CN114978834A - 多载波***的峰均比抑制方法、装置以及存储介质 - Google Patents

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CN114978834A CN202110210484.2A CN202110210484A CN114978834A CN 114978834 A CN114978834 A CN 114978834A CN 202110210484 A CN202110210484 A CN 202110210484A CN 114978834 A CN114978834 A CN 114978834A
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欧亮
段勇
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Abstract

本公开提供了一种多载波***的峰均比抑制方法、装置以及存储介质，涉及通信技术领域，其中的方法包括：设置压扩函数；压扩函数包括分段非线性压扩函数，用于对多载波信号经过调制后的时域信号进行压扩变换处理；确定与压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值以及压扩函数的修成参数；使用压扩函数，对多载波信号经过调制后的时域信号幅值进行压扩变换处理，用以进行峰均比抑制。本公开的方法、装置以及存储介质，能够更好地实现功率补偿，减少对***其他性能的影响；同时通过引入压扩失真功率来衡量由压扩带来的失真大小，从而进行参数的优化，可以在有效降低多载波***峰均比的同时减小由于压扩变换而引入的失真。

Description

多载波***的峰均比抑制方法、装置以及存储介质
技术领域
本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种多载波***的峰均比抑制方法、装置以及存储介质。
背景技术
UFMC(Universal filtered multicarrier，通用滤波多载波)是结合了OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，正交频分复用)和FBMC(Filtered BankMulti-Carrier，滤波器组多载波)的一些优点提出的一种新型多载波技术，将频谱划分成一系列包含若干个子载波的子带，然后对每个子带进行滤波操作。UFMC作为未来移动通信的新型多载波，采用基于子带的滤波方式，具有带外辐射小，抗时频偏干扰能力强，支持异步通信等优势。但是，UFMC***存在峰均比过高的问题，从而导致功率放大器的效率降低，影响***性能，并且，现有的峰均比抑制方案对于PAPR(峰均功率比)的降低不显著，或者引入较为严重的压扩失真。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种多载波***的峰均比抑制方法、装置以及存储介质。
根据本公开的第一方面，提供一种多载波***的峰均比抑制方法，包括：设置压扩函数；其中，所述压扩函数包括分段非线性压扩函数，用于对多载波信号经过调制后的时域信号进行压扩变换处理；确定与所述压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值以及所述压扩函数的修成参数；使用所述压扩函数，对多载波信号经过调制后的时域信号幅值进行压扩变换处理，用以进行峰均比抑制。
可选地，所述压扩函数为三段式的非线性压扩函数，所述信号幅度阈值包括：转折点和截断点；所述对多载波信号经过调制后的时域信号幅值进行压扩变化处理包括：当所述时域信号幅值小于所述转折点时，使所述时域信号幅值保持不变；当所述时域信号幅值大于或等于所述转折点并且小于所述截断点时，对所述时域信号幅值进行非线性扩张变换处理，并且保持此时域信号的相位不变，用以实现功率补偿；当所述时域信号幅值大于或等于所述截断点时，将所述时域信号幅值设置为所述截断点，并且保持此时域信号的相位不变。
可选地，所述确定与所述压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值包括：根据预设的功放参数，确定多载波信号的最大峰均比PAPR；基于所述最大PAPR计算所述压扩函数的截断点。
可选地，所述确定与所述压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值以及修成参数包括：设置所述压扩函数的约束条件，以使所述时域信号在进行压扩变换处理前、后的平均功率保持不变；设置压扩失真功率，基于所述压扩失真功率确定所述转折点以及所述压扩函数的修正参数。
