CN109194600A - 一种fbmc/oqam系统峰均比抑制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法和系统，基于SLM算法得到初始PAPR降低信号后转为时域信号，并基于重叠因子β将其分割为N个数据片段；针对每个数据片段，将每个数据块分割为V个子数据块，并对于每个数据块，基于前一数据块和自身数据块的最小功率和确定自身的最优相位旋转因子，基于最优相位旋转因子得到优化数据块；将β个优化数据块求和得到优化数据片段，以及将N个优化数据片段求和得到优化PAPR降低信号。将数据块采用SLM方法，根据重叠因子对初始降低峰均比后的数据块进行分片处理，每个片段中的数据块再结合考虑相邻数据块重叠影响的情况下都进行PTS预处理具有更优的峰均比抑制性能。
Description
技术领域
本发明属于多载波通信技术领域，具体地说，是涉及一种FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法和系统。
背景技术
正交频分复用(OFDM)技术作为一种多载波传输技术，它存在一种固有的缺陷，即过高的峰值平均功率比(简称峰均比)问题。滤波器组多载波偏移幅度调制(FBMC/OQAM)技术作为OFDM技术的可替代方案，被认为是未来5G无线传输技术的热门候选技术。实质上，FBMC/OQAM也是一种特殊的多载波传输技术，其也面临着高峰均比的问题。
由于FBMC/OQAM系统中引入了滤波器组，使得FBMC/OQAM中相邻符号存在重叠的情况，如图1所示的FBMC/OQAM重叠数据块示意图，图中s(t)的上标R和I表示数据块的实部和虚部，所以对FBMC/OQAM系统峰均比抑制(PAPR)问题的研究与OFDM系统不用，OFDM系统的相邻数据块之间相互独立，不存在重叠的情况，如果直接将传统PAPR抑制方法应用到FBMC/OQAM系统，并不能实现有效的峰均比抑制。
现有的FBMC/OQAM系统抑制PAPR方法大多基于传统抑制OFDM系统PAPR方法的改进，例如改进的SLM(选择性映射)方法、改进的PTS(部分传输序列)、SLM-PTS混合抑制方法等，这些方法都考虑了FBMC/OQAM的信号重叠特性，可以有效降低FBMC/OQAM系统的PAPR。
发明内容
本申请提供了一种FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法和系统，将数据块采用SLM方法处理后，根据重叠因子对初始降低峰均比后的数据块进行分片处理，每个片段中的数据块再结合考虑相邻数据块重叠影响的情况下都进行PTS预处理，最后将所有片段的数据信号叠加来得到最终的峰均比抑制信号，相比传统的SLM-PTS混合抑制方法，具有更优的峰均比抑制性能。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：
提出一种FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法，其特征在于，包括：步骤1、基于SLM算法得到初始PAPR降低信号；步骤2、将所述初始PAPR降低数据信号转为时域信号，并基于重叠因子β将转为时域信号的初始PAPR降低信号分割为N个数据片段；步骤3、针对每个数据片段，将数据片段的每个数据块分割为V个子数据块，并执行以下步骤：对于每个数据块，基于前一数据块和自身数据块的最小功率和确定自身的最优相位旋转因子，并基于最优相位旋转因子得到优化数据块；以及，将β个优化数据块求和得到优化数据片段；步骤4、将N个优化数据片段求和得到优化PAPR降低信号。
提出一种FBMC/OQAM系统峰均比抑制系统，包括初始PAPR降低信号计算模块、数据分段模块、优化数据片段计算模块和优化PAPR降低信号计算模块；所述初始PAPR降低信号计算模块，用于基于SLM算法得到初始PAPR降低信号；所述数据分段模块，用于将所述初始PAPR降低数据信号转为时域信号，并基于重叠因子β将转为时域信号的初始PAPR降低信号分割为N个数据片段；所述优化数据片段计算模块，用于针对每个数据片段，将数据片段的每个数据块分割为V个子数据块，并执行以下步骤：对于每个数据块，基于前一数据块和自身数据块的最小功率和确定自身的最优相位旋转因子，并基于最优相位旋转因子得到优化数据块；以及，将β个优化数据块求和得到优化数据片段；所述优化PAPR降低信号计算模块，用于将N个优化数据片段求和得到优化PAPR降低信号。
