CN112671686B - 抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法及其装置、*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法,包括:获取噪声信号并根据噪声信号生成循环前缀;将循环前缀***子载波信号以生成载波信号;计算载波信号的峰均功率比以确定输出信号。本申请实施方式抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法中,通过在子载波信号中***噪声信号生成的循环前缀,能够使得多路子载波信号的初始相位相同或相近的概率减小,进而抑制载波信号的峰均功率比,根据载波信号的峰均功率比确定输出信号,能够降低输出信号发生畸变的概率,降低信号传输***的误码率,提高信号传输质量。本申请还公开了一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的装置、***、计算机设备和可读存储介质。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域,特别涉及一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法、装置、***、计算机设备和可读存储介质。
背景技术
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术因其高频谱效率、优秀的抗多径能力等优点,被广泛应用于各种通信场景中,例如4G无线通信***、电力线载波通、无线局域网等。然而,由于多路子载波信号叠加,当子载波信号的初始相位相同或相近时,会导致OFDM信号的峰值功率远远大于其平均功率值,即OFDM信号峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)过大。过大的信号峰均功率比会引起带外辐射和带内失真,导致信号发生畸变,进而导致信号传输***的误码率变大,影响信号传输质量。
发明内容
有鉴于此,本申请的实施例提供了一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法、装置、***、计算机设备和可读存储介质。
本申请提供了一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法,所述抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法包括以下步骤:
获取噪声信号并根据所述噪声信号生成循环前缀;
将所述循环前缀***子载波信号以生成载波信号;
计算所述载波信号的峰均功率比以确定输出信号。
在某些实施方式中,所述噪声信号的数量为多个,所述获取噪声信号并根据所述噪声信号生成循环前缀包括:
根据多个所述噪声信号生成多个预设长度的所述循环前缀;
所述将所述循环前缀***子载波信号以生成载波信号包括:
将多个所述循环前缀分别***对应的多路所述子载波信号以将所述子载波信号叠加生成载波信号。
在某些实施方式中,所述根据多个所述噪声信号生成多个预设长度的所述循环前缀包括:
根据白噪声分布规律在预设取值范围内生成多个所述噪声信号。
在某些实施方式中,所述计算所述载波信号的峰均功率比以确定输出信号包括:
计算多个所述峰均功率比以确定所述峰均功率比最小的载波信号为所述输出信号。
在某些实施方式中,所述抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法包括:
将传输数据转换为多组基带序列;
对多组所述基带序列进行极性转换并生成多路所述子载波信号。
在某些实施方式中,所述对多组所述基带序列进行极性转换并生成多路所述子载波信号包括:
将多组所述基带序列转换为极性码序列;
将所述极性码序列通过坐标变换转换成相位信息序列;
根据所述相位信息序列生成多路所述子载波信号。
本申请提供了一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的装置,所述抑制正交频分复用信号峰均功率比的装置包括:
获取模块,所述获取模块用于获取噪声信号并根据所述噪声信号生成循环前缀;
生成模块,所述生成模块用于将所述循环前缀***子载波信号以生成载波信号;
确定模块,所述确定模块用于计算所述载波信号的峰均功率比以确定输出信号。
本申请提供了一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的***,所述抑制正交频分复用信号峰均功率比的***包括发射端和接收端,所述发射端用于:
获取噪声信号并根据所述噪声信号生成循环前缀;
将所述循环前缀***子载波信号以生成载波信号;
计算所述载波信号的峰均功率比以确定输出信号并将所述输出信号发送至接收端;
所述接收端用于:
接收所述发射端发送的所述输出信号并进行解析以得到传输数据。
