CN105450571A - 降低峰值平均功率比的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种降低峰值平均功率比的方法，该方法包括步骤：将通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u与正交分量Y_u；设置压缩该通讯信号的参数K₁及K₂；根据同向分量X_u、正交分量Y_u、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数计算压缩后的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’；以及根据计算得到的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’，合成压缩后的通讯信号。本发明还提供一种降低峰值平均功率比的装置。本发明可以有效降低多载波通讯系统的通讯信号的峰值平均功率比。

Description

降低峰值平均功率比的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种通讯信号处理技术，尤其是涉及一种降低通讯信号的峰值平均功率比的方法及装置。

背景技术

在现有的多载波通讯系统架构中，用来传输数据的信号在发送端经过映射、展频、并串转换、逆离散傅立叶变换、模数转换和功率放大器等一系列处理之后发送出去，接收端接收到发送的信号后，经过数模转换、离散傅立叶变换、串并转换、解展频、解映射处理之后还原数据。

然而，多载波通讯系统中的信号是由多个子载波信道信号叠加得到，信号的最大瞬时功率可能会与平均功率相差很大，即会产生很高的峰值平均功率比（PeaktoAveragePowerRatio，PAPR）。峰值平均功率比过高就要求发射端的功率放大器具有较大的线性动态范围，以避免信号失真，这样就增加了系统实现的难度和成本，所以降低信号的峰值平均功率比对于信号的可靠传输是非常必要的。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种降低峰值平均功率比的方法，可以有效降低多载波通讯系统的通讯信号的峰值平均功率比。

鉴于以上内容，还有必要提供一种降低峰值平均功率比的装置，可以有效降低多载波通讯系统的通讯信号的峰值平均功率比。

所述降低峰值平均功率比的方法包括步骤：将通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u与正交分量Y_u；设置压缩该通讯信号的参数K₁及K₂，其中参数K₁为允许同向分量X_u与正交分量Y_u在压缩后的最大取值的绝对值，参数K₂为根据需要压缩的幅度设置的常数；根据同向分量X_u、正交分量Y_u、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数计算压缩后的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’；以及根据计算得到的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’，合成压缩后的通讯信号。

所述降低峰值平均功率比的装置包括：第一获取模块，用于将通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u与正交分量Y_u；第一设置模块，用于设置压缩该通讯信号的参数K₁及K₂，其中参数K₁为允许同向分量X_u与正交分量Y_u在压缩后的最大取值的绝对值，参数K₂为根据需要压缩的幅度设置的常数；第一计算模块，用于根据同向分量X_u、正交分量Y_u、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数计算压缩后的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’；以及第一合成模块，用于根据计算得到的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’，合成压缩后的通讯信号。

相较于现有技术，所述的降低峰值平均功率比的方法及装置，能够藉由在多载波通讯系统的发送端增加压缩器，从而在发送端压缩通讯信号的振幅，以降低峰值平均功率比，减少信号失真，然后在接收端增加扩张器以还原通讯信号。

附图说明

图1是本发明降低峰值平均功率比的装置较佳实施例的运行环境图。

图2是本发明的多载波通讯系统中通讯信号发送和接收的整体过程示意图。

图3是本发明中压缩器的较佳实施例的功能模块图。

图4是在不同参数条件下信号分量压缩前后的关系曲线的示意图。

图5是本发明中扩张器的较佳实施例的功能模块图。

图6是本发明降低峰值平均功率比的方法较佳实施例的压缩过程的流程图。

图7是本发明降低峰值平均功率比的方法较佳实施例的扩张过程的流程图。

图8-9是模拟不同条件下通讯信号的互补累计分布函数性能示意图。

主要元件符号说明

多载波通讯系统	10
		发送端	2
接收端	4
		信道	6
降低峰值平均功率比的装置	12
		压缩器	20
扩张器	40
		第一获取模块	22
第一设置模块	24
		第一计算模块	26
第一合成模块	28
		第二获取模块	42
第二设置模块	44
		第二计算模块	46
第二合成模块	48
		乘法器	602
积分器	604
		除法器	606

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

参阅图1所示，是本发明降低峰值平均功率比的装置较佳实施例的运行环境图。所述降低峰值平均功率比的装置12运用于多载波通讯系统10中，包括压缩器20及扩张器40。其中压缩器20运用于多载波通讯系统10的发送端2，扩张器40运用于多载波通讯系统10的接收端4。在本实施例中，多载波通讯系统10为结合CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，码分多址）与OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用）技术的通讯系统。压缩器20用于对通讯信号的同向分量和正交分量进行压缩，从而压缩通讯信号的振幅，以降低峰值平均功率比。扩张器40用于对通讯信号的同向分量和正交分量进行扩张，从而扩张通讯信号的振幅，以还原通讯信号。