与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法和系统中，将数据块采用SLM方法处理获得初始PAPR降低信号，然后考虑FBMC/OQAM信号的重叠结构，根据重叠因子β对初始降低峰均比后的数据块进行分片处理，每个片段中的数据块再结合考虑相邻数据块重叠影响的情况下都进行PTS预处理，具体的，将每个数据片段中的每个数据块再分割为V个子数据块，对于每个数据块，结合前一数据块和自身数据块的最小功率和来确定自身的最优相位旋转因子，根据最优相位旋转因子与自身子据块的乘积确定优化数据块，再将β个优化数据块求和得到优化数据片段，最后将所有优化数据片段的数据信号叠加来得到最终的优化PAPR降低信号；相比传统的SLM-PTS简单混合抑制方法，该方法考虑了信号的重叠结构特征，相比传统的SLM-PTS简单混合方法具有更优的峰均比抑制性能。
结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为FBMC/OQAM信号重叠结构示意图；
图2为本申请提出的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法的方法流程图；
图3为本申请提出的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法与现有技术的峰均比抑制仿真性能对比图；
图4为本申请提出的FBMC/OQAM系统峰均比抑制系统的系统架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。
本申请提出的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法，如图2所示，包括如下步骤：
步骤S1：基于SLM算法得到初始PAPR降低信号。
利用SLM方法，将输入数据块分解为U个数据块，U个数据块与U个不同相位的相位因子序列相乘得到U个修正数据块，其中，相位因子序列的模值为1，随机产生；继而对U个修正数据块取I FFT(快速傅里叶反变换)后分别计算PAPR，选取最小PAPR对应的修正数据块为初始PAPR降低信号。
步骤S2：将初始PAPR降低数据信号转为时域信号，并基于重叠因子β将转为时域信号的初始PAPR降低信号分割为N个数据片段。
将步骤S1得到的初始PAPR降低数据信号转为时域信号，并将转为时域信号的初始PAPR降低信号，按照M/β分隔为N个数据片段；其中M为数据块的个数，每个数据片段具有β个数据块，也即M＝Nβ。
然后，开始基于PTS算法优化每个数据片段中的数据块，具体的，
步骤S3、针对每个数据片段，将数据片段中的每个数据块sa(t)分割为V个子数据块其中v＝1，2，......，V，a为1至β间的取值；并执行以下步骤：
步骤S4、对于每个数据块sa(t))，基于前一数据块sa-1(t)和自身数据块sa(t)的最小功率和确定自身的最优相位旋转因子，并基于最优相位旋转因子得到自身的优化数据块。
具体的，根据确定自身的最优相位旋转因子；其中，为相位旋转因子，v＝1，2，......，V；然后根据得到峰值降低后的，也即优化后的第a个数据块信号。
以及步骤S5：将β个优化数据块求和得到优化数据片段。
根据得到优化数据块信号，b＝1，2，....，N。
例如，首先把第一个数据片段中的第一个数据块信号s1(t)分割成V个独立相等的子数据块每个子数据块乘以相位旋转因子其中，v＝1，2，......，V，根据得到最优相位旋转因子v＝1，...，V，从而根据得到峰均比降低的第一个数据块。
接着，把第一个数据片段中的第二个数据块信号s2(t)分割成V个独立相等的子数据块每个子数据块乘以相位旋转因子得到最优相位旋转因子从而根据得到峰均比降低的第二个数据块。
利用这个思路继续计算后面的数据块，直到第β个数据块，最优相位因子为优化后的峰均比降低的第β个数据块为
则优化后的第一个数据片段可以表示为
接着，运用上述思路优化第二个数据片段，这其中，在选取第二个数据片段中的第一个数据块的相位因子时，同样需要考虑其前一个数据块的重叠影响，也即，考虑第一个数据片段中的最后一个数据块作为其前一数据块，得到第二个数据片段的优化信号
上述，x1(t)，x2(t)等的上标表示片段数。
步骤S6、将N个优化数据片段求和得到优化PAPR降低信号。
把所有优化数据片段叠加就可以获得最后优化的PAPR降低信号
下面，通过互补累计分布函数(CCDF)来分析上述本申请提出的FMBC/OQAM系统的峰均比抑制性能与其他三种不同方法的峰均比抑制性能的对比效果。
峰值平均功率比PAPR在OFDM系统中定义为：
其中，xn表示经过IFFT运算后得到的输出信号。
离散时间的等效基带FBMC/OQAM信号可以由下式表示：