本申请提供了一种计算机设备,所述计算机设备包括一个或多个处理器和存储器,所述存储器存储有计算机程序,在所述计算机程序被所述处理器执行的情况下,实现上述任一实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的步骤。
本申请提供了一种存储有计算机程序的非易失性计算机可读存储介质,在所述计算机程序被一个或多个处理器执行的情况下,实现上述任一实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的步骤。
本申请实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法、装置、***、计算机设备和可读存储介质中,通过在子载波信号中***噪声信号生成的循环前缀,能够使得多路子载波信号的初始相位相同或相近的概率减小,进而抑制载波信号的峰均功率比,根据载波信号的峰均功率比确定输出信号,能够降低输出信号发生畸变的概率,降低信号传输***的误码率,提高信号传输质量。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是本申请某些实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的流程示意图。
图2是本申请某些实施方式的计算机设备的结构示意图。
图3是本申请某些实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的装置的模块示意图。
图4是本申请某些实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的流程示意图。
图5是本申请某些实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的子载波的示意图。
图6是本申请某些实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的效果示意图。
图7是本申请某些实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的流程示意图。
图8是本申请某些实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的流程示意图。
图9是本申请某些实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的流程示意图。
图10是本申请某些实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
请参阅图1,本申请提供了一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法,抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法包括以下步骤:
S10:获取噪声信号并根据噪声信号生成循环前缀;
S20:将循环前缀***子载波信号以生成载波信号;
S30:计算载波信号的峰均功率比以确定输出信号。
请参阅图2,本申请实施方式提供了一种计算机设备100。计算机设备100包括处理器102和存储器104,存储器104存储有计算机程序106,计算机程序106被处理器102执行时实现:获取噪声信号并根据噪声信号生成循环前缀;将循环前缀***子载波信号以生成载波信号;以及计算载波信号的峰均功率比以确定输出信号。其中,处理器102可以是计算机设备100为实施抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法而单独设置的处理器,也可以是计算机设备100自身的处理器,具体不做限定。
请参阅图3,本申请实施方式还提供了一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的装置110,本申请实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法可以由抑制正交频分复用信号峰均功率比的装置110实现。抑制正交频分复用信号峰均功率比的装置110包括获取模块112、生成模块114和确定模块116。S10可以由获取模块112实现,S20可以由生成模块114实现,S30可以由确定模块116实现。或者说,获取模块112用于获取噪声信号并根据噪声信号生成循环前缀,生成模块114用于将循环前缀***子载波信号以生成载波信号,确定模块116用于计算载波信号的峰均功率比以确定输出信号。
本申请实施方式还提供了一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的***,***包括发射端和接收端。其中,发射端用于:获取噪声信号并根据噪声信号生成循环前缀;将循环前缀***子载波信号以生成载波信号;计算载波信号的峰均功率比以确定输出信号并将输出信号发送至接收端。接收端用于:接收发射端发送的输出信号并进行解析以得到传输数据。
