以由DFT完成，由数字信号处理的知识可知，IDFT和DFT都可以采用高效的FFT快速算法来实现。0004对于离散信号，OFDM基带的等效IFFT表示式为00050006其中SN表示该OFDM符号中的第N个样值，N表示OFDM系统子载波个数，则峰均功率比PAPR可以定义为00070008其中E|SN|2表示信号功率的数学期望。0009通常，可以用互补累积分布函数CCDF来衡量信号PAPR的。
8、分布情况，累积分布函数FZ可表示为00100011未经抽样时，假设各个样点之间是互不相关的，那么OFDM信号的PAPR大于某一门限值PAPR0的概率，即互补累积分布函数CCDF可以表示为00120013高峰均比的OFDM信号很容易产生非线性失真，产生较大的子载波间干扰ICI，导致系统性能严重恶化。目前降低PAPR的几种方法主要有限幅类、编码类和概率类方法。其中应用较广泛的是概率类方法中的选择性映射SLM方法。0014SLM方法的基本思想是利用D个统计独立的向量表示相同的信息，选择其时域符号具有最小PAPR值的一路用于传输。传输的D路相互独立的向量是由D个完全不同的、长说明书CN10406561。
9、0A2/5页4度为N的随机相移矢量AD1DD产生的。一般设定AD1,J，这种因子的执行并不需要进行乘法运算，可以极大地减小运算量，同时降低实际系统的硬件复杂度。当原始数据发送过来以后，所有D路数据并行计算其对应的时域信号SD，并选择具有最小PAPR值的一路进行传输。0015对于SLM方法，在接收端必须进行与发送端相反的操作，以恢复出传送的原始信息。因此，接收端必须知道发送端选择的是哪一路信号进行传输的。实际中，接收端是预存所有D个随机相移序列的，因此只需要知道发送的是哪一路信号即可。通常的解决办法是将选择的支路序号D作为边带信息一起传送给接收端，对于D路SLM发送机，需要传送LOG2D1比特的。
10、边带信息，当D比较大时，额外边带信息的传送将降低系统的频带利用率。0016针对SLM方法需要传输边带信息的缺点，目前已有无边带传输SLM方法提出。无边带传输SLM方法基本原理和SLM法原理相似，只是无边带传输SLM方法的随机相移矢量采取幅值标记的方式，从而略去了边带信息传输的步骤。随机相移矢量在SLM方法中都是模值为1的序列，而无边带传输的SLM方法中将每组随机相移序列中特定位置的模值分别设为大于1和小于1的常数，以此进行标记，在接收端一旦检测到特定位置模值的变化，便可判断发送的是哪一个序列。仿真实验表明，无边带传输SLM方法虽然不需要传输边带信息，但是会使得系统的误码率升高，可见其是以牺牲系。
11、统误码率来换取频带利用率的。0017GOLD序列是由优选对的两个M序列逐位模二和得到，具有优良的相关特性。由于其自相关函数旁瓣较低，而时域的自相关函数和频域的功率谱是一对傅里叶变换对，所以它的包络会较为平坦。因此，可以考虑将GOLD序列变形处理后与输入的数据流相乘，产生较为平坦的频谱，从而达到降低信号幅度峰值的目的。发明内容0018本发明是要解决现有无边带传输SLM算法系统误码率高的问题，而提供了一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR的方法。0019一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR的方法按以下步骤实现0020步骤一、发射端根据OFDM系统子载波个数，确定改进型SLM算法中OF。
12、DM信号的频域数据向量，表示为XX1,X2,XNT，其中N表示子载波数，T表示矩阵的转置；0021步骤二、采用改进型SLM算法对输入的OFDM信号的频域数据向量X进行处理0022所述改进型SLM算法为发射端输入的OFDM信号的频域数据向量XX1,X2,XNT分别与D路长度为N的随机相移矢量AD和D路经过幅值置位后的平衡GOLD序列相加权得到D路相互独立的输出矢量SD；其中SD为频域数据向量，1DD；0023随机相移矢量AD的选取方法为0024I1,2,N；D1,2,D，服从0,2之间的均匀分布，J代表虚数单位；0025步骤三、对所得到的D路相互独立的输出矢量SD分别进行IFFT运算，得到D路时。
13、域信号SDIFFTSD；0026步骤四、对步骤三中得到的D路时域信号SDIFFTSD分别计算其PAPR值，并选出具有最小PAPR值的一路信号进行发送；0027步骤五、接收端对接收到的D路信号进行FFT运算；说明书CN104065610A3/5页50028步骤六、经FFT运算之后对得到的D路信号取模，并把其中模值大于1的部分置为P，模值小于1的部分置为Q；0029步骤七、求步骤六中置位后的序列和预先存储在接收端中经改造后的本地平衡GOLD序列之间的汉明距离，求出和置位后的序列具有最小汉明距离的一组本地平衡GOLD序列，估计出发射端发射的是哪一路信号；0030步骤八、根据步骤七中估计得到的所发送信。
