CN103338179A - 调制误差率可控的ofdm系统峰均比抑制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器，包括深度限幅滤波模块和带内噪声处理模块；所述深度限幅滤波模块对输入系统的频域信号进行过采样处理，而后将频域信号转换成时域信号，并设定一个限幅门限，对时域信号进行幅度修正，然后将时域信号转换成频域信号后进行滤波，将带外噪声滤除；所述带内噪声处理模块对经过深度限幅滤波模块处理后的频域信号进行降采样，并设定一个MER门限，对限幅处理后的频域信号进行MER修正，再将频域信号转换成时域信号后输出。该抑制器不仅可降低OFDM系统的峰均比，而且可对调制误差率进行控制。

Description

调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器
技术领域
本发明涉及OFDM峰均比控制技术领域，特别是一种调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器。
背景技术
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）是一种特殊的多载波传输方案，具有极高的频谱利用率和优良的抗多径干扰能力，被广泛应用于各种高速的无线通信系统。然而其信号具有较高的PAPR（peak-to-Average Power Ratio，峰均功率比），容易使发射机端的功率放大器进入饱和区，产生非线性饱和失真，严重影响OFDM系统的性能。因此要提高发射机效率和线性度，就必须得克服OFDM信号的高峰均比问题，同时要求把MER（调制误差率）控制在一定的范围内，以避免影响发射机的整体性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的问题，提供一种调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器，该抑制器不仅可降低OFDM系统的峰均比，而且可对调制误差率进行控制。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器，包括：
深度限幅滤波模块，所述深度限幅滤波模块对输入系统的频域信号进行过采样处理，而后将频域信号转换成时域信号，并设定一个限幅门限，对时域信号进行幅度修正，然后将时域信号转换成频域信号后进行滤波，将带外噪声滤除；
带内噪声处理模块，所述带内噪声处理模块对经过深度限幅滤波模块处理后的频域信号进行降采样，并设定一个MER门限，对限幅处理后的频域信号进行MER修正，再将频域信号转换成时域信号后输出。
进一步的，所述深度限幅滤波模块用于对输入信号的峰均比进行抑制，包括：
过采样模块，该模块用于对输入系统的I、Q两路正交频域信号进行过采样插零处理，以使后续限幅处理产生的噪声被扩展到较宽的频带范围内，减少带内噪声的分布；
IFFT模块，该模块用于将频域信号转换成时域信号，以便后续的时域限幅处理；
限幅门限设定模块，该模块用于设定限幅门限，限幅门限值由限幅率和IFFT模块输出的时域信号的平均功率的均方根值决定；
笛卡尔坐标至极坐标转换模块：该模块用于完成I、Q两路数据到幅度、相位的极坐标转换，以提取信号的幅度值；
数据缓存模块，该模块用于完成一帧数据幅度、相位的缓存，实现数据延时，等待限幅门限设定模块计算该帧数据的限幅门限；
幅度修正模块，该模块用于根据设定的限幅门限对信号进行幅度修正，相位保持不变；
极坐标至笛卡尔坐标转换模块，该模块用于完成幅度、相位到I、Q两路数据的笛卡尔坐标转换；
FFT模块，该模块用于将时域信号转换成频域信号；
滤波模块，该模块采用频域滤波法，将深度限幅后的频域信号中原先过采样时插零点的值强制变成零，其余点的值保持不变，以滤除带外噪声。
进一步的，所述带内噪声处理模块用于对限幅后信号的调制误差率进行控制，包括：
降采样模块，该模块用于将深度限幅滤波模块中原先过采样插零的部分去除；
MER门限设定模块，该模块用于设定MER门限，MER门限值由原始输入的频域信号的均方根和系统所要求的调制误差率决定；
频域插值提取模块，该模块用于完成对原始输入的频域数据与深度限幅后的频域数据差值的提取；
频域MER修正模块，该模块用于根据设定的MER门限对频域差值进行修正；
IFFT模块，该模块用于将频域信号转换成时域信号。
进一步的，该峰均比抑制器采用基于FPGA的数字逻辑硬件电路实现。
本发明的有益效果是提供了一种调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器，改进了传统限幅方法，可以有效降低OFDM系统的峰均比。同时，具有带内噪声处理能力，可以根据应用场合的不同要求，将带内失真控制在一定的范围内，即调制误差率可控制在某一特定值内。此外，该峰均比抑制器采用基于FPGA的数字逻辑硬件电路来实现，简单、有效、可重配置，同时接收端不需要做额外的处理，可广泛应用于各种标准的无线通信系统。
附图说明
图1是本发明实施例的结构框图。
图2是本发明实施例中深度限幅函数图。
图3是本发明实施例中带内处理算法向量图。
具体实施方式
本发明调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器，包括深度限幅滤波模块和带内噪声处理模块。所述深度限幅滤波模块对输入系统的频域信号进行过采样处理，而后将频域信号转换成时域信号，并设定一个限幅门限，对时域信号进行幅度修正，然后将时域信号转换成频域信号后进行滤波，将带外噪声滤除；所述带内噪声处理模块对经过深度限幅滤波模块处理后的频域信号进行降采样，并设定一个MER门限，对限幅处理后的频域信号进行MER修正，再将频域信号转换成时域信号后输出。
图1是本发明实施例的结构框图。整个系统在一片FPGA硬件上实现，包括深度限幅滤波模块11和带内噪声处理模块12。
