一种自适应峰均比抑制方法与流程

本发明涉及无线电通信技术，更具体地，本发明涉及一种自适应峰均比抑制方法，属于信息传输
技术领域：
。
背景技术：
：近年来，随着无线数据业务与用户需求的飞速发展，频谱资源日益紧张，高效调制方式不断发展和应用，如基于正弦波的正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)、基于椭圆球面波函数(ProlateSpheroidalWaveFunction,PSWF)的非正弦时域正交调制方式等，虽然能够一定程度上有效解决频带利用率的问题，但由于高效调制方式采用多路并行传输的方式，调制信号码元出现高峰值，信号峰均比(Peak-to-averagePowerRatio,PAPR)较高，易受功率放大器(nonlinearpoweramplifier,PA)非线性影响，导致信号带内、外失真，降低系统误码性能，因此，PAPR问题成为制约高效调制方式在卫星通信中应用的一个关键技术瓶颈，研究PAPR的抑制方法，能使高效调制技术成为卫星通信实用化技术，提高频带利用率和数据传输速率，对卫星通信系统整体性能改善具有重要意义。现有调制信号PAPR抑制方法主要分为两大类：预失真PAPR抑制技术和无失真PAPR抑制技术，相对于无失真PAPR抑制技术，预失真PAPR抑制技术算法复杂度低，更便于工程实现。针对OFDM调制信号的预失真PAPR抑制技术主要分为限幅、滤波(ClippingandFiltering,CF)、压扩变换(CompandingTransform,CT)等，无失真PAPR抑制技术主要分为编码(Coding)、选择性映射(SelectiveMapping,SLM)、部分传输序列(PartialTransmissionSequences,PTS)、单音保留(ToneReservation,TR)、星座扩展(ConstellationExtending)等。相对于OFDM调制信号，针对PSWF调制信号的预失真方法较少，且均为无失真PAPR抑制方法，算法复杂度高，不易于工程实现，舒根春等人从调制符号角度出发，提出了一种基于调制符号选择的调制信号PAPR抑制方法，但对调制信号的PAPR抑制能力有限，且以损失系统频带利用率为代价(舒根春,王红星.降低基于PSWF的非正弦调制信号PAR方法[J].信息传输与接入技术,2011,37(1):22-24)；陈昭男等人从正交PSWF脉冲集的特征向量加权表示入手，提出了一种基于Givens旋转的PAPR抑制方法，但算法复杂度较高(陈昭男,王红星,钟佩琳,等.基于Givens旋转变换的PSWF调制信号PAPR抑制方法[J].电子与信息学报,2013,35(6):1406-1412)。基于μ律压缩的PAPR抑制方法属于预失真PAPR抑制技术，X.Wang等人首次将μ律压缩应用于OFDM系统，有效抑制了OFDM调制信号PAPR(X.Wang,T.T.Tjhung,andC.S.Ng.Reductionofpeak-to-averagepowerratioofOFDMsystemusingacompandingtechnique[J].IEEETransactiononBroadcasting,1999,45(3):303-307)。自此之后，以μ律压缩为基础，针对OFDM调制信号的一系列PAPR抑制算法被提出，但存在难以实现在保持压缩前后信号平均功率不变的前提下，降低信号峰值的问题。技术实现要素：本发明的目的在于发明一种新的峰均比抑制方法。该方法能够根据输入信号自适应调节压缩参数，有效压缩信号峰值，降低PSWF调制信号PAPR。同时，保证压缩前后信号平均功率不变。对于信号峰值max(|x|)，随着参数A的增加，压缩后信号峰值越来越大，当A<max(|x|)时，max(|x|)为输入信号峰值，压缩后调制信号峰值小于压缩前，且μ值越小压缩后调制的峰值越大；当A>max(|x|)时，压缩后调制信号峰值大于压缩前，且μ值越小压缩后调制的峰值越小。同时，对于信号平均功率，随着参数A的增加，压缩后信号平均功率越来越大，当A值较小时，压缩后调制信号的平均功率小于压缩前，且μ值越小压缩后调制信号平均功率越大；当A值较大时，压缩后调制信号的平均功率大于压缩前，且μ值越小压缩后调制信号平均功率越小。