CN101867541B - 一种信号波峰削除的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号波峰削除的方法，包括以下步骤：计算输入信号x(t)的幅度和相位，当所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，将所述信号减去门限值，得到噪声信号；将所述噪声信号进行成型滤波处理，得到同频谱的噪声信号；将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)减去所述同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。本发明提出的技术方案简洁、高效，具体实现时消耗较少的硬件设备资源，处理时延小，即使对于随机出现的超过门限的信号峰值也能有效削峰，从而降低信号的峰均比。

Description

一种信号波峰削除的方法及设备

技术领域

本发明涉及移动通信领域，具体而言，本发明涉及一种信号波峰的削除方法及设备。

背景技术

在移动通信系统中，为了不失真地传输无线信号，对发射端的线性度要求很高，当系统发射的信号的峰均比PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)太大时，首先过大的功率会造成很大浪费，其次太大的峰均比使得系统的性能急剧恶化，太大的峰均比将直接影响整个系统的运行成本和效率，因此需要寻找降低峰值平均功率比的方法。此外，当信号是有多个子载波组成时，如果子载波的峰均比过高会导致信号的非线性失真，破坏子载波之间的正交性，增加带外干扰，使系统性能恶化，因此如何合理有效地削除峰值信号功率点成为关键问题。

现有技术针对削除信号峰值主要有两种算法：PC-CFR(PeakCancellation Crest Factor Reduction，峰值对消波峰因子降低)算法和循环限幅算法。

PC-CFR算法寻找每一次超过门限的峰值功率点，通过对每一个峰值功率点进行脉冲对削，使得信号功率全都下降到削峰门限之下。对于PC-CFR算法，其缺点是，如果一个频段内存在很多载波或者子载波，并且这些载波的频点分配具有一定的随机性时，或者在连续的一段时间内存在许多峰值功率点或者超过门限的信号数量众多时，就没有足够多的削峰器，不能很好的削除峰值功率。

循环限幅算法采用限幅技术降低信号的峰均功率比值，信号幅度一旦超过设定的门限就被限制掉。限幅过程由下面的等式来实现：

其中，|X(n)|为限幅前的信号，y为限幅后的信号。由等式可知，限幅后的信号幅度将限制在A内。

限幅是一个非线性过程，它将导致严重的带内噪声和带外干扰，从而降低整个系统的误比特率性能和频谱效率。如果数字信号被直接限幅，限幅噪声将全部落在带内，并且不能通过滤波操作减小这些噪声。为了避免这种混叠现象，可以在输入数据后填充0，并采用更长的IFFT过程来过采样原始的数据块，如图1所示，为差值后限幅滤波原理图，A_j经过插0、进行IFFT、FFT变换得到C_j，即输入数据在频域带外填充0后，做IFFT变换到时域进行硬削峰操作，这样必然会带来带外干扰，那么将削峰后的信号做FFT变换回频域，将输入带外填0的部分仍然置为0，也就是C_j输入的处理，这样减少了带外干扰。限幅后需要通过滤波来消除带外限幅噪声，虽然滤波会导致峰值再生，但比限幅前的信号峰值要小的多。因此，可以通过多次限幅滤波过程来进一步降低信号的峰值。重复限幅滤波可以显著降低信号的PAPR值，每次限幅滤波过程都能进一步改善信号的PAPR特性。

为了测试上述算法的可行性，使用OFDM数据源，时域的信号源，采样率为30.72M。整个测试系统分为四部分：限幅、FFT变换、去除频域外噪声、IFFT。设计中峰均比暂定为Target＝6.0dB，即阈值为0.7092。评估的资源如下：

器件系列	资源大小	性能
			Virtex-5XC5VLX220FPGA	逻辑资源：5193块RAM：24乘法器：83	30.72M

资源评估是在SYSGEN模型中用Resource Estimator实现的，选择的器件是XILINX公司的Virtex-5XC5VLX220器件，时延是120us。

因此，对于循环限幅算法，其缺点是，当使用RPGA实现如图1所示的限幅滤波时，将消耗大量的逻辑单元，同时需要经过插0、FFT、IFFT变换等，处理时延太大，现有的移动通信系统无法接受太大的处理时延。

所以，有必要提出一种高效简单的信号波峰的削除方案，以解决传输信号峰均比较大的问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决对输入信号削峰、降低信号峰均比的问题。

