CN111435929B

CN111435929B - 基于rapp曲线压缩的削峰处理方法及装置、ofdm发射机

Info

Publication number: CN111435929B
Application number: CN202010038928.4A
Authority: CN
Inventors: 唐德刚; 朱嘉俊; 温治晓
Original assignee: Zhuhai Jieli Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Jieli Technology Co Ltd
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2040-01-14
Also published as: CN111435929A

Abstract

本发明提供了一种基于RAPP曲线压缩的削峰处理方法及装置、OFDM发射机。该方法包括：获取第一削峰门限thr1以及RAPP模型的参数t；获取待处理的OFDM信号的初始峰均比m及初始平均功率，并根据m、thr1计算适应RAPP模型的功率n，之后对待处理的OFDM信号进行平均功率调整；采用RAPP模型对调整后的OFDM信号进行压缩，之后对压缩后的OFDM信号进行第一滤波处理；将第一滤波处理后的OFDM信号的平均功率恢复至初始平均功率；获取第二削峰门限thr2；采用矩形窗方式并按照第二削峰门限thr2对恢复至初始平均功率的OFDM信号进行限幅处理，之后对限幅处理后的OFDM信号进行第二滤波处理。本发明不需要较多的限幅滤波次数就能达到较好的限幅效果。

Description

基于RAPP曲线压缩的削峰处理方法及装置、OFDM发射机

技术领域

本发明涉及OFDM技术领域，尤其涉及一种基于RAPP曲线压缩的削峰处理方法及装置、OFDM发射机。

背景技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术以及基于OFDM调制的多址接入技术被广泛地认为是下一代移动通信***中最具吸引力的核心技术之一，其主要优势如下：频谱效率高；抗多径能力强；信道均衡简单；实现简单；传输的数据速率高。但是由于OFDM***中存在多个正交子载波，输出信号是多个子信道信号的叠加，与单载波***相比，其峰均比较高，为了不失真的传输信号，发射端的功率放大器就要求有很好的线性度，如果放大器的动态范围不能满足信号的变化，则会产生信号畸变，破坏子信道的正交性，影响接收端的正确解调。

目前，为了使放大器的动态范围能满足信号的变化，在信号被送到放大器之前，主要采用波峰因子降低(Crest Factor Reduction，CFR)和数字预失真 (Digital Pre-Distortion，DPD)技术对有较大峰值功率的信号进行预畸变，其中 CFR技术降低了信号的峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio，PAPR，简称峰均比)，从而缩小了信号的动态范围，如图1所示，CFR技术是使用矩形窗对OFDM信号进行直接限幅(hard CFR)，其中，A_out为限幅输出信号幅度， A_in为限幅输入信号幅度，限幅后的信号幅度将限制在限幅区间{-Th,Th}内，此外，由于直接限幅通常会导致带外噪声快速***，为了满足MASK的要求，往往需要将直接限幅后的信号经过一个低通滤波器(filter)，以此降低带外噪声的***，但是，这种方式仍然存在以下问题：

1、直接限幅后的信号经过filter之后往往会造成PAPR的再次上升，因此需要重复多次的限幅滤波操作；

2、当削峰门限Th较低时，带外噪声***明显，此时为了满足MASK(频谱门限)的要求，往往需要增加filter的阶数，但是这将引起PAPR回弹，即使重复多次限幅滤波依旧难以达到目标峰均比(目标PAPR)。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种削峰处理方法、削峰处理装置及OFDM发射机，更易达到削峰处理的目标峰均比。

为实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种基于RAPP曲线压缩的削峰处理方法，包括：

步骤S1，获取第一削峰门限thr1以及RAPP模型的参数t，其中，所述RAPP 模型如下：

其中，x为输入信号，abs()表示对复数信号取模；

步骤S2，获取待处理的OFDM信号的初始峰均比m及初始平均功率，并根据所述初始峰均比m、所述第一削峰门限thr1计算适应所述RAPP模型的功率n，之后对所述待处理的OFDM信号进行平均功率调整，使调整后的OFDM 信号的平均功率位于[(n-z),(n+z)]之间，z为预设的允许误差；