具体地,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是多载波传输方案的实现方式之一,OFDM通过将宽频率载波划分成多路带宽较小的正交子载波,并将高速数据信号通过串并变换转换成并行的低速子数据流,调制到在每一路子载波上进行传输,实现信号的发送和接收。由于每一路子载波的带宽均小于信道带宽,因此,OFDM可以有效克服频率选择性衰落。此外,由于OFDM任意子载波之间都是互相正交的,每一路子载波添加的循环前缀对其正交性没有影响,因此,在对某一路子载波进行积分解调时,可以消除其他子载波的干扰。
水声通信是一项在水下收发信息的技术。由于水声通信信道的复杂性,水声通信***设计所面临的较为重大的问题是频率选择性衰落和多径传播引起的码间干扰。由上可知,使用OFDM进行水声通信,并在OFDM每一路子载波中***循环前缀,能够在较大程度上克服水声通信的频率选择性衰落和信号的码间干扰。
本申请实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法、抑制正交频分复用信号峰均功率比的装置110、计算机设备100和抑制正交频分复用信号峰均功率比的***中,通过在子载波信号中***噪声信号生成的循环前缀,能够使得多路子载波信号的初始相位相同或相近的概率减小,进而抑制载波信号的峰均功率比,根据载波信号的峰均功率比确定输出信号,能够降低输出信号发生畸变的概率,降低信号传输***的误码率。
请参阅图4,在某些实施方式中,噪声信号的数量为多个,S10包括:
S101:根据多个噪声信号生成多个预设长度的循环前缀;
S20包括:
S201:将多个循环前缀分别***对应的多路子载波信号以将子载波信号叠加生成载波信号。
在某些实施方式中,S101可以由获取模块112实现,S201可以由生成模块114实现。或者说,获取模块112用于根据多个噪声信号生成多个预设长度的循环前缀,生成模块114用于将多个循环前缀分别***对应的多路子载波信号以将子载波信号叠加生成载波信号。
在某些实施方式中,处理器102用于根据多个噪声信号生成多个预设长度的循环前缀,以及用于将多个循环前缀分别***对应的多路子载波信号以将子载波信号叠加生成载波信号。
具体地,定义每一路子载波信号为其中Ti为每路子载波的码元周期数,为数字频率,为该路子载波调制的相位信息。定义子载波信号的路数为N,单个周期内子载波长度为L,循环前缀的长度为M,根据噪声信号生成的数组为Di(i=0,1,···,N-1)。
请参阅图5,截取载波后的子载波长度为M-Di的序列作为单个周期内子载波的起始序列,截取载波后的子载波长度为M+Di的序列作为单个周期内子载波的结束序列,能够得到长度为2M+L的子载波。也即是说,根据多个噪声信号生成的数组Di,得到多个预定长度为M的循环前缀,将多个循环前缀分别***对应的N路子载波信号中,并对子载波信号进行选择性映射,生成带有循环前缀的子载波信号x′i。例如,第一路子载波信号为第二路子载波信号为x′2=第三路、第四路、第i路子载波信号以此类推。
由于噪声信号的随机抖动性,噪声信号生成的数组Di也具有随机性,尽管各路子载波信号的预定长度均为M,但由于Di不尽相同,各子载波信号的初始相位也不相同。在多路子载波信号的初始相位不相同或不相近的情况下,载波信号的峰均功率比较低。
根据载波信号的峰均功率比确定输出信号,如此,能够降低输出信号发生畸变的概率,降低信号传输***的误码率,提高信号传输质量。
进一步地,循环前缀的预定长度可以根据使用场景、传输数据的种类、信号传输***的性能等参数设定,具体不做限定。例如,可以是20个采样点、40个采样点、80个采样点等。请参阅图6,图示为经过本实施例中循环前缀处理的峰均功率比和未经处理的峰均功率比的互补累积分布函数(Complementary Cumulative Distribution Function,CCDF)图像,易得,经过本实施例中循环前缀处理的峰均功率比抑制效果较佳,且循环前缀的预定长度取值不同时,均对峰均功率比有抑制效果,而具体取值多少对效果的影响较小。
请参阅图7,在某些实施方式中,S101包括:
S1011:根据白噪声分布规律在预设取值范围内生成多个噪声信号。
在某些实施方式中,S102可以由获取模块112实现。或者说,获取模块112用于根据白噪声分布规律在预设取值范围内生成多个噪声信号。
在某些实施方式中,处理器102用于根据白噪声分布规律在预设取值范围内生成多个噪声信号。
具体地,白噪声可以认为是在一定范围内随机抖动的噪声,根据白噪声分布规律生成噪声信号,能够保证根据噪声信号生成的数组为Di在预设取值范围内的随机性,从而能够降低子载波信号的初始相位相同或相近的概率,降低信号传输***的误码率。同时,由于信号传输***中普遍存在白噪音,在信号传输***的接收端已设置完毕白噪音的相关解析运算方法,因此,根据白噪声分布规律生成的噪声信号,根据该噪声信号生成循环前缀,只需在信号传输***的发射端设置相应的操作和运算方法,在接收端无需额外设置,如此,提高了信号传输***的通信效率和实时性。
需要说明地,预设取值范围可以根据使用场景、传输数据的种类、运算方法的种类等参数设定,具体不做限定。例如,可以是将白噪声信号的分布规律,设定取值范围为零点对称的-X~X。如此,能够较大程度地便利信号运算与解析的过程,减少计算量,提高计算效率。