为达到上述目的，本发明一方面提出了一种信号波峰削除的方法，包括以下步骤：计算输入信号x(t)的幅度和相位，当所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，将所述信号减去门限值，得到噪声信号 $\mathrm{noise}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left(\right|x\left(t\right)|-\mathrm{threshold})\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),& \left|x\left(t\right)\right|>\mathrm{threshold}\\ 0,& \left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.,$ 其中，threshold为预设的门限值，angel(x(t)为输入信号x(t)的相位；将所述噪声信号noise(t)进行成型滤波处理，得到同频谱的噪声信号；将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)减去所述同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。

根据本发明的实施例，所述将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)减去所述同频谱的噪声信号包括以下步骤：将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)通过延时器后，减去所述噪声信号noise(t)进行噪声滤波处理后得到同频谱的噪声信号。

根据本发明的实施例，所述计算输入信号x(t)的幅度和相位包括以下步骤：将所述输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算；将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到所述输入信号x(t)的幅度和相位。

根据本发明的实施例，将所述噪声信号noise(t)进行成型滤波处理包括以下步骤：将噪声信号noise(t)通过成型滤波器，以减小削峰带来的带外失真，其中，成型滤波器采用对称结构的FIR滤波器实现，noise_h(t)＝conv(noise(t)，h)。

根据本发明的实施例，将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)减去所述同频谱的噪声信号包括以下步骤：对于超过预设的门限值threshold的x(t)信号，计算其I路和Q路信号值I(t)＝|x(t)|·cos(θ(t))，Q(t)＝|x(t)|·sin(θ(t))；将超过预设的门限值threshold的x(t)信号与成型后的噪声信号做脉冲对削，得到削峰后的信号I′(t)＝I(t)-real(noise_h(t))，Q′(t)＝Q(t)-imag(noise_h(t))，其中real(noise_h(t))为信号noise_h(t)的实部，imag(noise_h(t))为信号noise_h(t)的虚部。

本发明另一方面还提出了一种信号波峰削除的装置，包括计算模块、成型滤波模块以及削峰模块，

所述计算模块，用于计算输入信号x(t)的幅度和相位，当所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，将所述信号减去门限值，得到噪声信号 $\mathrm{noise}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left(\right|x\left(t\right)|-\mathrm{threshold})\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),& \left|x\left(t\right)\right|>\mathrm{threshold}\\ 0,& \left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.,$ 其中，threshold为预设的门限值，angel(x(t)为输入信号x(t)的相位；

所述成型滤波模块，用于将所述噪声信号noise(t)进行成型滤波处理，得到同频谱的噪声信号；

所述削峰模块，将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)减去所述同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。

根据本发明的实施例，所述计算模块还包括幅度和相位计算模块、峰值检测模块以及噪声信号求取模块，

所述幅度和相位计算模块，用于将所述输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

并将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算，将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到所述输入信号x(t)的幅度和相位；

所述峰值检测模块，用于检测所述输入信号x(t)的幅度是否大于预设的门限值threshold；

所述噪声信号求取模块，当所述峰值检测模块判断所述输入信号x(t)的幅度大于预设的门限值threshold时，噪声信号noise(t)＝(|x(t)|-threshold)·exp(j·angel(x(t)))，否则噪声信号为0。

根据本发明的实施例，所述削峰模块将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)通过延时器后，减去所述噪声信号noise(t)进行噪声滤波处理后得到同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。

本发明提出的上述技术方案，当输入的信号如果超过门限，对噪音信号做滤波处理后对峰值功率点进行对削。成型滤波器设计思想是其频谱与中频滤波器的频谱匹配，由于中频滤波器的频带宽，使得时域呈现尖峰，由于成型滤波器时域具有尖锐性，噪音信号通过这种滤波器后，噪音成型信号的时域特性并没有太大的改变，所以超过门限的信号点都可以被有效的削除。上述技术方案简洁、高效，消耗较少的硬件设备资源，处理时延小，即使对于随机出现的超过门限的信号峰值也能有效削峰，从而降低信号的峰均比。

本发明另一方面还提出了一种信号波峰削除的方法，包括以下步骤：

计算输入信号x(t)的幅度和相位；当所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，对所述输入信号x(t)进行同相压缩处理；将压缩处理后的信号进行成型滤波处理，滤除带外失真，输出削峰后信号。

根据本发明的实施例，所述计算输入信号x(t)的幅度和相位包括以下步骤：将所述输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算；将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到所述输入信号x(t)的幅度和相位。

根据本发明的实施例，所述输入信号x(t)进行同相压缩处理包括以下步骤：当所述输入信号x(t)的幅度大于预设的门限值时，将峰值信号的幅度置为阈值，信号的相位保持不变， $x^{\&prime;}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{threshold}\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),& \left|x\left(t\right)\right|>\mathrm{threshold}\\ x\left(t\right),& \left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.,$ 其中threshold为预设的门限值，angel(x(t)为输入信号x(t)的相位。