其中，功率n的计算方法为，在所述RAPP模型的压缩曲线上的若干点对 (x1，f(x1))，(x2，f(x2))中，当满足x2-x1＝m且f(x2)-f(x1)＝thr1时，x1的值即为功率n的值；

步骤S3，采用所述RAPP模型对所述调整后的OFDM信号进行压缩，之后对压缩后的OFDM信号进行第一滤波处理；

步骤S4，将所述第一滤波处理后的OFDM信号的平均功率恢复至所述初始平均功率；

步骤S5，获取第二削峰门限thr2，所述第二削峰门限thr2不高于削峰处理的目标峰均比且低于所述第一削峰门限thr1；

步骤S6，采用矩形窗方式并按照所述第二削峰门限thr2对恢复至所述初始平均功率的OFDM信号进行限幅处理，之后对限幅处理后的OFDM信号进行第二滤波处理。

进一步地，所述第一削峰门限thr1高于所述目标峰均比。

进一步地，所述第二削峰门限thr2低于所述目标峰均比。

进一步地，所述步骤S3包括：

步骤S31：将所述调整后的OFDM信号输入所述RAPP模型进行压缩，之后对所述RAPP模型的输出进行第一滤波处理，再执行步骤S32；

步骤S32：将第一滤波处理后的信号输入所述RAPP模型进行再次压缩，之后对所述RAPP模型的输出进行第一滤波处理。

进一步地，在步骤S1之前，所述方法还包括：获取用户输入的所述目标峰均比。

进一步地，所述第一削峰门限thr1和/或所述第二削峰门限thr2采用以下方式得到：

根据所述目标峰均比以及预设计算规则计算所述第一削峰门限thr1和/或所述第二削峰门限thr2。

进一步地，获取RAPP模型的参数t包括：

利用所述第一削峰门限thr1在预先存储的对应关系表中查找所述参数t，其中，所述对应关系表中包含所述第一削峰门限thr1与所述参数t之间的对应关系。

进一步地，所述对应关系表中包含以下对应关系：

若第一削峰门限thr1大于等于9dB，则参数t为6；

若第一削峰门限thr1小于9dB且大于等于6dB，则参数t为3；

若第一削峰门限thr1小于6dB且大于等于3dB，则参数t为2；

若第一削峰门限thr1小于等于3dB，则参数t为1.5。

为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种基于RAPP曲线压缩的削峰处理装置，包括：

第一获取模块，用于获取第一削峰门限thr1以及RAPP模型的参数t，其中，所述RAPP模型如下：

其中，x为输入信号，abs()表示对复数信号取模；

功率调整模块，用于获取待处理的OFDM信号的初始峰均比m及初始平均功率，并根据所述初始峰均比m、所述第一削峰门限thr1计算适应所述RAPP 模型的功率n，之后对所述待处理的OFDM信号进行平均功率调整，使调整后的OFDM信号的平均功率位于[(n-z),(n+z)]之间，z为预设的允许误差；

第一处理模块，用于采用所述RAPP模型对所述调整后的OFDM信号进行压缩，之后对压缩后的OFDM信号进行第一滤波处理；

功率恢复模块，用于将所述第一滤波处理后的OFDM信号的平均功率恢复至所述初始平均功率；

第二获取模块，用于获取第二削峰门限thr2，所述第二削峰门限thr2不高于削峰处理的目标峰均比且低于所述第一削峰门限thr1；

第二处理模块，用于采用矩形窗方式并按照所述第二削峰门限thr2对恢复至所述初始平均功率的OFDM信号进行限幅处理，之后对限幅处理后的 OFDM信号进行第二滤波处理。