基于上述分析可知，要实现对调制信号大幅值分量的压缩，有效抑制调制信号PAPR，需要较小的A值，要保证压缩前后信号功率不变，需要对压缩后信号进行增益；同时，不同信号拥有不同的数字特征，随着输入信号的变化而变化，因此，引入自适应思想，根据输入信号、压缩参数自适应调节参数A值和信号增益值K(μ,x(n))，实现在保证压缩前后信号功率不变的前提下，压缩信号峰值，抑制信号PAPR。本发明的目的是通过如下技术措施来达到：设计可调增益K(μ,x(n)),令K2(μ,x(n))=PbeforecompandPaftercompand=Σi=1N|ln(1+μ)x(n)|2(Aln(1+μ|x(n)|A))2---(1)]]>其中，Pbeforecompand为压缩前信号平均功率，Paftercompand为压缩后信号平均功率，μ为μ率压缩的参数，A=1NΣ1N|x(n)|---(2)]]>式中，x(n){n＝1,2,3···,N}为信号s(t)的离散化信号，N为一个码元周期的调制信号的采样点数。参数A、K(μ,x(n))根据输入信号变换而变换，实现保证压缩前后信号平均功率不变的前提下，对信号峰值的压缩、抑制信号PAPR，使PA有较高的功放效率。综上所述，本发明提出的自适应峰均比抑制方法，函数表达式为y(n)=K(u,x(n))·A·ln(1+μ|x(n)|A)ln(1+μ)·sgn(x(n)),n=1,2...,N---(3)]]>其中，sgn(·)为符号函数。附图说明以下参照附图对本发明具体实施方式和实施例作进一步说明，其中：图1是自适应峰均比抑制方法实现模型原理框图。图2是调制信号峰值随μ变化曲线。图3是调制信号平均功率随μ变化曲线。图4是调制信号经过PA前后归一化功率谱。图5是不同参数μ时，压缩前后信号的PAPR抑制特性曲线。图6是系统误码性能仿真曲线。如图1所示，为了能更明确说明本发明的实施例结构，在图1中标注了特定的结构和模块，这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、模块或环境中，根据具体需要本领域的普通技术人员可以将这些器件和模块进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求范围中。具体实施方式在以下的描述中，将描述本发明的多个不同方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可仅利用本发明的一部分或全部结构或流程来实施本发明。为了解释的明确性，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。由于本发明采用的具体技术均为本领域普通技术人员熟知的基本技术(如μ律压缩、功率放大器、匹配滤波解调等)，为了不混淆本发明，对于众多周知的特征将不再进行详细阐述。下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。调制原理如图1所示，可按如下步骤实施调制信号PAPR抑制：①在发射端，首先，E(|x(n)|)计算模块按式(2)，根据输入信号，计算输入调制信号绝对值均值的E(|x(n)|)，自适应调节参数A，如图1所示；②获取参数A后，利用信号压缩模块，按式y(n)=A·ln(1+μ|x(n)|A)ln(1+μ)·sgn(x(n)),n=0,1,2...,N-1---(4)]]>对调制信号进行压缩处理，计算信号y1(n)，如图1所示。③可调增益模块按式(1)，根据输入信号和压缩参数自适应调节K(μ,x(n))，保证压缩前后信号平均功率不变，如图1所示。④利用乘法运算模块将步骤②信号y1(n)与步骤③可调增益K(μ,x(n))相乘，计算自适应压扩算法的输出信号y(n)，如图1所示。⑤在接收端，对经过PA和信道的压缩PSWF调制信号，直接进行解调。实施例：为了更好说明本发明的实施步骤，同时展现本发明的优良特性，以下结合附图对本发明所提供的自适应峰均比抑制方法进行进一步描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。