参阅图2所示，是本发明的多载波通讯系统中通讯信号发送和接收的整体过程示意图。在本实施例中，传输数据的通讯信号在多载波通讯系统10的发送端2经过映射、展频、并串转换、逆离散傅立叶变换、压缩、模数转换和功率放大器处理之后，经由信道6发送至接收端4。接收端4接收到该通讯信号后，经过数模转换、扩张、离散傅立叶变换、串并转换、解展频、解映射处理之后还原数据。

值得注意的是，在多载波通讯系统10中，发送端2和接收端4的角色可能会互换，由接收端4发送通讯信号，发送端2接收通讯信号，因此一般情况下发送端2和接收端4还分别包括接收通讯信号和发送通讯信号的功能模块或装置。例如，发送端2中也包括扩张器40，而接收端4中也包括压缩器20。

参阅图3所示，是本发明中压缩器的较佳实施例的功能模块图。压缩器20中包括第一获取模块22、第一设置模块24、第一计算模块26及第一合成模块28。其中第一计算模块26中还包括乘法器602与积分器604。

第一获取模块22用于将通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u与正交分量Y_u。在本实施例中，该通讯信号为在多载波通讯系统10的发送端2经过映射、展频、并串转换、逆离散傅立叶变换处理之后得到的通讯信号。所述矢量分解是将通讯信号分解为频率相同、峰值幅度相同但相位相差90的两个信号分量，通常采用一个正弦信号来描述同向分量X_u，采用一个余弦信号来描述正交分量Y_u。该通讯信号的振幅ρ_u=。

第一设置模块24用于设置压缩该通讯信号的参数K₁及K₂。其中，参数K₁为允许信号分量（同向分量X_u与正交分量Y_u）在压缩后的最大取值的绝对值，参数K₂为根据需要压缩的幅度设置的一个常数，且参数K₁及K₂均为正实数。参阅图4所示，是在不同参数条件下信号分量压缩前后的关系曲线的示意图。其中，横轴表示压缩前的信号分量的值，纵轴表示压缩后的信号分量的值。

可见，参数K₁决定压缩后的信号分量的范围，例如，当K₁=1时，压缩后的信号分量的范围为[-1,1]；当K₁=2时，压缩后的信号分量的范围为[-2,2]。而参数K₂决定所述关系曲线的形态，例如，当K₂≧2时，所述关系曲线类似削减曲线，由于压缩幅度比较大，此时该通讯信号的峰值平均功率比降幅较大，但误差率也较大；当K₂≦0.5时，所述关系曲线趋近于线性曲线，此时该通讯信号的峰值平均功率比降幅较小，但误差率也较小。因此，可以根据实际需要设置参数K₁及K₂的值，以达到理想的效果。

第一计算模块26用于根据同向分量X_u、正交分量Y_u、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数计算压缩后的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’。在本实施例中，所述压缩转换函数为X_u ^’=K₁*erf(K₂*X_u)，Y_u ^’=K₁*erf(K₂*Y_u)。其中，erf表示误差函数，也称为高斯误差函数。具体而言，第一计算模块26先控制乘法器602分别计算K₂*X_u与K₂*Y_u，然后控制积分器604计算erf(K₂*X_u)与erf(K₂*Y_u)，最后控制乘法器602将K₁分别与erf(K₂*X_u)、erf(K₂*Y_u)相乘，得到X_u ^’与Y_u ^’的值。

第一合成模块28用于根据计算得到的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’，合成压缩后的通讯信号。该压缩后的通讯信号的振幅β_u=，通过压缩同向分量X_u和正交分量Y_u，从而压缩了该通讯信号的振幅，因此可以降低该通讯信号的峰值平均功率比。在本实施例中，该压缩后的通讯信号在经过模数转换和功率放大器之后发送给接收端4。

参阅图5所示，是本发明中扩张器的较佳实施例的功能模块图。扩张器40中包括第二获取模块42、第二设置模块44、第二计算模块46及第二合成模块48。其中第二计算模块46中还包括积分器604与除法器606。

