CN115987736A - 一种基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，根据多载波信号中，子载波信号的个数，通过抛物线相位公式确定每个子载波的初始相位，并根据每个子载波的初始频率，以及子载波的频率间隔，确定每个子载波的频率，最后将处理后的所有子载波信号在时域进行线性叠加，得到降低峰均比后的多载波信号。目的在于通过采用使用抛物线相位，可以抑制多个子载波时信号对信道非线性敏感的问题。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法。
背景技术
在存在多信号场景的复杂电磁环境模拟***中，当多个载波信号的相位相同或相近时，信号的瞬时功率会远远高于平均功率，当信号峰值进入功率放大器的非线性区域时，会产生很大的带内失真和带外辐射，从而导致***性能恶化。为了无失真的传输多载波信号，功率放大器应工作在大功率补偿的状态下，然而这会导致非常低的功率放大效率，极大地增加了发射机的成本，因此在多信号模拟***中，通过数字处理降低基带信号的峰均比，使得绝大部分的发射信号峰值进入放大器的线性范围内是很有必要的。
传统的降低信号峰均比的方法主要分为以下三类：限幅类方法、编码类方法及概率类方法。这三类都各有优缺点，主要体现在：1、限幅类方法是通过限幅、峰值加窗、峰值抵消来处理信号的峰值，该方法简单直接，计算复杂度低，但是采用的是非线性操作，会引入带内噪声和带外干扰，从而降低***的误比特性能和频谱效率；2、编码类方法是限制可用于传输的信号码字集合，只有幅度峰值低于设定的最大峰值的码字才能被选择用于传输，该方法不会使信号畸变，但计算复杂性大，编解码困难，信息速率和编码效率低；3、概率类方法的主要思想是显著减小大峰值功率信号出现的概率，优化多载波信号峰均比值的统计特性，从而达到降低***峰均比的目的，常用的如选择性映射、预留子载波等，这类方法一般具有较高的运算复杂度且需要向接收端发送额外的边带信息。
发明内容
本发明为了解决降低信号峰均比的问题，提供了一种新的基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，该方法针对各子载波等频率间隔的多载波信号，从产生高峰均比原理出发，通过合理设置多载波信号的初始相位，达到降低多信号峰均比的目的，进而改善功率放大器线性和效率。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，包括以下步骤：
S1：根据多载波信号中，子载波信号的个数，通过抛物线相位公式确定每个子载波的初始相位；
S2：根据每个子载波的初始频率，以及子载波的频率间隔，确定每个子载波的频率；
S3：将基带信号分别搬移至确定最小初始相位后的每个子载波上；
S4：将步骤S3中，处理后的所有子载波信号在时域进行线性叠加，得到降低峰均比后的多载波信号。
优选的，步骤S1中所述的通过抛物线相位公式确定每个子载波的初始相位具体为：
其中，
为初始相位，N为子载波信号的个数。
优选的，步骤S3中，基带信号为单音信号，或者为经过相移键控、正交幅度调制、频移键控任意一种进行调制后的信号。
优选的，步骤S2中，确定每个子载波的频率为：
其中，f0为子载波的初始频率，Δf为子载波间隔，f(i)为子载波的频率；相邻子载波之间的间隔Δf相等。
优选的，步骤S3中，通过如下公式将基带信号搬移至每个子载波上：
其中，x(t)为基带信号，j为复数，si(t)为子载波信号。
优选的，步骤S4中，将所有子载波信号在时域进行线性叠加的具体公式为：
优选的，多载波信号的载波个数不小于两个。
本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的新方法，通过抛物线相位抑制，可以使得在子载波个数较多的情况下，所计算出的PAPR(峰均比)较为稳定，可以克服随着子载波个数的增加，信号对信道非线性敏感的问题，避免了在饱和区附近的高功率放大器引起的非线性失真。
附图说明
图1为本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，包括以下步骤：
S1：根据多载波信号中，子载波信号的个数，通过抛物线相位公式确定每个子载波的初始相位；
对于包含N个子载波且子载波频率间隔相等的多载波***，输出的复基带信号可表示为:
其中，x(t)为基带信号(中心频率为0的信号)，可以是经过相移键控(PSK)、正交幅度调制(QAM)、频移键控(FSK)等任意一种进行调制后的信号，或者为单音信号，N为子载波个数，f0为S(t)的基本频率，Δf为相邻子载波之间的频率间隔，t为信号持续时间，
为每个子载波初始相位。
假设x(t)为单音信号，则具有N根谱线的多载波信号S(t)的瞬时包络功率为(x(t)是单个基带信号，S(t)是由x(t)构成的多载波信号)：