可选地，所述压扩函数为：
Figure BDA0002952075200000021
其中，Ae和Ac分别是所述压扩函数的转折点和截断点；a、d分别是所述压扩函数的修正参数，x为多载波信号经过调制后的时域信号。
可选地，所述多载波***包括：UFMC***、OFDM***、FBMC***；所述多载波信号包括：UFMC信号、OFDM信号、FBMC信号。
根据本公开的第二方面，提供一种多载波***的峰均比抑制装置，包括：函数设置模块，用于设置压扩函数；其中，所述压扩函数包括分段非线性压扩函数，用于对多载波信号经过调制后的时域信号进行压扩变换处理；参数确定模块，用于确定与所述压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值以及所述压扩函数的修成参数；压扩处理模块，用于使用所述压扩函数，对多载波信号经过调制后的时域信号幅值进行压扩变换处理，用以进行峰均比抑制。
可选地，所述压扩函数为三段式的非线性压扩函数，所述信号幅度阈值包括：转折点和截断点；所述压扩处理模块，用于当所述时域信号幅值小于所述转折点时，使所述时域信号幅值保持不变；当所述时域信号幅值大于或等于所述转折点并且小于所述截断点时，对所述时域信号幅值进行非线性扩张变换处理，并且保持此时域信号的相位不变，用以实现功率补偿；当所述时域信号幅值大于或等于所述截断点时，将所述时域信号幅值设置为所述截断点，并且保持此时域信号的相位不变。
可选地，所述参数确定模块，具体用于根据预设的功放参数，确定多载波信号的最大峰均比PAPR；基于所述最大PAPR计算所述压扩函数的截断点。
可选地，所述参数确定模块，具体用于设置所述压扩函数的约束条件，以使所述时域信号在进行压扩变换处理前、后的平均功率保持不变；设置压扩失真功率，基于所述压扩失真功率确定所述转折点以及所述压扩函数的修正参数。
可选地，所述压扩函数为：
Figure BDA0002952075200000031
其中，Ae和Ac分别是所述压扩函数的转折点和截断点；a、d分别是所述压扩函数的修正参数，x为多载波信号经过调制后的时域信号。
可选地，所述多载波***包括：UFMC***、OFDM***、FBMC***；所述多载波信号包括：UFMC信号、OFDM信号、FBMC信号。
根据本公开的第三方面，提供一种多载波***的峰均比抑制装置，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如上所述的方法。
根据本公开的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行如上的方法。
本公开的多载波***的峰均比抑制方法、装置以及存储介质，通过将分段压扩函数的第二段改进为非线性，能够更好地实现功率补偿，减少对***其他性能的影响；同时通过引入压扩失真功率来衡量由压扩带来的失真大小，从而进行参数的优化，根据实际场景要求灵活选择更适合的压扩函数平衡***综合性能；可以在有效降低多载波***峰均比的同时减小由于压扩变换而引入的失真，从而改善多载波***的综合性能。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为根据本公开的多载波***的峰均比抑制方法的一个实施例的流程示意图；
图2为根据本公开的多载波***的峰均比抑制方法的一个实施例的处理示意图；
图3为压扩函数的输入输出曲线示意图；
图4为压扩失真与参数的仿真关系示意图；
图5为根据本公开的多载波***的峰均比抑制装置的一个实施例的模块示意图；
图6为根据本公开的多载波***的峰均比抑制装置的另一个实施例的模块示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本公开进行更全面的描述，其中说明本公开的示例性实施例。下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。下面结合各个图和实施例对本公开的技术方案进行多方面的描述。
下文中的“第一”、“第二”等仅用于描述上相区别，并没有其它特殊的含义。
图1为根据本公开的多载波***的峰均比抑制方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示：
步骤101，设置压扩函数；其中，压扩函数包括分段非线性压扩函数，用于对多载波信号经过调制后的时域信号进行压扩变换处理。
在一个实施例中，多载波***包括UFMC***、OFDM***、FBMC***等；多载波信号包括UFMC信号、OFDM信号、FBMC信号等。