根据本发明的实施例，将压缩处理后的信号进行成型滤波处理包括以下步骤：将同相压缩后的信号x′(t)通过成型滤波器，其中，成型滤波器采用对称结构的FIR滤波器实现，x′(t)_h(t)＝conv(x′(t)，h)，削峰后信号的I路和Q路信号分别为：I′(t)＝real(conv(x′(t)，h))，Q′(t)＝imag(conv(x′(t)，h))。

本发明另一方面还提出了一种信号波峰削除的装置，包括计算模块、同相压缩模块以及成型滤波模块，

所述计算模块，用于计算输入信号x(t)的幅度和相位；

所述同相压缩模块，当所述计算模块确定所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，对所述输入信号x(t)进行同相压缩处理；

所述成型滤波模块，用于将压缩处理后的信号进行成型滤波处理，滤除带外失真，输出削峰后信号。

根据本发明的实施例，所述计算模块还包括幅度和相位计算模块和峰值检测模块，

所述幅度和相位计算模块，用于将所述输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

并将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算，将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到所述输入信号x(t)的幅度和相位；

所述峰值检测模块，用于检测所述输入信号x(t)的幅度是否大于预设的门限值threshold。

根据本发明的实施例，当所述峰值检测模块确定所述输入信号x(t)的幅度大于预设的门限值threshold时，所述同相压缩模块将峰值信号的幅度置为阈值，信号的相位保持不变， $x^{\&prime;}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{threshold}\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),& \left|x\left(t\right)\right|>\mathrm{threshold}\\ x\left(t\right),& \left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.,$ 其中threshold为预设的门限值，angel(x(t)为输入信号x(t)的相位。

根据本发明的实施例，所述成型滤波模块将同相压缩后的信号x′(t)通过成型滤波器，其中，成型滤波器采用对称结构的FIR滤波器实现，x′(t)_h(t)＝conv(x′(t)，h)，削峰后信号的I路和Q路信号分别为：I′(t)＝real(conv(x′(t)，h))，Q′(t)＝imag(conv(x′(t)，h))。

本发明提出的上述技术方案，当输入的信号如果超过门限，直接进行同相压缩，使得峰值信号压缩到门限之下而后滤波，上述技术方案简洁、高效，消耗较少的硬件设备资源，处理时延小。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/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为插值后限幅滤波原理图的示意图；

图2为一种实现信号波峰削除的方法的流程图；

图3为一种实现信号波峰削除的方法的信号流向示意图；

图4为峰值检测和噪声信号求取信号流向示意图；

图5为多级坐标旋转运算的示意图；

图6为浮点运算和多极坐标旋转运算cos值精度仿真示意图；

图7为浮点运算和多极坐标旋转运算sin值精度仿真示意图；

图8为浮点运算和多极坐标旋转运算幅度MAG值精度仿真示意图；

图9为噪声滤波后与输入信号对削示意图；

图10为削峰前后12个PRB的时域功率图；

图11为削峰前后12个PRB的频谱图；

图12为削峰前后3个PRB的时域功率图；

图13为削峰前后3个PRB的频谱图；

图14为波峰削除装置A的结构示意图；

图15为另一种实现信号波峰削除的方法的信号流向示意图；

图16为峰值信号求取后压缩滤波示意图；

图17为波峰削除装置B的结构示意图；

图18为噪声成型对峰值信号进行对削前后CCDF曲线图；

图19为同相压缩后削峰滤波CCDF曲线图；

图20为噪声成型对峰值信号进行对削前后频谱图；

图21为同相压缩后削峰滤波前后频谱图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提出了一种信号波峰削除的方法，包括以下步骤：计算输入信号x(t)的幅度和相位，当所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，将所述信号减去门限值，得到噪声信号 $\mathrm{noise}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left(\right|x\left(t\right)|-\mathrm{threshold})\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),& \left|x\left(t\right)\right|>\mathrm{threshold}\\ 0,& \left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.,$ 其中，threshold为预设的门限值，angel(x(t)为输入信号x(t)的相位；将所述噪声信号noise(t)进行成型滤波处理，得到同频谱的噪声信号；将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)减去所述同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。

如图2所示，为实现信号波峰削除的方法流程图，包括步骤S101、S102以及S103。

S101：对幅值超过门限值的输入信号计算其噪声信号。

在步骤S101中，计算输入信号x(t)的幅度和相位，当输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，将输入信号减去门限值，得到噪声信号