为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种OFDM发射机，包括上述的削峰处理装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种OFDM发射机，包括处理器以及与所述处理器耦合的存储器，其中，所述存储器中存储有指令，以供所述处理器执行，当所述处理器执行所述指令时，能实现上述的削峰处理方法。

本发明实施例提供的削峰处理方法，通过采用RAPP模型对OFDM信号进行圆滑压缩削峰，可以使信号PAPR降低的同时，带外噪声***相对较低，这样在采用直接限幅方式(hard CFR)对OFDM信号进行再次限幅操作时，结果更易达到削峰处理的目标峰均比，与现有技术相比，不需要较多的限幅滤波次数就能达到较好的限幅效果。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为现有技术中使用矩形窗对OFDM信号进行直接限幅(hard CFR)的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于RAPP曲线压缩的削峰处理方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的RAPP模型的压缩曲线示意图；

图4是本发明实施例提供的对OFDM信号进行平均功率调整的示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于RAPP曲线压缩的削峰处理方法的流程图，该方法包括：

步骤S1，获取第一削峰门限thr1以及RAPP(无记忆固态功率放大器)模型的参数t，所述RAPP模型如下：

其中，x为输入信号，abs()表示对复数信号取模；

步骤S2，获取待处理的OFDM信号的初始峰均比m及初始平均功率，并根据所述初始峰均比m、所述第一削峰门限thr1计算适应所述RAPP模型的功率n，之后对所述待处理的OFDM信号进行平均功率调整，使调整后的OFDM 信号的平均功率位于[(n-z),(n+z)]之间，z为预设的允许误差，例如，z的值为0.25dB；

其中，该第一滤波处理可以采用现有滤波方法，本发明对此不再赘述；

步骤S6，采用矩形窗方式并按照所述第二削峰门限thr2对恢复至所述初始平均功率的OFDM信号进行限幅处理，之后对限幅处理后的OFDM信号进行第二滤波处理；

其中，该第二滤波处理可以采用现有滤波方法，本发明对此不再赘述。

其中，在本发明中，第一削峰门限thr1、所述第二削峰门限thr2可以与削峰处理的目标峰均比相同，也可以与削峰处理的目标峰均比不同，但不同时差值不易过大，例如，第一削峰门限thr1与该目标峰均比的差值不大于2dB，第二削峰门限thr2与该目标峰均比的差值不大于2dB；

优选地，在一实施例中，上述第一削峰门限thr1高于削峰处理的目标峰均比，这样可使第一滤波操作中滤波器的带外***噪声进一步降低，同时经过滤波器后的信号幅值回弹较少，能够使得处理后的OFDM信号中保留更多的有效信息。

在滤波处理过程中，滤波器通常会使输出信号的PAPR回弹，优选地，在一实施例中，所述第二削峰门限thr2低于削峰处理的目标峰均比，这样可以使得最终输出值(即步骤S6处理后的信号)更易接近目标峰均比。

其中，上述步骤S3中，可以对平均功率调整后的OFDM信号只进行一次压缩削峰和一次第一滤波处理，也可以进行多次压缩削峰和多次第一滤波处理，其具体包括：

步骤S32：将第一滤波处理后的信号输入所述RAPP模型进行再次压缩，之后对所述RAPP模型的输出进行第一滤波处理；

其中，步骤S32可以只执行一次(即对OFDM信号进行两次压缩削峰和滤波)，可以重复执行多次(即对OFDM信号进行两次以上的压缩削峰和滤波)。

其中，在本发明实施例中，第一削峰门限thr1、第二削峰门限thr2可以预先存储在存储器中，当需要时，可以从存储器中读取信息，例如，在确定削峰处理的目标峰均比后，可以根据目标峰均比预先确定第一削峰门限thr1、第二削峰门限thr2，之后将其存储在存储器中；

此外，用户也可以根据需求更改第一削峰门限thr1、第二削峰门限thr2或者目标峰均比，例如，用户可以根据需求直接输入目标峰均比，例如，在本发明实施例中，在上述的步骤S1之前，所述方法还包括：获取用户输入的所述目标峰均比；其中，所述第一削峰门限thr1、所述第二削峰门限thr2采用以下方式得到：