多载波***的峰均比(PAPR)是信号S(t)瞬时功率的最大值与功率期望的比值，数学表达式可表示为：
式中，P0(t)由N-1个与f0无关的求和项组成，具体公式为：
减小PAPR就是要寻找能使得P0(t)最小的初始相位
对于所有的N≥2，本发明选择如下抛物线相位公式确定每个子载波的初始相位：
其中，
为初始相位，N为子载波信号的个数。
S2：根据每个子载波的初始频率，以及子载波的频率间隔，确定每个子载波的频率；
确定初始相位后，根据子载波初始频率f0和子载波间隔Δf确定每个子载波的频率f(i)：
其中，f0为子载波的初始频率，Δf为子载波间隔，f(i)为子载波的频率；相邻子载波之间的间隔Δf相等。
S3：将基带信号分别搬移至确定最小初始相位后的每个子载波上；通过如下公式将基带信号搬移至每个子载波上：
其中，x(t)为基带信号，j为复数，si(t)为子载波信号。
S4：将步骤S3中，处理后的所有子载波信号在时域进行线性叠加，得到降低峰均比后的多载波信号。按如下公式将N个子载波进行线性叠加即可实现低PAPR的多载波信号。
将所有子载波信号在时域进行线性叠加的具体公式为：
实施例
利用上述基于抛物线相位进行初始相位计算的公式，本发明中，分别统计了不同类型的基带信号(单音，四相相移键控QPSK，十六相正交幅度调制16QAM)在不同子载波个数下的PAPR(单位为dB)，结果如下表所示。
从上表可以看出，同一信号类型下，当子载波的个数比较少时，三种方法计算的PAPR基本一致，然而随着子载波个数的增加，抛物线相位计算的PAPR趋于稳定，且相较于固定相位和随机相位，峰均比抑制非常明显，本发明中的固定相位为0°，随机相位为在0°到360°之间的随机值。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形、变型、修改、替换，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据多载波信号中，子载波信号的个数，通过抛物线相位公式确定每个子载波的初始相位；
S2：根据每个子载波的初始频率，以及子载波的频率间隔，确定每个子载波的频率；
S3：将基带信号分别搬移至确定最小初始相位后的每个子载波上；
S4：将步骤S3中，处理后的所有子载波信号在时域进行线性叠加，得到降低峰均比后的多载波信号。
2.根据权利要求1所述的基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，其特征在于：步骤S1中所述的通过抛物线相位公式确定每个子载波的初始相位具体为：
其中，
为初始相位，N为子载波信号的个数。
3.根据权利要求2所述的基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，其特征在于：步骤S3中，基带信号为单音信号，或者为经过相移键控、正交幅度调制、频移键控任意一种进行调制后的信号。
4.根据权利要求3所述的基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，其特征在于：步骤S2中，确定每个子载波的频率为：
f(i)＝f0+Δf*i,i＝0,1,...,N-1
其中，f0为子载波的初始频率，Δf为子载波间隔，f(i)为子载波的频率；相邻子载波之间的间隔Δf相等。
5.根据权利要求4所述的基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，其特征在于：步骤S3中，通过如下公式将基带信号搬移至每个子载波上：
其中，x(t)为基带信号，j为复数，si(t)为子载波信号。
6.根据权利要求5所述的基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，其特征在于：步骤S4中，将所有子载波信号在时域进行线性叠加的具体公式为：
7.根据权利要求1所述的基于抛物线相位抑制多载波信号峰均比的方法，其特征在于：多载波信号的载波个数不小于两个。
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| CN106571854A (zh) * | 2016-11-05 | 2017-04-19 | 北京晓程科技股份有限公司 | 电力载波ofdm***频率域帧检测同步方法及装置 |
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- 2022-12-19 CN CN202211632291.7A patent/CN115987736A/zh active Pending
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