步骤102，确定与压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值以及压扩函数的修成参数。
步骤103，使用压扩函数，对多载波信号经过调制后的时域信号幅值进行压扩变换处理，用以进行峰均比抑制。
本公开的多载波***的峰均比抑制方法提供一种分段非线性压扩方案，如图2所示，通过对多载波信号调制后的时域信号幅值进行压扩变换，实现多载波***的峰均比抑制，从而改善***的PAPR性能。
在一个实施例中，压扩函数为三段式的非线性压扩函数，信号幅度阈值包括转折点和截断点。对多载波信号经过调制后的时域信号幅值进行压扩变化处理可以采用多种方法。例如，当时域信号幅值小于转折点时，使时域信号幅值保持不变；当时域信号幅值大于或等于转折点并且小于截断点时，对时域信号幅值进行非线性扩张变换处理，并且保持此时域信号的相位不变，用以实现功率补偿；当时域信号幅值大于或等于截断点时，将时域信号幅值设置为截断点，并且保持此时域信号的相位不变。
通过将分段压扩函数的第二段改进为非线性，能够更好地实现功率补偿,减少对***其他性能的影响；同时通过引入压扩失真功率来衡量由压扩带来的失真大小，从而进行参数的优化，根据实际场景要求灵活选择更适合的压扩函数平衡***综合性能。
在一个实施例中，单个信号的功率的增加不仅由增加的幅值Δx决定，也受信号自身幅值x大小的影响，并且，当功率的增值相同时，对大幅值信号进行压扩产生的失真小于对小信号进行压扩，所以设计压扩函数时应对大幅值信号进行小幅度压缩，从而尽可能减小压扩失真。
压扩函数为：
Figure BDA0002952075200000061
其中，Ae和Ac分别是压扩函数的转折点和截断点；a、d分别是压扩函数的修正参数，x为多载波信号经过调制后的时域信号，|x|为多载波信号经过调制后的时域信号的幅值。
压扩函数的输入输出曲线如图3所示，压扩函数分为三段：信号幅值小于Ae的小幅值信号保持不变；幅值介于Ae和Ac之间的信号做非线性扩张变换实现功率补偿，信号的相位不变；幅值大于Ac的信号将幅值截断为Ac，相位保持不变。
确定与压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值可以采用多种方法。例如，根据预设的功放参数，确定多载波信号的最大峰均比PAPR；基于最大PAPR计算压扩函数的截断点。
确定与压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值以及修成参数可以采用多种方法。例如，设置压扩函数的约束条件，以使时域信号在进行压扩变换处理前、后的平均功率保持不变；设置压扩失真功率，基于压扩失真功率确定转折点以及压扩函数的修正参数。
在一个实施例中，(1)UFMC***在不同的功放配置和应用场景下，会有不同的峰均比要求和误码率要求；(2)根据具体场景下功放参数，确定UFMC发射信号的最大峰均比PAPRpreset，设置PAPR的定义式：
Figure BDA0002952075200000062
根据上述公式计算得到压扩函数的截断为：
Ac＝σx10PAPRpreset/20。
(3)压扩前后应保证UFMC信号的平均功率保持不变。但是，因为|x[n]|是一个非平稳瑞利随机过程，所以为了保证压扩前后的信号功率保持不变，则要求c(x)也必须是时变的，即每个采样时刻的信号在压扩前后功率保持不变，这需要在每个采样时刻计算调整压扩函数的对应参数使得此采样时刻下压扩前后信号功率一致，非常难以实现；所以只要保证压扩前后信号的整体平均功率保持不变即可，则压扩函数c(x)应该满足约束条件：
E{|xc[n]|2}＝E{|x[n]|2}
Figure BDA0002952075200000071
Figure BDA0002952075200000072
其中，xc[n]指经过压扩变换后的信号，即xc[n]＝c(x[n])。
(4)引入压扩失真功率公式：
Figure BDA0002952075200000073
(5)将上述(2)、(3)中的约束条件以及压扩函数的截断带公式入(4)中的压扩失真功率公式中，简化得到压扩失真的表达式包含d和Ae两个自由度。借助仿真确定最优压扩函数。
如图4所示，由压扩失真σc 2与参数d、Ae的仿真关系图可知：
1、当参数d确定时，压扩失真σc 2随着Ae的增大而先减小后增大，则曲线最低点横坐标即为使压扩失真
Figure BDA0002952075200000074
取最小时的Ae的取值。且当截断点Ac的取值不同，对应有不同的最小压扩失真σc 2以及使压扩失真最小的Ae的取值；