$\mathrm{noise}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left(\right|x\left(t\right)|-\mathrm{threshold})\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),& \left|x\left(t\right)\right|>\mathrm{threshold}\\ 0,& \left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.,$

为了便于阐述本发明提出的信号波峰削除的方法，如图3所示，为实现信号波峰削除的方法的信号流向示意图。首先计算输入信号x(t)的幅度和相位。通常，较大的运算在于输入信号I/Q的幅度以及相位的计算，作为本发明的实施例，为了简化运算量，对计算输入信号x(t)的幅度和相位的计算包括以下步骤：

将输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算；将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到输入信号x(t)的幅度和相位。

如图4所示，为峰值检测和噪声信号求取信号流向示意图，其中，图4中的下半部分为求取复数输入信号x(t)的幅度和相位的处理流程。

在图4中，I/Q幅度相位映射：为了在实现的过程中减少资源效果，通过调整输入复数信号的I、Q的位置和符号，将复数信号映射到

多极坐标旋转的加减法运算，具体过程见示意图5：将映射到

的复数信号的角度经过K次旋转，直到角度为0，复数信号的Q路变为0，那么实部对应的值就是所要求取的幅度，而在这过程中旋转的角度，就是映射后信号的角度。旋转时所用到的公式： $\begin{array}{c}{I}_K=I_{K-1}\&PlusMinus;\frac{1}{2^K}{Q}_{K-1}\\ Q_K=Q_{K-1}\&PlusMinus;\frac{1}{2^K}{I}_{K-1}\end{array},$ 求取信号的角度时，采用查找表的形式，每次旋转Q路的符号位作为查找表的地址；I/Q幅度相位解映射：在这个模块中，根据映射模块做的映射操作，将信号还原到原来的坐标区域，以得到正确的角度。

通过使用多级坐标旋转求取复数信号的幅度和相位，输入信号幅度和相位的计算只需要简单的移位和加法操作就能完成，节省了硬件乘法器的资源。

在多极坐标旋转算法的示意图5中，sin_lut和cos_lut是预存在LUT表格中的数据，生成方法如下：

$\mathrm{\&alpha;}\left(k\right)={\mathrm{tg}}^{-1}\left(\frac{1}{2^k}\right),k=0,...K-1$

sd(m)＝dec2bin(m，K)，m＝0，...M-1

$\mathrm{\&theta;}\left(m\right)=\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}((\mathrm{sd}\left(m\right)==1_{\&prime;}^{\&prime;})\&CenterDot;\mathrm{\&alpha;}\left(k\right)-(\mathrm{sd}\left(m\right)==0_{\&prime;}^{\&prime;})\&CenterDot;\mathrm{\&alpha;}\left(k\right)),m=0,...M-1;$

cos_lut(m)＝cos(-θ(m))，...m＝0，...M-1

sin_lut(m)＝sin(-θ(m))，...m＝0，...M-1。

这种简化的幅度和角度的计算的性能和完全浮点运算的精度非常接近，仿真结果如图6、图7、图8所示。

图4中的上半部分是峰值信号和Noise信号的求取。如图4所示，为了节省资源，在实现过程中，复数信号的I，Q两路信号2倍过采样后时分复用一个峰值检测模块和噪声信号生成模块。峰值检测模块：将幅度大于阈值信号的峰值信号检测出来，输出布尔量SP；Noise处理模块计算噪声信号noise(t)：

$\mathrm{noise}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left(\right|x\left(t\right)|-\mathrm{threshold})\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),& \left|x\left(t\right)\right|>\mathrm{threshold}\\ 0,& \left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.,$

      (|x(t)|-threshold)·exp(j·angel(x(t)))＝

其中，(|x(t)|-threshold)·cos(θ(t)+j·(|x(t)|-threshold)·sin(θ(t)。

这样得到I路和Q路的噪声信号如下：

Apha_r＝(|x(t)|-threshold)·cos(θ(t)，

Apha_i＝(|x(t)|-threshold)·sin(θ(t)

当SP大于0时，证明有峰值出现，输出Apha_r和Apha_i；当SP小于0时，输出0。最终生成所需的noise(t)信号。

S102：对噪声信号进行成型滤波处理，得到同频谱的噪声信号。

在步骤S102中，将噪声信号noise(t)通过成型滤波器，以减小削峰带来的带外失真，noise_h(t)＝conv(noise(t)，h)，其中，成型滤波器采用典型的对称脉动滤波器结构，可以大大节省乘法器资源；成型滤波器系数H具有和原始信号同样的频谱特性。如图9所示，为噪声滤波后与输入信号对削示意图。在本发明的附图中，R表示寄存器，h0、h1、hk为其系数。

