CN108650207A - 一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法及系统 - Google Patents

一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法及系统。方法包括：对多载频系统中传输的多载频信号进行采样，获取多个采样多载频信号；其中，每一采样多载频信号包括多个子载频信号；对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。本发明实施例提供的方法及系统，通过对预留子载波方法进行改进，对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，使得能够更加有效地降低多载频信号的峰均比，保证多载频系统的可实现性。

Description

一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法及系统
技术领域
本发明实施例涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法及系统。
背景技术
多载频技术是一种被广泛应用的信号传输技术。它可以将信号调制到并行的多个载波上，实现信号的高速传输。多载频技术具有较高的频谱利用率，通过子载波的正交性避免子载波间的干扰，并克服多径效应。由于多载频信号的瞬时带宽特性，可将其视为低截获概率的波形。多载频中的频率分集在观测目标时提供了附加信息，提高了目标的检测概率。
包络起伏是多载频的主要缺点。不同子载波的叠加使多载频信号的幅度一直在变化从而导致多载频信号的功率的瞬时变化。功率的瞬时变化降低了功率放大器的效率，较高的功率有可能导致功率放大器非线性的失真。
多载频雷达信号具有大时宽带宽积，较高的频谱利用率，良好的抗干扰性能等诸多优点，因此在雷达的目标检测等领域具有广泛的应用。为了保证多载频雷达系统可实现性，需要降低信号的包络起伏。衡量信号包络起伏的主要指标为包络功率峰均比(peak-to-mean envelope power ratio,PMEPR)，目前已有一部分降低PMEPR的研究工作。
在雷达领域，已有等方法主要是通过幅度相位调制来降低PMEPR，但是方法不具有较高的灵活性。
在通信领域，降低PMEPR的方法分为无失真、无扭曲两类。无扭曲方法包括限幅、压扩等方法。相比于无扭曲方法，无失真方法可以保留子载波间的正交性，避免频带内和频带外的失真，可以独立处理雷达回波的每个子载波的信号。在无失真方法中，预留子载波(tone reservation,TR)是一种有效的方法。在TR方法中，使用一些子信道来携带任意的信息，另一部分用来降低包络的起伏。文献“Tone reservation to reduce the envelopefluctuations of multicarrier signals”中使用了预留子载波的方法，但是该方法中仅考虑了包络的峰值。但事实上，包络的起伏主要与包络的变化有关，峰值只是其中一部分影响因素。因此，该方法不能很好地降低PMEPR。
发明内容
本发明实施例提供一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法及系统，用以解决现有技术中降低多载频信号的峰均比的方法灵活性较低，甚至不能很好地降低信号峰均比的缺陷。
本发明实施例提供一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法，包括：
对多载频系统中传输的多载频信号进行采样，获取多个采样多载频信号；其中，每一采样多载频信号包括多个子载频信号；
对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
本发明实施例提供一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的系统，包括：
采样模块，用于对多载频系统中传输的多载频信号进行采样，获取多个采样多载频信号；其中，每一采样多载频信号包括多个子载频信号；
调整模块，用于对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
本发明实施例提供一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述的方法。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述的方法。
本发明实施例提供的一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法及系统，通过对预留子载波方法进行改进，对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，使得能够更加有效地降低多载频信号的峰均比，保证多载频系统的可实现性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法实施例流程图；