2、当截断点Ac确定时，不同d取值时的σc 2-Ae关系曲线在最低点重合，即压扩失真σc 2的最小值及使压扩失真取最小的Ae的取值由截断点Ac唯一确定。
通过仿真找到使压扩失真最小化的d和Ae的取值，得到其对应的最优压扩函数。可以采用现有的多种方法确定Ac的取值。
上述实施例中的多载波***的峰均比抑制方法，通过将分段压扩函数的第二段改进为非线性，能够更好地实现功率补偿，减少对***其他性能的影响；采用分段非线性压扩方案的函数形式，并且在分段非线性压扩函数中多个自由度的引入，可以通过调整参数平衡***的综合性能以适用不同应用场景；在参数确定时引入压扩失真衡量压扩对***误码率的影响，从而进行参数优化；借助仿真寻求参数最优解，从而确定最优函数。上述实施例中的多载波***的峰均比抑制方法不依赖UFMC***特性，支持在OFDM、FBMC等其他多载波***上使用。
在一个实施例中，如图5所示，本公开提供一种多载波***的峰均比抑制装置50，包括函数设置模块51、参数确定模块52和压扩处理模块53。函数设置模块51设置压扩函数；其中，压扩函数包括分段非线性压扩函数，用于对多载波信号经过调制后的时域信号进行压扩变换处理。参数确定模块52确定与压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值以及压扩函数的修成参数。压扩处理模块53使用压扩函数，对多载波信号经过调制后的时域信号幅值进行压扩变换处理，用以进行峰均比抑制。
在一个实施例中，压扩函数为三段式的非线性压扩函数，信号幅度阈值包括转折点和截断点。当时域信号幅值小于转折点时，压扩处理模块53使时域信号幅值保持不变；当时域信号幅值大于或等于转折点并且小于截断点时，压扩处理模块53对时域信号幅值进行非线性扩张变换处理，并且保持此时域信号的相位不变，用以实现功率补偿；当时域信号幅值大于或等于截断点时，压扩处理模块53将时域信号幅值设置为截断点，并且保持此时域信号的相位不变。
参数确定模块52根据预设的功放参数，确定多载波信号的最大峰均比PAPR，基于最大PAPR计算压扩函数的截断点。参数确定模块52设置压扩函数的约束条件，以使时域信号在进行压扩变换处理前、后的平均功率保持不变。参数确定模块52设置压扩失真功率，基于压扩失真功率确定转折点以及压扩函数的修正参数。
在一个实施例中，图6为根据本公开的多载波***的峰均比抑制装置的另一个实施例的模块示意图。如图6所示，该装置可包括存储器61、处理器62、通信接口63以及总线64。存储器61用于存储指令，处理器62耦合到存储器61，处理器62被配置为基于存储器61存储的指令执行实现上述的多载波***的峰均比抑制方法。
存储器61可以为高速RAM存储器、非易失性存储器(non-volatile memory)等，存储器61也可以是存储器阵列。存储器61还可能被分块，并且块可按一定的规则组合成虚拟卷。处理器62可以为中央处理器CPU，或专用集成电路ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit)，或者是被配置成实施本公开的多载波***的峰均比抑制方法的一个或多个集成电路。
在一个实施例中，本公开提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，指令被处理器执行时实现如上任一个实施例中的多载波***的峰均比抑制方法。
上述实施例提供的多载波***的峰均比抑制方法、装置以及存储介质，通过将分段压扩函数的第二段改进为非线性，能够更好地实现功率补偿，减少对***其他性能的影响；同时通过引入压扩失真功率来衡量由压扩带来的失真大小，从而进行参数的优化，根据实际场景要求灵活选择更适合的压扩函数平衡***综合性能；具有较低的实现复杂度，可以在有效降低多载波***峰均比的同时减小由于压扩变换而引入的失真，从而改善多载波***的综合性能。
可能以许多方式来实现本公开的方法和***。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和***。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (14)

1.一种多载波***的峰均比抑制方法，包括：
设置压扩函数；其中，所述压扩函数包括分段非线性压扩函数，用于对多载波信号经过调制后的时域信号进行压扩变换处理；
确定与所述压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值以及所述压扩函数的修成参数；