第二获取模块42用于将接收到的通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u ^”及正交分量Y_u ^”。在本实施例中，该接收到的通讯信号为在多载波通讯系统10的接收端4接收并经过数模转换后得到的通讯信号。

第二设置模块44用于读取所设置的参数K₁及K₂。在对同一个通讯信号的发送和接收过程中，第二设置模块44读取的参数K₁及K₂即为第一设置模块24设置的参数K₁及K₂。

第二计算模块46用于根据同向分量X_u ^”、正交分量Y_u ^”、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数的反函数计算扩张后的同向分量X_u及正交分量Y_u。在本实施例中，所述压缩转换函数的反函数为X_u=1/K₂*erfinv(X_u ^”/K₁)，Y_u=1/K₂*erfinv(Y_u ^”/K₁)。其中，erfinv表示反误差函数，即误差函数的反函数。具体而言，第二计算模块46先控制除法器606分别计算X_u ^”/K₁与Y_u ^”/K₁，然后控制积分器604计算erfinv(X_u ^”/K₁)与erfinv(Y_u ^”/K₁)，最后控制除法器606将erfinv(X_u ^”/K₁)与erfinv(Y_u ^”/K₁)分别除以K₂，得到X_u与Y_u的值。

第二合成模块48用于根据计算得到的同向分量X_u及正交分量Y_u，合成扩张后的通讯信号。在本实施例中，该扩张后的通讯信号在经过离散傅立叶变换、串并转换、解展频、解映射处理之后还原数据。

参阅图6所示，是本发明降低峰值平均功率比的方法较佳实施例的压缩过程的流程图。

步骤S12，第一获取模块22将通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u与正交分量Y_u。所述矢量分解是将通讯信号分解为频率相同、峰值幅度相同但相位相差90的两个信号分量，通常采用一个正弦信号来描述同向分量X_u，采用一个余弦信号来描述正交分量Y_u。该通讯信号的振幅ρ_u=。

步骤S14，第一设置模块24设置压缩该通讯信号的参数K₁及K₂。其中，参数K₁为允许信号分量在压缩后的最大取值的绝对值，参数K₂为根据实际需要压缩的幅度设置的一个常数，且参数K₁及K₂均为正实数。

步骤S16，第一计算模块26根据同向分量X_u、正交分量Y_u、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数计算压缩后的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’。在本实施例中，所述压缩转换函数为X_u ^’=K₁*erf(K₂*X_u)，Y_u ^’=K₁*erf(K₂*Y_u)。具体而言，第一计算模块26先控制乘法器602分别计算K₂*X_u与K₂*Y_u，然后控制积分器604计算erf(K₂*X_u)与erf(K₂*Y_u)，最后控制乘法器602将K₁分别与erf(K₂*X_u)、erf(K₂*Y_u)相乘，得到X_u ^’与Y_u ^’的值。

步骤S18，第一合成模块28根据计算得到的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’，合成压缩后的通讯信号。该压缩后的通讯信号的振幅β_u=，通过压缩同向分量X_u和正交分量Y_u，从而压缩了该通讯信号的振幅，因此可以降低该通讯信号的峰值平均功率比。

参阅图7所示，是本发明降低峰值平均功率比的方法较佳实施例的扩张过程的流程图。

步骤S22，第二获取模块42将接收到的通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u ^”及正交分量Y_u ^”。

步骤S24，第二设置模块44读取所设置的参数K₁及K₂。在对同一个通讯信号的发送和接收过程中，第二设置模块44读取的参数K₁及K₂即为第一设置模块24设置的参数K₁及K₂。

步骤S26，第二计算模块46用于根据同向分量X_u ^”、正交分量Y_u ^”、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数的反函数计算扩张后的同向分量X_u及正交分量Y_u。在本实施例中，所述压缩转换函数的反函数为X_u=1/K₂*erfinv(X_u ^”/K₁)，Y_u=1/K₂*erfinv(Y_u ^”/K₁)。具体而言，第二计算模块46先控制除法器606分别计算X_u ^”/K₁与Y_u ^”/K₁，然后控制积分器604计算erfinv(X_u ^”/K₁)与erfinv(Y_u ^”/K₁)，最后控制除法器606将erfinv(X_u ^”/K₁)与erfinv(Y_u ^”/K₁)分别除以K₂，得到X_u与Y_u的值。

步骤S28，第二合成模块48根据计算得到的同向分量X_u及正交分量Y_u，合成扩张后的通讯信号。

参阅图8-9所示，是模拟不同条件下通讯信号的互补累计分布函数（ComplementaryCumulativeDistributionFunction，CCDF）性能示意图。所述CCDF表示峰值平均功率比PAPR超过门限值PAPR₀的概率。