图2为本发明一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的设备实施例的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
图1为一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法实施例流程图，如图1所示，该方法包括：
S1、对多载频系统中传输的多载频信号进行采样，获取多个采样多载频信号；其中，每一采样多载频信号包括多个子载频信号。
S2、对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
具体地，该方法适用于多载频系统中，由于直接将多载频信号在多载频系统中进行传输时，会因为多载频信号的高峰均比使得多载频系统中的一些部件，例如功率放大器、数模转换器或模数转换器等部件需要有很大的线性范围。一旦当多载频系统中的这些部件达不到要求时，会使得多载频系统的可实现性降低，甚至导致多载频系统不可用。因此，本发明实施例对多载频信号进行处理，降低其峰均比，提高多载频系统的可实现性。
步骤S1中的多载频信号为模拟信号，步骤S1的目的是将模拟信号离散化，以生成多个采样多载频信号。其中，第n个采样多载频信号为：
其中，Akexp(jφk)exp(j2πfkn)为y(n)的第k个子载频信号，Ak、φk和fk分别为y(n)的第k个载频的幅度、相位和频率。
需要说明的是，若第1个采样多载频信号的多个子载频信号的频率分别为1Hz、2Hz、3Hz，那么，第k(k＝2…K)个采样多载频信号的多个子载频信号的频率也分别为1Hz、2Hz、3Hz。
步骤S2中对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，可以理解为：调整第1个采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位，同时也调整第k(k＝2…K)个采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位。通过调整每一采样多载频信号中部分的子载频信号，降低了多载频信号的峰均比，保证了多载频系统的可实现性。
本发明实施例提供的方法，通过对预留子载波方法进行改进，对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，使得能够更加有效地降低多载频信号的峰均比，保证多载频系统的可实现性。
基于上述实施例，本发明实施例对步骤S1进行进一步说明：
所述多个采样多载频信号中的第n个采样多载频信号y(n)为：
其中，Akexp(jφk)exp(j2πfkn)为y(n)的第k个子载频信号，Ak、φk和fk分别为y(n)的第k个载频的幅度、相位和频率。
本方法实施例提供的方法，通过将每一采样多载频信号定义为如上格式，使得在后续对第二类载频信号的调整过程执行起来更加方便。
基于上述实施例，本发明实施例对步骤S2进行进一步说明：
对于每一采样多载频信号，在所述采样多载频信号的多个子载频信号中，随机抽取一部分的子载频信号作为第一类载频信号，并将剩余部分的子载频信号作为第二类载频信号。
具体地，步骤S2中将每一采样多载频信号的多个子载频信号分为第一类载频信号和第二类载频信号，可以理解为：对于第1个采样多载频信号，若将频率为1Hz的子载频信号作为第一类载频信号，将频率为2Hz的子载频信号和频率为3Hz的子载频信号作为第二类载频信号；那么，对于第k(k＝2…K)个采样多载频信号，也将频率为1Hz的子载频信号作为第一类载频信号，将频率为2Hz的子载频信号和频率为3Hz的子载频信号作为第二类载频信号。即，每一采样多载频信号的分类规则一致。
对每一采样多载频信号中的第二类载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
对每一采样多载频信号中的第二类载频信号的幅度和相位进行调整，可以理解为：调整第1个采样多载频信号中的第二类载频信号的幅度和相位，同时也调整第k(k＝2…K)个采样多载频信号中的第二类载频信号的幅度和相位。通过调整所有采样多载频信号中的第二类载频信号，降低多载频信号的峰均比，以保证多载频系统的可实现性。
基于上述实施例，本发明实施例对步骤S2中对每一采样多载频信号中的第二类载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性，进行进一步说明：
对于每一采样多载频信号中的第二类载频信号，获取所述第二类载频信号中每一子载频信号的幅度增量和相位增量。根据所述幅度增量和所述相位增量，对所述子载频信号的幅度和相位进行调整。
具体地，获取第n个采样多载频信号中的任一子载频信号的幅度增量和相位增量的公式为：
其中，y(n)为第n个采样多载频信号，E为所有采样多载频信号的幅度均值，为任一子载频信号的幅度，为任一子载频信号的相位。
基于上述实施例，所述根据所述幅度增量和所述相位增量，对所述子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，进一步包括：