在现有基于椭圆球面波(ProlateSpheroidalWaveFunction,PSWF)的非正弦时域正交调制方法条件下，对本发明地实施步骤进行说明，根据自适应峰均比抑制方法的实施步骤，设置相关参数如下：椭圆球面波脉冲：频带1MHz～1.1MHz，划分为4个子波带，频谱交叠度为50％，时间带宽积c＝4Hz·s，每个子波带按能量聚集性由高到低，取前2阶PSWF脉冲；调制方式：基于PSWF的非正弦时域正交调制方法；功率放大器：选用Saleh模型，其AM-AM和AM-PM特性分别为式(1)所示，式中，参数取经典值αa＝2、βa＝1、α＝π/3、β＝1。信道条件：加性高斯白噪声信道(AWGN)；解调方式：匹配滤波解调；传输信息量：2×106bit。具体实施步骤如下：①在发射端，按式(2)，计算输入PSWF调制信号幅值绝对值的均值，自适应调节压缩参数A。②获取参数A后，按式(4)对PSWF调制信号进行压缩处理，计算信号y1(n)。③利用可调增益K(μ,x(n))计算模块，按式(1)计算可调增益K(μ,x(n))。④利用乘法运算模块将步骤②信号y1(n)与步骤③可调增益K(μ,x(n))相乘，计算自适应压扩算法的输出压缩后PSWF信号y(n)。⑤在接收端，对经过PA和信道的压缩PSWF调制信号，直接进行解调。在上述仿真条件下，按具体实施步骤对本发明进行仿真验证，调制信号峰值随μ变化曲线如图2所示，从图中可知，本发明能够有效压缩调制信号峰值，且随着μ值的增加，对调制信号峰值的抑制能力越来越大，能够有效解决原有基于μ率压缩的PAPR抑制方法，压缩前后峰值不变的问题，实现对峰值信号的压缩。调制信号平均功率随μ变化曲线如图3所示，从图中可知，调制信号经过本发明压缩前后信号平均功率相同，保证压缩前后功放IBO不变，PA有较高的功放效率。调制信号经过PA前后归一化功率谱如图4所示，从图中可知，经过本发明处理的调制信号通过PA时，较直接经过PA的功放失真信号，带外失真降低了约5dB，这表明本发明能够有效抑制调制信号PAPR，在一定程度上抑制PA对信号的非线性影响，改善调制信号频谱。不同参数μ时，压缩前后信号的PAPR抑制特性曲线如图5所示，从图中可知，本发明能够有效抑制调制信号PAPR，当μ＝1，CCDF＝10-4时，经过本发明处理后，PSWF调制信号PAPR分别为8dB和5.9dB，与原调制信号相比，处理后调制信号PAPR降低约2.1dB；同时，随着参数μ的增加，抑制PAPR的能力越来越强，这表明本发明是一种高效PAPR抑制方法。系统误码性能仿真曲线如图6所示，从图中可知，本发明能够一定程度上降低PA造成的信号带内失真，当参数μ＝1、误比特率为BER＝10-3时，较直接经过PA的功放失真信号性能提高约2.5dB。同时，从图中可知，随着参数μ的增加，本发明降低带内失真的能力先升高后降低，当参数μ较小时，抑制信号PAPR的能力较小，信号受PA非线性影响大；当参数μ较大时，抑制信号PAPR的能力增强，但对PSWF脉冲间正交性破坏严重，降低系统解调性能。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：总的来说，对于本发明提供的自适应峰均比抑制方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：①保证压缩前后信号平均功率不变。与基于μ压缩的PAPR抑制方法相比较，能够在保证压缩前后信号平均功率不变的情况下，实现对信号峰值压缩的基础上，抑制信号PAPR。②方法复杂度低、对PAPR抑制能力强。与传统的PSWF调制信号PAPR抑制方法相比较，在不扩展系统传输带宽、不降低系统频带利用的前提下，本发明算法复杂度低，抑制能力强。③应用范围广。本发明提供的自适应峰均比抑制方法不仅适用于PSWF调制信号PAPR抑制，同时还适用于OFDM调制信号的PAPR抑制、语音信号处理。最后需要说明的是，以上具体实施方式和实施例旨在说明本发明的技术方案而不是对技术方法的限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变换、应用和实施例都在本发明的精神和教导范围之内。当前第1页1 2 3