14、号的序号，对接收信号进行与发射端相反的操作，恢复出原始信号信息。0031发明效果0032改进型SLM算法不仅能降低系统的PAPR值，而且相比于无边带传输SLM方法降低了系统的误码率。0033本发明基于平衡GOLD序列和SLM方法联合降低OFDM系统PAPR值，可以在有效降低OFDM系统PAPR值的同时降低系统的误码率，实现可靠通信。0034从图3和图4中均可以明显看出，改进型SLM方案具有明显抑制峰均比的效果，虽然并没有在无边带传输的SLM方案基础上进一步降低峰均比，但二者的曲线几乎重合，说明它们对PAPR的抑制程度相仿。但是改进型方案中由于加入了平衡GOLD序列，随机性增强，相位序列之间的欧。
15、几里得距离增大，这将使得新方案在误码率方面得到改善。0035在不增加系统复杂度的情况下，新方法的使用使得误码率得到了明显的改善。0036改进型SLM算法中随机相移矢量也采用了幅值标记的方式，由于加入了平衡GOLD序列，相比于普通的幅值标记方式，新方法的随机相移序列的随机性增强，使得不同子信道之间的干扰减小，可以有效减小系统的误码率，提高误码性能。附图说明0037图1为改进型SLM方法原理图；0038图2是改进型SLM方法降低PAPR流程图；0039图3是仿真实验中子载波数NUM32时，三种方案的CCDF对比图；0040图4是仿真实验中子载波数NUM128时，三种方案的CCDF对比图；0041图。
16、5是仿真实验中表示改进型SLM方法幅值置位取不同P值对应的误码率特性图；0042图6是仿真实验中表示子载波数NUM32时三种方案误码率特性曲线对比图；0043图7是仿真实验中表示子载波数NUM64时三种方案误码率特性曲线对比图。具体实施方式0044具体实施方式一本实施方式的一种改进型SLM算法降低OFDM系统PAPR的方法按以下步骤实现0045步骤一、发射端根据OFDM系统子载波个数，确定改进型SLM算法中OFDM信号的频域数据向量，表示为XX1,X2,XNT，其中N表示子载波数，T表示矩阵的转置；0046步骤二、采用改进型SLM算法对输入的OFDM信号的频域数据向量X进行处理0047所述改进。
17、型SLM算法为发射端输入的OFDM信号的频域数据向量XX1,X2,XNT分别与D路长度为N的随机相移矢量AD和D路经过幅值置位后的平衡说明书CN104065610A4/5页6GOLD序列相加权得到D路相互独立的输出矢量SD；其中SD为频域数据向量，1DD；0048随机相移矢量AD的选取方法为0049I1,2,N；D1,2,D，服从0,2之间的均匀分布，J代表虚数单位；0050步骤三、对所得到的D路相互独立的输出矢量SD分别进行IFFT运算，得到D路时域信号SDIFFTSD；0051步骤四、对步骤三中得到的D路时域信号SDIFFTSD分别计算其PAPR值，并选出具有最小PAPR值的一路信号进行发。
18、送；0052步骤五、接收端对接收到的D路信号进行FFT运算；0053步骤六、经FFT运算之后对得到的D路信号取模，并把其中模值大于1的部分置为P，模值小于1的部分置为Q；0054步骤七、求步骤六中置位后的序列和预先存储在接收端中经改造后的本地平衡GOLD序列之间的汉明距离，求出和置位后的序列具有最小汉明距离的一组本地平衡GOLD序列，估计出发射端发射的是哪一路信号；0055步骤八、根据步骤七中估计得到的所发送信号的序号，对接收信号进行与发射端相反的操作，恢复出原始信号信息。0056本所述方式中，改进型SLM算法主要在于改进其随机相移矢量的产生方式。0057具体实施方式二本实施方式与具体实施方式。
19、一不同的是R级移位寄存器产生周期为N2R1的平衡GOLD序列，由于N2R1为奇数，而OFDM系统子载波个数一般为偶数，为了保证平衡GOLD序列的周期和OFDM子载波个数相等，在平衡GOLD序列最后补一位零，然后将序列中“1”位置上的元素置为大于1的常数P，“0”位置上的元素置为小于1的常数Q，将置位后的平衡GOLD序列再分别与之前所产生的随机相移序列相点乘，经过幅值置位后的平衡GOLD序列。0058本所述方式中，平衡GOLD序列是由优选对的两个M序列逐位模二和得到，根据扩频与编码理论，两个R级移位寄存器共有2R1个不同的相对移位，再加上原来的两个M序列优选对，级移位寄存器可以产生2R1个GOL。