将所述幅度增量与预设迭代步长相乘，生成目标幅度增量；将所述相位增量与所述预设迭代步长相乘，生成目标相位增量；将所述子载频的幅度与所述目标幅度增量相减，并将所述子载频的相位与所述目标相位增量相减，以对所述子载频信号的幅度和相位进行调整。
基于上述实施例，所述根据所述幅度增量和所述相位增量，对所述子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，进一步还包括：
根据调整后的第二类载频信号与第一类载频信号，生成调整后的多载频信号。
获取所述调整后的多载频信号的峰均比，若所述峰均比大于预设峰均比门限，则重新获取每一子载频信号的幅度增量和相位增量，并根据所述幅度增量和所述相位增量，继续对所述调整后的第二类载频信号进行调整，直至调整后的多载频信号的峰均比小于或等于所述预设峰均比门限。
需要说明的是，对所有采样多载频信号中的第二类载频信号中的每一子载频信号的幅度和相位的调整过程均相同，且已在上述实施例中详细说明一次调整的过程，本发明实施例对此不再赘述。
将所有子载频信号的幅度和相位调整一次过后，生成调整后的第二类载频信号，将调整后的第二类信号的幅度、相位、载频，以及第一类信号的幅度、相位、载频均代入下式以生成调整后的多载频信号。
获取调整后的多载频信号的峰均比，若峰均比小于或等于预设峰均比门限，则将该信号作为目标多载频信号，以目标多载频信号代替多载频信号，以降低多载频信号的峰均比。若峰均比大于预设峰均比门限，则继续对每一子载频信号的幅度和相位进行调整。
基于上述实施例，本发明实施例作为一个优选实施例，进一步说明本发明的方案：
需要说明的是，本发明实施例以在多载频雷达系统中传输的多载频雷达信号进行说明。
步骤1、对多载频雷达信号进行采样，获取多个采样多载频信号。
步骤2、将多载频雷达信号按载频分为既定载频信号即第一类载频信号和设计载频信号即第二类载频信号。
步骤3、通过迭代方法，优化设计载频信号的幅度和相位，降低多载频雷达信号的峰均比。
进一步地，在步骤1中，对多载频雷达信号进行采样，得到时间离散的多个采样多载频信号：
其中，Akexp(jφk)exp(j2πfkn)为y(n)的第k个子载频信号，Ak、φk和fk分别为y(n)的第k个子载频信号的幅度、相位和频率。
进一步地，在步骤2中，具体实现方式为：将步骤1中的多个采样多载频信号按载频分为既定载频信号和设计载频信号。对于一个采样多载频信号来说，不妨设既定载频信号的载频个数为L，其载频为设计载频信号的载频个数为S，其载频为设计载频信号和既定载频信号的载频各不相同，且它们的个数和为总载频数K，即L+S＝K。
进一步地，在步骤3中，具体包含以下步骤：
步骤3.1、给定既定载频信号的载频、幅度和相位，给定设计载频信号的载频个数；给定设计载频信号幅度相位的初值，包络峰均比门限，迭代步长。初始化迭代次数。
步骤3.2、根据既定载频信号和设计载频信号，得到新的信号波形。
步骤3.3、计算设计载频信号幅度和相位的增量，更新设计载频信号。
步骤3.4、根据步骤3.3中所述更新后的设计载频信号，得到新的信号波形。
步骤3.5、判断步骤3.4中信号波形是否大于包络峰均比门限。若是，则步骤3.3；否则，执行步骤3.7。
步骤3.6、将迭代次数加一，执行步骤3.3。
步骤3.7、得到最终设计的信号波形。
进一步地，在步骤3.1中，对于一个采样多载频信号来说：给定既定载频信号的载频幅度相位给定设计载频的个数S，给定设计载频信号的幅度和相位的初值相位包络峰均比门限∈，迭代步长α。将迭代次数初始化为0，i＝0。
进一步地，在步骤3.2中，新的信号波形由多个采样多载频信号(包括既定载频信号和设计载频信号)组成，将每一采样多载频信号的幅度和相位代入对应的采样多载频信号y(n)的公式中，可得到新的信号波形。
进一步地，在步骤3.3中，对于每一采样多载频信号，计算设计载频信号幅度和相位的增量更新设计载频信号
其中，令E＝E[y]，表示为各个时刻的采样多载频信号的幅度均值。则
进一步地，在步骤3.4中，根据步骤3.3中更新后的设计载频信号，更新信号波形，具体为将更新后的幅度和相位代入对应的采样多载频信号y(n)的公式中，可得到更新后的信号波形。
进一步地，在步骤3.5中，判断步骤3.4中更新后的信号波形的包络峰均比是否大于等于∈。若是，则执行步骤3.6；否则，执行步骤3.7。
进一步地，在步骤3.6中，将迭代次数加一，i＝i+1，执行步骤3.3。
进一步地，在步骤3.7中，根据每一采样多载频信号的幅度相位得到最终得到的信号波形。
本发明实施例还提供一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的系统，该系统包括：
采样模块，用于对多载频系统中传输的多载频信号进行采样，获取多个采样多载频信号；其中，每一采样多载频信号包括多个子载频信号。
调整模块，用于对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