通过对输入的噪声信号的I路信号和Q路信号共用一套滤波器，同时利用滤波器在时域呈现的对称性，使得这两种实施方案的处理资源可以减少到1/4，使得算法更具有可实现性。

S103：将幅度超过门限值的输入信号减去所述同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。

作为本发明的实施例，如图3所示，将幅度超过门限值的输入信号x(t)减去同频谱的噪声信号包括以下步骤：

将幅度超过门限值的输入信号x(t)通过延时器延时Z^D后，减去噪声信号noise(t)进行噪声滤波处理后得到同频谱的噪声信号。

更具体而言，将幅度超过门限值的输入信号x(t)减去同频谱的噪声信号包括以下步骤：对于超过预设的门限值threshold的x(t)信号，计算其I路和Q路信号值：

I(t)＝|x(t)|·cos(θ(t))，

Q(t)＝|x(t)|·sin(θ(t))；将超过预设的门限值threshold的x(t)信号与成型后的噪声信号做脉冲对削，得到削峰后的信号：

I′(t)＝I(t)-real(noise_h(t))，

Q′(t)＝Q(t)-imag(noise_h(t))，其中real(noise_h(t))为信号noise_h(t)的实部，imag(noise_h(t))为信号noise_h(t)的虚部。

如图10所示，为了OFDM系统中分配的12个PRB(Phsical ResourceBlock，物理资源块)的削峰前后时域功率图。如图11所示，对应到频域时OFDM系统中分配的12个PRB的削峰前后频谱图。如图12所示，为了OFDM系统中分配的3个PRB的削峰前后时域功率图。如图13所示，对应到频域时OFDM系统中分配的3个PRB的削峰前后频谱图。

如图14所示，本发明还公开了一种信号波峰削除的装置A500，包括计算模块510、成型滤波模块520以及削峰模块530。

其中，计算模块510，用于计算输入信号x(t)的幅度和相位，当输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，将信号减去门限值，得到噪声信号 $\mathrm{noise}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\left(\right|x\left(t\right)|-\mathrm{threshold})\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),& \left|x\left(t\right)\right|>\mathrm{threshold}\\ 0,& \left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.,$ 其中，threshold为预设的门限值，angel(x(t)为输入信号x(t)的相位；成型滤波模块520，用于将噪声信号noise(t)进行成型滤波处理，得到同频谱的噪声信号；削峰模块530，将幅度超过门限值的输入信号x(t)减去同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。

作为上述设备的具体实施例，计算模块510还包括幅度和相位计算模块511、峰值检测模块512以及噪声信号求取模块513。

其中，幅度和相位计算模块511，用于将输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

并将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算，将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到输入信号x(t)的幅度和相位；峰值检测模块512，用于检测输入信号x(t)的幅度是否大于预设的门限值threshold；噪声信号求取模块513，当峰值检测模块512判断输入信号x(t)的幅度大于预设的门限值threshold时，噪声信号noise(t)＝(|x(t)|-threshold)·exp(j·angel(x(t)))，否则噪声信号为0。

作为上述设备的具体实施例，削峰模块530将幅度超过门限值的输入信号x(t)通过延时器后，减去噪声信号noise(t)进行噪声滤波处理后得到同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。

本发明提出的上述技术方案，当输入的信号如果超过门限，对噪音信号做滤波处理后对峰值功率点进行对削。成型滤波器设计思想是其频谱与中频滤波器的频谱匹配，由于中频滤波器的频带宽，使得时域呈现尖峰，由于成型滤波器时域具有尖锐性，噪音信号通过这种滤波器后，噪音成型信号的时域特性并没有太大的改变，所以超过门限的信号点都可以被有效的削除。上述技术方案简洁、高效，消耗较少的硬件设备资源，处理时延小，即使对于随机出现的超过门限的信号峰值也能有效削峰，从而降低信号的峰均比。

此外，本发明另一方面还提出了一种信号波峰削除的方法，包括以下步骤：计算输入信号x(t)的幅度和相位；当所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，对所述输入信号x(t)进行同相压缩处理；将压缩处理后的信号进行成型滤波处理，滤除带外失真，输出削峰后信号。

如图15所示，为另一种实现信号波峰削除的方法的信号流向示意图。

通常，较大的运算在于输入信号I/Q的幅度以及相位的计算，作为本发明的实施例，为了简化运算量，对计算输入信号x(t)的幅度和相位的计算包括以下步骤：

将输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算；将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到输入信号x(t)的幅度和相位。