根据所述目标峰均比以及预设计算规则计算所述第一削峰门限thr1、所述第二削峰门限thr2，例如，第一削峰门限thr1为目标峰均比增加0.1dB后的值，第一削峰门限thr1为目标峰均比减少0.1dB后的值。

其中，在本发明中，采用RAPP模型对OFDM信号进行非线性的压缩，参数t为压缩模型的可调节参数，主要调节RAPP模型的压缩曲线的曲率，不同参数t的压缩曲线如图3所示，其中，1a为t＝1.5时的压缩曲线，1b为t＝2 时的压缩曲线，1c为t＝3时的压缩曲线，1d为t＝6时的压缩曲线；

优选地，在本发明中，对于不同的第一削峰门限thr1可以采用不同的压缩曲线，如此可以最大限度的压缩带外噪声的***，以WIFI中OFDM信号为例，常规情况下，OFDM信号的PAPR为10dB到12.5dB之间，当t的值较大时， RAPP压缩曲线的线性区间较大，当信号幅值超过1时，超出部分将直接被削峰，此时的削峰效果将等同于直接限幅算法；

其中，不同的第一削峰门限thr1可采用不同曲率的压缩曲线进行压缩，若第一削峰门限较低，此时所能接受的压缩范围也就越大，因此可以选择t的值较小的压缩曲线；相反，若第一削峰门限thr1较高，此时所能接受的压缩范围也就越小，因此需要选择t的值较大的压缩曲线，优选地，在本发明实施例中，可以预先建立包含不同第一削峰门限thr1与不同参数t之间对应关系的对应关系表，并进行存储，在上述削峰处理方法中，在确定第一削峰门限thr1后，可以利用确定的第一削峰门限thr1在预先存储的对应关系表中查找对应的参数t，例如，所述对应关系表中包含以下对应关系：

若第一削峰门限thr1大于等于9dB，则参数t为6；

若第一削峰门限thr1小于9dB且大于等于6dB，则参数t为3；

若第一削峰门限thr1小于6dB且大于等于3dB，则参数t为2；

若第一削峰门限thr1小于等于3dB，则参数t为1.5；

其中，上述对应关系可根据不同的测试环境及需求进行相应的调整。

当确定第一削峰门限及参数t后，需要对待处理的OFDM信号功率的平均功率进行调整，以适应不同的参数t，从而得到合适的削峰值，最后需要经过滤波器来进一步压低带外噪声的***；

例如，参见图4，RAPP模型的参数t为2，待处理的OFDM信号的初始平均功率为-12.5dB，初始峰均比m为11dB，第一削峰门限thr1为7dB；

功率n的计算方法为，在所述RAPP模型的压缩曲线上的若干点对 (x1，f(x1))，(x2，f(x2))中，当满足x2-x1＝11且f(x2)-f(x1)＝7时，x1的值即为功率n的值，调整后的OFDM信号的平均功率位于[(n-0.25),(n+0.25)]；

即在上述过程中，当参数t确定后，根据信号的初始峰均比(即原始信号的峰均比)和第一削峰门限选择合适的输出幅值的最大值，在该示例中，最大值输出点不是对应压缩曲线的输出值为0dB的点，因为以0dB处的输出点作为压缩信号的最大值输出点所对应的压缩门限已经无法满足第一削峰门限；

在图4的示例中，通过上述方式可以得到调整后的OFDM信号的平均功率可以是-7.2dB，之后根据该平均功率将信号功率整体进行调整，然后按照压缩曲线进行压缩，压缩后的信号将经过低通滤波器进行带外噪声的压制，从而得到一次削峰后的信号，之后对一次削峰后的信号进行步骤S6中的二次削峰，使得削峰处理后的OFDM信号能够更易达到目标峰均比；