请参阅图8,在某些实施方式中,S30包括:
S301:计算多个峰均功率比以确定峰均功率比最小的载波信号为输出信号。
在某些实施方式中,S301可以由确定模块116实现。或者说,确定模块116用于计算多个峰均功率比以确定峰均功率比最小的载波信号为输出信号。
在某些实施方式中,处理器102用于计算多个峰均功率比以确定峰均功率比最小的载波信号为输出信号。
循环步骤S10和S20,针对同一传输数据,根据噪声信号生成不同的循环前缀,将循环前缀***子载波信号中,生成不同的载波信号,计算每一个载波信号的峰均功率比,得到多个载波信号yi和对应的峰均功率比PAPRi,从中选取PAPR值最小的载波信号,作为最终的输出信号进行传输。
则信号传输***的接收端接收到的载波信号g=y*h+w,其中,y为PAPR值最小的载波信号,h为信号传输的信道,w为信道的环境噪声干扰。接收端对接收到的载波信号g进行串并转化,并将接收到的载波信号g拆分成多路子载波进行解调。
每路子载波信号的数字频率为根据正交性计算公式,得子载波之间根据R0可知,OFDM任意子载波之间都是互相正交的,每一路子载波中添加的循环前缀对其正交性没有影响,因此,在对某一路子载波进行积分解调时,可以消除其他子载波的干扰。接收端对载波信号g解调后,即可得到传输数据。
进一步地,根据载波信号的峰均功率比确定输出信号的方式可以根据使用场景、传输数据的种类、信号传输***的性能等参数设定,具体不做限定。在另一些实施例中,也可以预设定峰均功率比的阈值,在当前峰均功率比小于预设阈值时,确定当前载波信号为输出信号。
如此,能够根据具体情况,确定峰均功率比最小的载波信号为输出信号,从而降低输出信号发生畸变的概率,降低信号传输***的误码率,提高信号传输质量。
请参阅图9,在某些实施方式中,抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法包括:
S01:将传输数据转换为多组基带序列;
S02:对多组基带序列进行极性转换并生成多路子载波信号。
在某些实施方式中,S01和S02可以由生成模块114实现。或者说,生成模块114用于将传输数据转换为多组基带序列,以及用于对多组基带序列进行极性转换并生成多路子载波信号。
在某些实施方式中,处理器102用于将传输数据转换为多组基带序列,以及用于对多组基带序列进行极性转换并生成多路子载波信号。
具体地,将传输数据转换为基带序列Ai=[A0,A1,···,An-1](i=0,1,···,n-1),基带序列Ai通过串并转换后转换成N组,其中N为子载波信号的路数。对N组基带序列A′i进行极性转换,生成N路子载波信号,并在子载波信号中***噪声信号生成的循环前缀。
如此,能够使得多路子载波信号的初始相位相同或相近的概率减小,进而抑制载波信号的峰均功率比,根据载波信号的峰均功率比确定输出信号,能够降低输出信号发生畸变的概率,降低信号传输***的误码率。
请参阅图10,在某些实施方式中,S02包括:
S021:将多组基带序列转换为极性码序列;
S022:将极性码序列通过坐标变换转换成相位信息序列;
S023:根据相位信息序列生成多路子载波信号。
在某些实施方式中,S021-S023可以由生成模块114实现。或者说,生成模块114用于将多组基带序列转换为极性码序列,及用于将极性码序列通过坐标变换转换成相位信息序列,以及用于根据相位信息序列生成多路子载波信号。
在某些实施方式中,处理器204用于将多组基带序列转换为极性码序列,及用于将极性码序列通过坐标变换转换成相位信息序列,以及用于根据相位信息序列生成多路子载波信号。
具体地,对N组基带序列A′i进行极性转换,转换成极性码序列bi=[b1,b2,…,bn-1],并***基准码元b0。通过坐标变换,将极性码序列bi转换成相位信息序列根据相位信息序列生成多路子载波信号xi。其中,可能出现的相位信息为且可以理解地,多路子载波信号中,信号幅值、信号频率一致,子载波信号以各自的相位信息为区分,以此传递不同的数据。
如此,将基带序列转换为极性码序列,能够减小信号识别的出错率。此外,基准码元b0能够用于相对相移参考,提高信号的传输质量和传输效率。
在一些实施例中,将传输数据转换为基带序列Ai,通过串并转换将基带序列Ai转换成N组基带序列A′i,再将基带序列A′i转换为极性码序列bi,根据极性码序列bi的坐标转换得到相应的相位信息序列根据相位信息序列生成多路子载波信号xi。根据白噪音信号的分布规律,在预设取值范围内生成多个噪声信号Di,并根据噪声信号生成预设长度的循环前缀,将循环前缀***子载波信号xi中,生成载波信号yi。计算多次载波信号的峰均功率比,得到载波信号yi和对应的峰均功率比PAPRi,从中选取PAPR值最小的载波信号ymin,作为最终的输出信号进行传输。
如此,能够实现将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每一路子载波上进行传输,且能够使得多路子载波信号的初始相位相同或相近的概率减小,进而抑制载波信号的峰均功率比,根据载波信号的峰均功率比确定输出信号,能够降低输出信号发生畸变的概率,降低信号传输***的误码率,提高信号的传输质量和传输效率。