如图4所示，图4中的下半部分为求取复数输入信号x(t)的幅度和相位的处理流程。

在图4中，I/Q幅度相位映射：为了在实现的过程中减少资源效果，通过调整输入复数信号的I、Q的位置和符号，将复数信号映射到

多极坐标旋转的加减法运算：将映射到

的复数信号的角度经过K次旋转，直到角度为0，复数信号的Q路为0，那么实部对应的值就是我们要求取的幅度，而在这过程中旋转的角度，就是映射后信号的角度，旋转时所用到的公式： $\begin{array}{c}{I}_K=I_{K-1}\&PlusMinus;\frac{1}{2^K}{Q}_{K-1}\\ Q_K=Q_{K-1}\&PlusMinus;\frac{1}{2^K}{I}_{K-1}\end{array},$ 求取信号的角度时，采用查找表的形式查找表的地址为每次旋转后Q路的符号位；I/Q幅度相位解映射：在这个模块中，根据映射模块做的映射操作，将信号还原到原来的坐标区域，以得到正确的角度。

经过上述步骤的判断之后，当发现输入信号x(t)的幅度大于预设的门限值时，将对输入信号x(t)进行同相压缩处理，包括以下步骤：

将峰值信号的幅度置为阈值，信号的相位保持不变， $x^{\&prime;}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{threshold}\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),& \left|x\left(t\right)\right|>\mathrm{threshold}\\ x\left(t\right),& \left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.,$ 其中threshold为预设的门限值，angel(x(t)为输入信号x(t)的相位。

其后，将压缩处理后的信号进行成型滤波处理，包括以下步骤：

将同相压缩后的信号x′(t)通过成型滤波器，x′(t)_h(t)＝conv(x′(t)，h)，削峰后信号的I路和Q路信号分别为：I′(t)＝real(conv(x′(t)，h))，Q′(t)＝imag(conv(x′(t)，h))，其中，成型滤波器采用典型的对称脉动滤波器实现，这样实现可以大大节省乘法器资源；成型滤波器系数H具有和原始信号同样的频谱特性。如图16所示，为峰值信号求取后压缩滤波示意图。

上述算法占用的资源主要是滤波，滤波器系数长度L＝128，输入到削峰器的信号采样率为92.16MHZ，FPGA工作时钟为184.32MHZ，那么乘法器的资源在考虑了对称性和时分复用以后，需要的乘法器资源可以大大减少。

如图17所示，本发明还公开了一种信号波峰削除的装置B700，包括计算模块710、同相压缩模块720以及成型滤波模块730。

其中，计算模块710，用于计算输入信号x(t)的幅度和相位；同相压缩模块720，当计算模块710确定输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，对输入信号x(t)进行同相压缩处理；成型滤波模块730，用于将压缩处理后的信号进行成型滤波处理，滤除带外失真，输出削峰后信号。

作为上述设备的具体实施例，计算模块710还包括幅度和相位计算模块711和峰值检测模块712。

其中，幅度和相位计算模块711，用于将输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

并将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算，将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到输入信号x(t)的幅度和相位；峰值检测模块712，用于检测输入信号x(t)的幅度是否大于预设的门限值threshold。

作为上述设备的具体实施例，当峰值检测模块712确定输入信号x(t)的幅度大于预设的门限值threshold时，同相压缩模块720将峰值信号的幅度置为阈值，信号的相位保持不变， $x^{\&prime;}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{threshold}\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),& \left|x\left(t\right)\right|>\mathrm{threshold}\\ x\left(t\right),& \left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.,$ 其中threshold为预设的门限值，angel(x(t)为输入信号x(t)的相位。

作为上述设备的具体实施例，成型滤波模块730将同相压缩后的信号x′(t)通过成型滤波器，其中，成型滤波器采用对称结构的FIR滤波器实现，x′(t)_h(t)＝conv(x′(t)，h)，削峰后信号的I路和Q路信号分别为：I′(t)＝real(conv(x′(t)，h))，Q′(t)＝imag(conv(x′(t)，h))。

本发明提出的上述技术方案，在带宽为20M，中频滤波后，经过一次迭代，削峰门限为7dB时，其性能对比如下，如图18所示，噪声成型对峰值信号进行对削前后CCDF(Complementary Cumulative DistributionFunction，互补累积分布函数)曲线图，图19为同相压缩后削峰滤波CCDF曲线图。