其中，图8中的模拟条件为：位元传输率（R_b）为100kbps，展频增益（SF）为8，子载波数（U）为128，参数K₁为24，参数K₂为0.04，每次发送的通讯信号的最大振幅（A^ρ _max）为50，每次发送的通讯信号振幅的平均值（A^ρ _av）为14，功率放大器不操作在非线性区间所能容忍的最大输入振幅值（A^PA _max）为34。图9中的模拟条件为：位元传输率为100kbps，展频增益为16，子载波数为256，参数K₁为39，参数K₂为0.025，每次发送的通讯信号的最大振幅为70，每次发送的通讯信号振幅的平均值为20，功率放大器不操作在非线性区间所能容忍的最大输入振幅值为52。

可见，本发明降低峰值平均功率比的方法（本方法）相对于原先不采用压缩器20和扩张器40对通讯信号进行压缩和扩张的方法（原方法），峰值平均功率比PAPR超过门限值PAPR₀的概率要低，即本方法可以有效降低通讯信号的降低峰值平均功率比，减少信号失真。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种降低峰值平均功率比的方法，其特征在于，该方法包括步骤：

将通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u与正交分量Y_u；

设置压缩所述通讯信号的参数K₁及K₂，其中所述参数K₁为允许所述同向分量X_u与正交分量Y_u在压缩后的最大取值的绝对值，所述参数K₂为根据需要压缩的幅度设置的常数；

根据所述同向分量X_u、正交分量Y_u、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数计算压缩后的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’；以及

根据计算得到的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’，合成压缩后的通讯信号。

2.如权利要求1所述的降低峰值平均功率比的方法，其特征在于，所述压缩转换函数为X_u ^’=K₁*erf(K₂*X_u)，Y_u ^’=K₁*erf(K₂*Y_u)。

3.如权利要求1所述的降低峰值平均功率比的方法，其特征在于，该方法还包括步骤：

将接收到的通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u ^”及正交分量Y_u ^”；

读取所设置的参数K₁及K₂；

根据所述同向分量X_u ^”、正交分量Y_u ^”、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数的反函数计算扩张后的同向分量X_u及正交分量Y_u；以及

根据计算得到的同向分量X_u及正交分量Y_u，合成扩张后的通讯信号。

4.如权利要求3所述的降低峰值平均功率比的方法，其特征在于，所述压缩转换函数的反函数为X_u=1/K₂*erfinv(X_u ^”/K₁)，Y_u=1/K₂*erfinv(Y_u ^”/K₁)。

5.一种降低峰值平均功率比的装置，其特征在于，该装置包括：

第一获取模块，用于将通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u与正交分量Y_u；

第一设置模块，用于设置压缩所述通讯信号的参数K₁及K₂，其中所述参数K₁为允许所述同向分量X_u与正交分量Y_u在压缩后的最大取值的绝对值，所述参数K₂为根据需要压缩的幅度设置的常数；

第一计算模块，用于根据所述同向分量X_u、正交分量Y_u、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数计算压缩后的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’；以及

第一合成模块，用于根据计算得到的同向分量X_u ^’及正交分量Y_u ^’，合成压缩后的通讯信号。

6.如权利要求5所述的降低峰值平均功率比的装置，其特征在于，所述压缩转换函数为X_u ^’=K₁*erf(K₂*X_u)，Y_u ^’=K₁*erf(K₂*Y_u)。

7.如权利要求5所述的降低峰值平均功率比的装置，其特征在于，该装置还包括：

第二获取模块，用于将接收到的通讯信号进行矢量分解，得到同向分量X_u ^”及正交分量Y_u ^”；

第二设置模块，用于读取所设置的参数K₁及K₂；

第二计算模块，用于根据所述同向分量X_u ^”、正交分量Y_u ^”、参数K₁、参数K₂及压缩转换函数的反函数计算扩张后的同向分量X_u及正交分量Y_u；以及

第二合成模块，用于根据计算得到的同向分量X_u及正交分量Y_u，合成扩张后的通讯信号。

8.如权利要求7所述的降低峰值平均功率比的装置，其特征在于，所述压缩转换函数的反函数为X_u=1/K₂*erfinv(X_u ^”/K₁)，Y_u=1/K₂*erfinv(Y_u ^”/K₁)。