本申请实施方式还提供了一种非易失性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,在计算机程序被一个或多个处理器执行的情况下,实现上述任一实施方式的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,程序可存储于一非易失性计算机可读存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)等。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法,其特征在于,所述抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法包括以下步骤:
获取噪声信号并根据所述噪声信号生成循环前缀;
将所述循环前缀***子载波信号以生成载波信号;
计算所述载波信号的峰均功率比以确定输出信号;
所述获取噪声信号并根据所述噪声信号生成循环前缀,包括:根据多个噪声信号生成的数组Di,得到多个预定长度为M的循环前缀。
2.根据权利要求1所述的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法,其特征在于,所述噪声信号的数量为多个,所述获取噪声信号并根据所述噪声信号生成循环前缀包括:
根据多个所述噪声信号生成多个预设长度的所述循环前缀;
所述将所述循环前缀***子载波信号以生成载波信号包括:
将多个所述循环前缀分别***对应的多路所述子载波信号以将所述子载波信号叠加生成载波信号。
3.根据权利要求2所述的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法,其特征在于,所述根据多个所述噪声信号生成多个预设长度的所述循环前缀包括:
根据白噪声分布规律在预设取值范围内生成多个所述噪声信号。
4.根据权利要求1所述的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法,其特征在于,所述计算所述载波信号的峰均功率比以确定输出信号包括:
计算多个所述峰均功率比以确定所述峰均功率比最小的载波信号为所述输出信号。
5.根据权利要求1所述的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法,其特征在于,所述抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法包括:
将传输数据转换为多组基带序列;
对多组所述基带序列进行极性转换并生成多路所述子载波信号。
6.根据权利要求5所述的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法,其特征在于,所述对多组所述基带序列进行极性转换并生成多路所述子载波信号包括:
将多组所述基带序列转换为极性码序列;
将所述极性码序列通过坐标变换转换成相位信息序列;
根据所述相位信息序列生成多路所述子载波信号。
7.一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的装置,其特征在于,所述抑制正交频分复用信号峰均功率比的装置包括:
获取模块,所述获取模块用于获取噪声信号并根据所述噪声信号生成循环前缀;
生成模块,所述生成模块用于将所述循环前缀***子载波信号以生成载波信号;
确定模块,所述确定模块用于计算所述载波信号的峰均功率比以确定输出信号;
所述获取模块用于根据多个噪声信号生成的数组Di,得到多个预定长度为M的循环前缀。
8.一种抑制正交频分复用信号峰均功率比的***,其特征在于,所述抑制正交频分复用信号峰均功率比的***包括发射端和接收端,所述发射端用于:
获取噪声信号并根据所述噪声信号生成循环前缀;
将所述循环前缀***子载波信号以生成载波信号;
计算所述载波信号的峰均功率比以确定输出信号并将所述输出信号发送至接收端;
所述接收端用于:
接收所述发射端发送的所述输出信号并进行解析以得到传输数据;
获取噪声信号并根据所述噪声信号生成循环前缀,包括:
根据多个噪声信号生成的数组Di,得到多个预定长度为M的循环前缀。
9.一种计算机设备,其特征在于,所述计算机设备包括一个或多个处理器和存储器,所述存储器存储有计算机程序,在所述计算机程序被所述处理器执行的情况下,实现权利要求1-6中任意一项所述的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的步骤。
10.一种存储有计算机程序的非易失性计算机可读存储介质,其特征在于,在所述计算机程序被一个或多个处理器执行的情况下,实现权利要求1-6中任意一项所述的抑制正交频分复用信号峰均功率比的方法的步骤。
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