在OFDM系统分配40个PRB的情况下，图20为噪声成型对峰值信号进行对削前后频谱图，图21为同相压缩后削峰滤波前后频谱图。

为了检测算法的可行性和有效性，使用XILINX公司的SYSGEN完成算法的FPGA编程和验证，从FPGA资源消耗，时延，PAR(Peak-to-AverageRatio，峰均比)降低效果等情况进行验证，结果如下：

噪声成型算法：

天线数

器件系列

大小

时延

性能

单天线	xc4vsx55FPGA	逻辑资源：3379块RAM：1乘法器：65	112/92.16M＝1.2μs	FPGA工作时钟184.32MHz
					2天线	xc4vsx55FPGA	逻辑资源：6758块RAM：2乘法器：130	112/92.16M＝1.2us	FPGA工作时钟184.32MHz

资源评估是在SYSGEN模型中用Resource Estimator实现的，选择的器件是XILINX公司的xc4vsx55FPGA器件，也就是现在LTE系统中频板卡用的器件。

同相压缩削峰滤波算法：

天线数	器件系列	大小	时延	性能
					单天线	xc4vsx55FPGA	逻辑资源：3391块RAM：1乘法器：65	51/92.16M＝0.5us	FPGA工作时钟184.32MHz
2天线	xc4vsx55FPGA	逻辑资源：6782块RAM：2乘法器：130	51/92.16M＝0.5μs	FPGA工作时钟184.32MHz

资源评估是在SYSGEN模型中用Resource Estimator实现的，选择的器件是XILINX公司的xc4vsx55FPGA。

一般情况下系统会给中频处理模块预留出100多μs，所以这两种算法在时延问题上不会对系统造成负面影响。

注：以上PAR值为万分之一处的值

从测试和评估结果来看，针对LTE系统的两种削峰的实施方案无论从资源，时延，效果来看都可以满足系统要求。选择这两种实施方案的时候，用户根据情况可有自动选择任意一种算法，如果时延和最大峰均比的抑制要求严格，可以选择同相压缩削峰滤波算法。如果信号质量要求严格，可以选择噪声成型算法。

本发明提出的上述技术方案，当输入的信号如果超过门限，直接进行同相压缩，使得峰值信号压缩到门限之下而后滤波，上述技术方案简洁、高效，消耗较少的硬件设备资源，处理时延小。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种信号波峰削除的方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算输入信号x(t)的幅度和相位，当所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，将所述输入信号减去门限值，得到噪声信号 $\mathrm{noise}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}\left(\right|x\left(t\right)|-\mathrm{threshold}).\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),\\ 0,\left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.$ |x(t)|＞threshold，其中，threshold为预设的门限值，angel(x(t))为输入信号x(t)的相位；

将所述噪声信号noise(t)进行成型滤波处理，得到同频谱的噪声信号；

将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)减去所述同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。

2.如权利要求1所述的信号波峰削除的方法，其特征在于，所述将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)减去所述同频谱的噪声信号包括以下步骤：

将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)通过延时器后，减去所述噪声信号noise(t)进行噪声滤波处理后得到同频谱的噪声信号。

3.如权利要求1所述的信号波峰削除的方法，其特征在于，所述计算输入信号x(t)的幅度和相位包括以下步骤：

将所述输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算；

将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到所述输入信号x(t)的幅度和相位。

4.如权利要求1所述的信号波峰削除的方法，其特征在于，将所述噪声信号noise(t)进行成型滤波处理包括以下步骤：

将噪声信号noise(t)通过成型滤波器，以减小削峰带来的带外失真，其中，成型滤波器采用对称结构的FIR滤波器实现，noise_h(t)＝conv(noise(t)，h)，其中，h为成型滤波器系数，noise_h(t)表示所述噪声信号通过所述成型滤波器的信号。

5.一种信号波峰削除的装置，其特征在于，包括计算模块、成型滤波模块以及削峰模块，

所述计算模块，用于计算输入信号x(t)的幅度和相位，当所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，将所述输入信号减去门限值，得到噪声信号 $\mathrm{noise}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}\left(\right|x\left(t\right)|-\mathrm{threshold}).\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),\\ 0,\left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.$ |x(t)|＞threshold，其中，threshold为预设的门限值，angel(x(t))为输入信号x(t)的相位；

所述成型滤波模块，用于将所述噪声信号noise(t)进行成型滤波处理，得到同频谱的噪声信号；

所述削峰模块，将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)减去所述同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。

6.如权利要求5所述的信号波峰削除的装置，其特征在于，所述计算模块还包括幅度和相位计算模块、峰值检测模块以及噪声信号求取模块，

所述幅度和相位计算模块，用于将所述输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

并将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算，将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到所述输入信号x(t)的幅度和相位；