使用所述压扩函数，对多载波信号经过调制后的时域信号幅值进行压扩变换处理，用以进行峰均比抑制。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述压扩函数为三段式的非线性压扩函数，所述信号幅度阈值包括：转折点和截断点；所述对多载波信号经过调制后的时域信号幅值进行压扩变化处理包括：
当所述时域信号幅值小于所述转折点时，使所述时域信号幅值保持不变；
当所述时域信号幅值大于或等于所述转折点并且小于所述截断点时，对所述时域信号幅值进行非线性扩张变换处理，并且保持此时域信号的相位不变，用以实现功率补偿；
当所述时域信号幅值大于或等于所述截断点时，将所述时域信号幅值设置为所述截断点，并且保持此时域信号的相位不变。
3.如权利要求2所述的方法，所述确定与所述压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值包括：
根据预设的功放参数，确定多载波信号的最大峰均比PAPR；
基于所述最大PAPR计算所述压扩函数的截断点。
4.如权利要求2所述所述的方法，所述确定与所述压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值以及修成参数包括：
设置所述压扩函数的约束条件，以使所述时域信号在进行压扩变换处理前、后的平均功率保持不变；
设置压扩失真功率，基于所述压扩失真功率确定所述转折点以及所述压扩函数的修正参数。
5.如权利要求4所述的方法，其中，
所述压扩函数为：
Figure FDA0002952075190000021
其中，Ae和Ac分别是所述压扩函数的转折点和截断点；a、d分别是所述压扩函数的修正参数，x为多载波信号经过调制后的时域信号。
6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其中，
所述多载波***包括：UFMC***、OFDM***、FBMC***；
所述多载波信号包括：UFMC信号、OFDM信号、FBMC信号。
7.一种多载波***的峰均比抑制装置，包括：
函数设置模块，用于设置压扩函数；其中，所述压扩函数包括分段非线性压扩函数，用于对多载波信号经过调制后的时域信号进行压扩变换处理；
参数确定模块，用于确定与所述压扩函数的分段点相对应的信号幅度阈值以及所述压扩函数的修成参数；
压扩处理模块，用于使用所述压扩函数，对多载波信号经过调制后的时域信号幅值进行压扩变换处理，用以进行峰均比抑制。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述压扩函数为三段式的非线性压扩函数，所述信号幅度阈值包括：转折点和截断点；
所述压扩处理模块，用于当所述时域信号幅值小于所述转折点时，使所述时域信号幅值保持不变；当所述时域信号幅值大于或等于所述转折点并且小于所述截断点时，对所述时域信号幅值进行非线性扩张变换处理，并且保持此时域信号的相位不变，用以实现功率补偿；当所述时域信号幅值大于或等于所述截断点时，将所述时域信号幅值设置为所述截断点，并且保持此时域信号的相位不变。
9.如权利要求8所述的装置，其中，
所述参数确定模块，具体用于根据预设的功放参数，确定多载波信号的最大峰均比PAPR；基于所述最大PAPR计算所述压扩函数的截断点。
10.如权利要求8所述所述的装置，其中，
所述参数确定模块，具体用于设置所述压扩函数的约束条件，以使所述时域信号在进行压扩变换处理前、后的平均功率保持不变；设置压扩失真功率，基于所述压扩失真功率确定所述转折点以及所述压扩函数的修正参数。
11.如权利要求10所述的装置，其中，
所述压扩函数为：
Figure FDA0002952075190000031
其中，Ae和Ac分别是所述压扩函数的转折点和截断点；a、d分别是所述压扩函数的修正参数，x为多载波信号经过调制后的时域信号。
12.如权利要求7至11任一项所述的装置，其中，
所述多载波***包括：UFMC***、OFDM***、FBMC***；
所述多载波信号包括：UFMC信号、OFDM信号、FBMC信号。
13.一种多载波***的峰均比抑制装置，包括：
存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
14.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质非暂时性地存储有计算机指令，所述指令被处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的方法。
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