需要说明的是，本发明实施例的系统可用于执行图1所示的一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图2为本发明一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的设备实施例的结构框图，如图2所示，所述设备包括：处理器(processor)201、存储器(memory)202和总线203；其中，所述处理器201和所述存储器202通过所述总线203完成相互间的通信；所述处理器201用于调用所述存储器202中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：对多载频系统中传输的多载频信号进行采样，获取多个采样多载频信号；其中，每一采样多载频信号包括多个子载频信号；对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：对多载频系统中传输的多载频信号进行采样，获取多个采样多载频信号；其中，每一采样多载频信号包括多个子载频信号；对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：对多载频系统中传输的多载频信号进行采样，获取多个采样多载频信号；其中，每一采样多载频信号包括多个子载频信号；对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的方法，其特征在于，包括：
对多载频系统中传输的多载频信号进行采样，获取多个采样多载频信号；其中，每一采样多载频信号包括多个子载频信号；
对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个采样多载频信号中的第n个采样多载频信号y(n)为：
其中，Akexp(jφk)exp(j2πfkn)为y(n)的第k个子载频信号，Ak、φk和fk分别为y(n)的第k个子载频信号的幅度、相位和频率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性，进一步包括：
对于每一采样多载频信号，在所述采样多载频信号的多个子载频信号中，随机抽取一部分的子载频信号作为第一类载频信号，并将剩余部分的子载频信号作为第二类载频信号；
对每一采样多载频信号中的第二类载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对每一采样多载频信号中的第二类载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，进一步包括：
对于每一采样多载频信号中的第二类载频信号，获取所述第二类载频信号中每一子载频信号的幅度增量和相位增量；
根据所述幅度增量和所述相位增量，对所述子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取第n个采样多载频信号中的第二类载频信号中的任一子载频信号的幅度增量和相位增量的公式为：
其中，y(n)为第n个采样多载频信号，E为所有采样多载频信号的幅度的均值，为任一子载频信号的幅度，为任一子载频信号的相位。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述幅度增量和所述相位增量，对所述子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，进一步包括：
将所述幅度增量与预设迭代步长相乘，生成目标幅度增量；
将所述相位增量与所述预设迭代步长相乘，生成目标相位增量；
将所述子载频信号的幅度与所述目标幅度增量相减，并将所述子载频信号的相位与所述目标相位增量相减，以对所述子载频信号的幅度和相位进行调整。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述幅度增量和所述相位增量，对所述子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，进一步还包括：
根据调整后的第二类载频信号与第一类载频信号，生成调整后的多载频信号；
获取所述调整后的多载频信号的峰均比，若所述峰均比大于预设峰均比门限，则重新获取每一子载频信号的幅度增量和相位增量，并根据重新获取的幅度增量和相位增量，继续对所述调整后的第二类载频信号进行调整，直至调整后的多载频信号的峰均比小于或等于所述预设峰均比门限。
8.一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的系统，其特征在于，包括：
采样模块，用于对多载频系统中传输的多载频信号进行采样，获取多个采样多载频信号；其中，每一采样多载频信号包括多个子载频信号；
调整模块，用于对每一采样多载频信号中部分的子载频信号的幅度和相位进行调整，以降低所述多载频信号的峰均比，保证所述多载频系统的可实现性。
9.一种多载频系统中降低多载频信号的峰均比的设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至7任一所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至7任一所述的方法。
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