所述峰值检测模块，用于检测所述输入信号x(t)的幅度是否大于预设的门限值threshold；

所述噪声信号求取模块，当所述峰值检测模块判断所述输入信号x(t)的幅度大于预设的门限值threshold时，噪声信号noise(t)＝(|x(t)|-threshold)·exp(j·angel(x(t)))，否则噪声信号为0。

7.如权利要求5所述的信号波峰削除的装置，其特征在于，所述削峰模块将幅度超过门限值的所述输入信号x(t)通过延时器后，减去所述噪声信号noise(t)进行噪声滤波处理后得到同频谱的噪声信号，输出削峰后信号。

8.一种信号波峰削除的方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算输入信号x(t)的幅度和相位；

当所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，对所述输入信号x(t)进行同相压缩处理；

将压缩处理后的信号进行成型滤波处理，滤除带外失真，输出削峰后信号，

其中，所述输入信号x(t)进行同相压缩处理包括以下步骤：

当所述输入信号x(t)的幅度大于预设的门限值时，将峰值信号的幅度置为阈值，信号的相位保持不变， $x^{\&prime;}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{threshold}\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),\\ x\left(t\right),\left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.$ |x(t)|＞threshold，其中threshold为预设的门限值，angel(x(t))为输入信号x(t)的相位，x’(t)为同相压缩后的信号。

9.如权利要求8所述的信号波峰削除的方法，其特征在于，所述计算输入信号x(t)的幅度和相位包括以下步骤：

将所述输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间

将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算；

将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到所述输入信号x(t)的幅度和相位。

10.如权利要求8所述的信号波峰削除的方法，其特征在于，将压缩处理后的信号进行成型滤波处理包括以下步骤：

将同相压缩后的信号x′(t)通过成型滤波器，其中，成型滤波器采用对称结构的FIR滤波器实现，x′(t)_h(t)＝conv(x′(t)，h)，削峰后信号的I路和Q路信号分别为：I′(t)＝real(conv(x′(t)，h))，Q′(t)＝imag(conv(x′(t)，h))，其中，h为成型滤波器系数，x’(t)_h(t)表示所述同相压缩后的信号通过所述成型滤波器的信号。

11.一种信号波峰削除的装置，其特征在于，包括计算模块、同相压缩模块以及成型滤波模块，

所述计算模块，用于计算输入信号x(t)的幅度和相位；

所述同相压缩模块，当所述计算模块确定所述输入信号x(t)的幅度|x(t)|超过门限值时，对所述输入信号x(t)进行同相压缩处理；

所述成型滤波模块，用于将压缩处理后的信号进行成型滤波处理，滤除带外失真，输出削峰后信号，

其中，当峰值检测模块确定所述输入信号x(t)的幅度大于预设的门限值threshold时，所述同相压缩模块将峰值信号的幅度置为阈值，信号的相位保持不变， $x^{\&prime;}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{threshold}\&CenterDot;\exp (j\&CenterDot;\mathrm{angel}\left(x\left(t\right)\right)),\\ x\left(t\right),\left|x\left(t\right)\right|<\mathrm{threshold}\end{array}\right.$ |x(t)|＞threshold，其中threshold为预设的门限值，angel(x(t))为输入信号x(t)的相位，x’(t)为同相压缩后的信号。

12.如权利要求11所述的信号波峰削除的装置，其特征在于，所述计算模块还包括幅度和相位计算模块和峰值检测模块，

所述幅度和相位计算模块，用于将所述输入信号x(t)的I路和Q路信号的幅度和相位进行映射，将相位映射到区间并将映射后的幅度和相位进行多极坐标旋转运算，将多极坐标旋转运算后得到的信号的幅度和相位解映射，得到所述输入信号x(t)的幅度和相位；

所述峰值检测模块，用于检测所述输入信号x(t)的幅度是否大于预设的门限值threshold。

13.如权利要求11所述的信号波峰削除的装置，其特征在于，所述成型滤波模块将同相压缩后的信号x′(t)通过成型滤波器，其中，成型滤波器采用对称结构的FIR滤波器实现，x′(t)_h(t)＝conv(x′(t)，h)，削峰后信号的I路和Q路信号分别为：I′(t)＝real(conv(x′(t)，h))，Q′(t)＝imag(conv(x′(t)，h))，其中，h为成型滤波器系数，x’(t)_h(t)表示所述同相压缩后的信号通过所述成型滤波器的信号。

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