20、D序列，GOLD序列数量要比M序列数量多很多，在一个GOLD序列周期N2R1内，其中，R为移位寄存器的长度，若元素1与元素0出现的次数分别为2R1次和2R11次，即元素1比元素0出现的次数多1，则称其为平衡GOLD序列。0059考虑将其应用于随机相移序列的设计中，可将产生的平衡GOLD序列中1和0的位置分别置为大于1和小于1的常数，再与随机相移序列相乘。另外由于GOLD序列的周期均为奇数，设计时只需在产生的序列后补一位0即可。0060其它步骤及参数与具体实施方式一相同。0061具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述步骤六中P和Q的选取和发送端置位所用的P和Q相同。0062其它。
21、步骤及参数与具体实施方式一或二相同。0063具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述步骤六中P和Q的选取要保证OFDM系统总能量守恒。0064其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。0065仿真实验说明书CN104065610A5/5页70066仿真平台为MATLAB软件，假设基带信号采用QPSK调制，过采样因子为4，OFDM系统的子载波数目为NUM32，随机相移序列个数为D4，随机相移矢量的取值范围选取为信道模型为高斯白噪声信道。在无边带传输SLM方案和改进型SLM方案中，幅值标记的P值都取为12，PAPR门限值从2DB到10DB，对比几种方案的CCDF图，仿真结果如。
22、图3所示。将子载波数扩展至NUM64，随机相移序列个数为D8，其他参数同上，仿真结果如图4所示。从图3和图4中均可以明显看出，改进型SLM方案具有明显抑制峰均比的效果，虽然并没有在无边带传输的SLM方案基础上进一步降低峰均比，但二者的曲线几乎重合，说明它们对PAPR的抑制程度相仿。但是改进型方案中由于加入了平衡GOLD序列，随机性增强，相位序列之间的欧几里德距离增大，这将使得新方案在误码率方面得到改善。0067仿真条件同上，对改进型SLM方法，给平衡GOLD序列置位的P值分别取为11、115、12、125、13，按照上述原理进行仿真，得到如图5所示的仿真结果。从图5可以看出，当P值较小，如取1。
23、1时，系统误码率较高。这是由于P偏离1的程度较小时，相应的Q偏离1的程度也较小，信号通过OFDM系统，在噪声的影响下，接收端译码时对随机相移序列的估计容易发生误判，导致误码率升高。当P大于一定数值，如图中P取12、125和13时，在信噪比不变的情况下，随着P值的增大，系统误码率也升高。这是由于当置位的P值偏离1的程度太大时，相应的Q值偏离1的程度也很大，会使得子信道上的信噪比分布不均衡，随机相移序列间的欧氏距离变小，进而导致接收端对随机相移序列估计时产生较大的误差，最终导致误码率的升高。同时，当P值过高时，对系统的门限要求也过高，增加了系统的复杂性。因此，P的取值要综合考虑各种要素，折中选取，。
24、下面的分析将选取P值为12进行仿真。0068下面讨论改进型SLM方案对OFDM系统的误码率性能的影响。仿真时仍以子载波数NUM32为例，载波调制采用QPSK，过采样因子为4，给平衡GOLD序列置位的幅值P取为12，无边带SLM方法置位的幅值P也取为12，仿真结果如图6所示。从仿真结果图6可以看出，当两种方案取相同的置位值P时，改进型SLM方案误码率曲线明显在无边带信息SLM方法的下侧。这表明在不增加系统复杂度的情况下，新方法的使用使得误码率得到了明显的改善。0069将子载波数扩展至NUM64，平衡GOLD序列置位的幅值和无边带SLM方法置位的幅值P仍取为12，仿真结果如图7所示。由图7可以看出，当子载波数增加到64时，改进型SLM方法误码率曲线在无边带SLM方案曲线下方，且随着信噪比的增加，改进型SLM方法比无边带SLM方法误码性能优势更加明显。0070由图7和图6对比可知，子载波为64时新方案对误码率的改善程度要好于子载波为32时的情况。可见平衡GOLD序列的引入很好地弥补了无边带传输SLM方案误码率高的不足，并且子载波数越大，改善的效果较无边带的情况越明显，这和理论是吻合的。说明书CN104065610A1/3页8图1图2说明书附图CN104065610A2/3页9图3图4图5图6说明书附图CN104065610A3/3页10图7说明书附图CN104065610A10。