深度限幅滤波模块11用于对输入信号的峰均比进行抑制，包含9个子模块，各子模块分别为：
（1）过采样模块111：该模块对输入系统的I、Q两路正交频域信号进行插零处理，使得后续限幅处理产生的噪声被扩展到较宽的频带范围内，减少带内噪声的分布。
（2）IFFT模块112：该模块频域信号到时域信号的转换，以便后续的时域限幅处理。
（3）限幅门限设定模块113：该模块完成对限幅门限的设定，限幅门限值由限幅率和IFFT模块输出的时域信号的平均功率的均方根值来决定。
（4）笛卡尔坐标至极坐标转换模块114：该模块完成I/Q两路数据到幅度/相位的极坐标转换，以提取信号的幅度值。
（5）数据缓存模块115：该模块完成一帧数据幅度/相位的缓存，实现数据的延时，等待限幅门限设定模块计算该帧数据的限幅门限。
（6）幅度修正模块116：该模块根据设定的限幅门限完成对信号的幅度修正，相位保持不变。深度限幅函数图如图2所示，图中的实线是深度限幅函数曲线，分为两段直线，前一段直线表示当输入信号幅度小于门限值A时，信号幅度保持不变；后一段直线表示对那些幅度超过门限A的信号，将进行裁剪，超过门限值越多，则裁剪后的信号幅度越小。
（7）极坐标至笛卡尔坐标转换模块117：该模块完成幅度/相位到I/Q两路数据的转换。
（8）FFT模块118：该模块完成时域信号到频域信号的转换。
（9）滤波模块119：该模块采用频域滤波法，将深度限幅后的频域信号中原先过采样时插零点的值强制变成零，其余点的值保持不变，从而滤除带外噪声。
带内噪声处理模块12用于对限幅后信号的调制误差率进行控制，包含5个子模块，各子模块分别为：
（1）降采样模块121：该模块将深度限幅滤波模块11中原先过采样插零的部分进行去除。
（2）MER门限设定模块122：该模块完成对MER门限的设定，MER门限值由原始输入的频域信号的均方根与系统所要求的调制误差率所决定。
（3）频域插值提取模块123：该模块完成对原始输入的频域数据与深度限幅后的频域数据差值的提取。
（4）频域MER修正模块124：该模块根据设定的MER门限对频域差值进行修正。带内处理算法向量图如图3所示，其中R为MER门限，X为原始信号向量，X1为限幅后信号向量，E为原始信号向量与限幅后信号向量的差值向量。当差值向量E的模小于R时，输出为限幅后信号向量X1；反之，则沿差值向量E的方向，将差值向量E的幅度修正成R，即输出为信号向量X2。
（5）IFFT模块125：该模块完成频域信号到时域信号的转换。
输入系统的I、Q两路正交频域信号先经过过采样模块进行过采样处理，提高系统调制解调的信息恢复率，改善接收机误码率性能，有助于后续对限幅失真信号的滤波处理，然后经过IFFT模块转换到时域后，设定一个限幅门限，对时域信号按深度限幅函数进行幅度修正，然后信号经过FFT模块转换到频域后进行滤波，将带外噪声滤除后进行降采样，根据应用标准设定一个MER门限，对限幅处理后的频域信号进行MER修正，最后再经过IFFT模块转换成时域信号，从而降低OFDM系统的峰均比，并实现调制误差率的控制。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器，其特征在于，包括：
深度限幅滤波模块，所述深度限幅滤波模块对输入系统的频域信号进行过采样处理，而后将频域信号转换成时域信号，并设定一个限幅门限，对时域信号进行幅度修正，然后将时域信号转换成频域信号后进行滤波，将带外噪声滤除；
带内噪声处理模块，所述带内噪声处理模块对经过深度限幅滤波模块处理后的频域信号进行降采样，并设定一个MER门限，对限幅处理后的频域信号进行MER修正，再将频域信号转换成时域信号后输出。
2.根据权利要求1所述的调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器，其特征在于，所述深度限幅滤波模块用于对输入信号的峰均比进行抑制，包括：
过采样模块，该模块用于对输入系统的I、Q两路正交频域信号进行过采样插零处理，以使后续限幅处理产生的噪声被扩展到较宽的频带范围内，减少带内噪声的分布；
IFFT模块，该模块用于将频域信号转换成时域信号，以便后续的时域限幅处理；
限幅门限设定模块，该模块用于设定限幅门限，限幅门限值由限幅率和IFFT模块输出的时域信号的平均功率的均方根值决定；
笛卡尔坐标至极坐标转换模块：该模块用于完成I、Q两路数据到幅度、相位的极坐标转换，以提取信号的幅度值；
数据缓存模块，该模块用于完成一帧数据幅度、相位的缓存，实现数据延时，等待限幅门限设定模块计算该帧数据的限幅门限；
幅度修正模块，该模块用于根据设定的限幅门限对信号进行幅度修正，相位保持不变；
极坐标至笛卡尔坐标转换模块，该模块用于完成幅度、相位到I、Q两路数据的笛卡尔坐标转换；
FFT模块，该模块用于将时域信号转换成频域信号；
滤波模块，该模块采用频域滤波法，将深度限幅后的频域信号中原先过采样时插零点的值强制变成零，其余点的值保持不变，以滤除带外噪声。
3.根据权利要求1所述的调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器，其特征在于，所述带内噪声处理模块用于对限幅后信号的调制误差率进行控制，包括：
降采样模块，该模块用于将深度限幅滤波模块中原先过采样插零的部分去除；
MER门限设定模块，该模块用于设定MER门限，MER门限值由原始输入的频域信号的均方根和系统所要求的调制误差率决定；
频域插值提取模块，该模块用于完成对原始输入的频域数据与深度限幅后的频域数据差值的提取；
频域MER修正模块，该模块用于根据设定的MER门限对频域差值进行修正；
IFFT模块，该模块用于将频域信号转换成时域信号。
4.根据权利要求1所述的调制误差率可控的OFDM系统峰均比抑制器，其特征在于，该峰均比抑制器采用基于FPGA的数字逻辑硬件电路实现。
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