本发明实施例提供的削峰处理方法包含两次削峰过程，一次削峰采用 RAPP模型进行圆滑压缩削峰，可在PAPR降低的同时最大化的抑制带外噪声的***，从而提升信号发射功率，这样在采用直接限幅方式(hard CFR)对 OFDM信号进行再次限幅操作时，结果更易达到削峰处理的目标峰均比。

例如，在相同的削峰次数以及同一滤波参数的情况下，对本发明中的 (RAPP+hardCFR)二次削峰方式、现有的(hard CFR+hard CFR)二次削峰方式分别进行测试，根据测试的结果可以明显得出，本发明提供的二次削峰方式的带外噪声明显较低，并且经过相同的滤波器后，本发明中的(RAPP+hard CFR)二次削峰方式的峰值回弹明显低于现有的(hard CFR+hard CFR)二次削峰方式。

本发明实施例还提供了一种基于RAPP曲线压缩的削峰处理装置，包括：

其中，x为输入信号，abs()表示对复数信号取模；

本发明实施例还提供了一种OFDM发射机，包括上述的削峰处理装置。

本发明实施例还提供了一种OFDM发射机，包括处理器以及与所述处理器耦合的存储器，其中，所述存储器中存储有指令，以供所述处理器执行，当所述处理器执行所述指令时，能实现上述的削峰处理方法。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种基于RAPP曲线压缩的削峰处理方法，其特征在于，包括：

步骤S1，获取第一削峰门限thr1以及RAPP模型的参数t，其中，所述RAPP模型如下：

其中，x为输入信号，abs()表示对复数信号取模；

步骤S2，获取待处理的OFDM信号的初始峰均比m及初始平均功率，并根据所述初始峰均比m、所述第一削峰门限thr1计算适应所述RAPP模型的功率n，之后对所述待处理的OFDM信号进行平均功率调整，使调整后的OFDM信号的平均功率位于[(n-z),(n+z)]之间，z为预设的允许误差；

其中，功率n的计算方法为，在所述RAPP模型的压缩曲线上的若干点对(x1，f(x1))，(x2，f(x2))中，当满足x2-x1＝m且f(x2)-f(x1)＝thr1时，x1的值即为功率n的值；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一削峰门限thr1高于所述目标峰均比。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二削峰门限thr2低于所述目标峰均比。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1之前，所述方法还包括：获取用户输入的所述目标峰均比。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一削峰门限thr1和/或所述第二削峰门限thr2采用以下方式得到：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取RAPP模型的参数t包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对应关系表中包含以下对应关系：

若第一削峰门限thr1大于等于9dB，则参数t为6；

若第一削峰门限thr1小于9dB且大于等于6dB，则参数t为3；

若第一削峰门限thr1小于6dB且大于等于3dB，则参数t为2；

若第一削峰门限thr1小于等于3dB，则参数t为1.5。

9.一种基于RAPP曲线压缩的削峰处理装置，其特征在于，包括：

其中，x为输入信号，abs()表示对复数信号取模；

功率调整模块，用于获取待处理的OFDM信号的初始峰均比m及初始平均功率，并根据所述初始峰均比m、所述第一削峰门限thr1计算适应所述RAPP模型的功率n，之后对所述待处理的OFDM信号进行平均功率调整，使调整后的OFDM信号的平均功率位于[(n-z),(n+z)]之间，z为预设的允许误差；

第二处理模块，用于采用矩形窗方式并按照所述第二削峰门限thr2对恢复至所述初始平均功率的OFDM信号进行限幅处理，之后对限幅处理后的OFDM信号进行第二滤波处理。

10.一种OFDM发射机，其特征在于，包括权利要求9所述的削峰处理装置。

11.一种OFDM发射机，其特征在于，包括处理器以及与所述处理器耦合的存储器，其中，所述存储器中存储有指令，以供所述处理器执行，当所述处理器执行所述指令时，能实现根据权利要求1-8任一项所述的方法。