式中N是总载波数，h为滤波器函数，时域上滤波器长度为βT，β为重叠因子，实际上，上式为N个子载波信号的和，换一种表示方法为其中，
下标m表示xm为第m个子载波信号。
由于FBMC/OQAM系统和OFDM系统都是在符号周期T内传输一帧复符号，所以具有相同的等效传输速率，其PAPR仍定义为：
式中，E{|s[k]|2}表示s[k]的期望。
假设发送的符号之间不相关，发送am，n的功率为那么xm之间也是不相关的，可以得到
E{xm}＝0
明显，xm的均值和方差都与m无关。前面已经指出，s[k]是N个xm的和，根据中心极限定理，只要N足够大，s[k]就会服从复高斯分布，均值为0，方差为它的实部和虚部独立且同样服从高斯分布，方差为那么可以认为|s[k]|2服从二维χ2分布。设X＝|s[k]|2，那么它的概率密度函数为
令把h作为做一个能量单位，则
式中
给定一个门限Y，可以得到一个累计分布函数(CDF)
当子载波数N足够大时，每个取样的Y都是相互独立的，可以得到
此外，可以从另一个角度来衡量系统的PAPR分布，即计算峰均比超过门限γ的概率，得到互补累计分布函数(CCDF)
在FBMC/OQAM系统中，CCDF由门限Y和ak共同决定，而在OFDM系统中，CCDF只有门限值来决定。通过计算，当ak＝1时具有最优的CCDF性能，这与OFDM系统的CCDF表示式是一样的。
所以，在研究FBMC/OQAM系统峰均比的时候，采用的CCDF为
Pr(PAPR≥γ)＝1-(1-e-γ)N。
如图3所示，为本申请提出的FBMC/OQAM系统在考虑了数据块重叠影响的情况下对峰均比的抑制效果，与其他现有的三种峰均比抑制方法相比，有效的降低了FBMC/OQAM信号的峰均比值，其抑制性能更优；图中，“.”表示原始信号，“*”表示经过SLM方法抑制的信号，“+”表示经过PTS方法抑制的信号，“。”表示经过SLM-PTS简单混合方法抑制的信号，倒“△”表示经过本申请提出抑制方法抑制的信号。
上述可见，本申请提出的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法中，将数据块采用SLM方法处理获得初始PAPR降低信号，然后考虑FBMC/OQAM信号的重叠结构，根据重叠因子β对初始降低峰均比后的数据块进行分片处理，每个片段中的数据块再结合考虑相邻数据块重叠影响的情况下都进行PTS预处理，具体的，将每个数据片段中的每个数据块再分割为V个子数据块，对于每个数据块，结合前一数据块和自身数据块的最小功率和来确定自身的最优相位旋转因子，根据最优相位旋转因子与自身子据块的乘积确定优化数据块，再将β个优化数据块求和得到优化数据片段，最后将所有优化数据片段的数据信号叠加来得到最终的优化PAPR降低信号；相比传统的SLM-PTS简单混合抑制方法，该方法考虑了信号的重叠结构特征，相比传统的SLM-PTS简单混合方法具有更优的峰均比抑制性能。
基于上述提出的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法，本申请还提出一种FBMC/OQAM系统峰均比抑制，如图4所示，包括初始PAPR降低信号计算模块41、数据分段模块42、优化数据片段计算模块43和优化PAPR降低信号计算模块44。
初始PAPR降低信号计算模块41用于基于SLM算法得到初始PAPR降低信号；数据分段模块42用于将初始PAPR降低数据信号转为时域信号，并基于重叠因子β将转为时域信号的初始PAPR降低信号分割为N个数据片段；优化数据片段计算模块43用于针对每个数据片段，将数据片段的每个数据块分割为V个子数据块，并执行以下步骤：对于每个数据块，基于前一数据块和自身数据块的最小功率和确定自身的最优相位旋转因子，并基于最优相位旋转因子得到优化数据块；以及，将β个优化数据块求和得到优化数据片段；优化PAPR降低信号计算模块44用于将N个优化数据片段求和得到优化PAPR降低信号。
具体的，初始PAPR降低信号计算模块41包括串并转换单元411、修正单元412、IFFT单元413和初始PAPR降低信号确定单元414；串并转换单元411用于将输入数据块分解为U个数据块；修正单元412用于将U个数据块与U个不同相位的相位因子序列相乘得到U个修正数据块；IFFT单元413用于对U个修正数据块取IFFT；初始PAPR降低信号确定单元414用于对U个修正数据块取IFFT后计算PAPR，并选取最小PAPR对应的修正数据块为初始PAPR降低信号。
其中，数据分段模块42基于重叠因子β将转为时域信号的初始PAPR降低信号分割为N个数据片段，具体为：将转为时域信号的初始PAPR降低信号，按照M/β分隔为N个数据片段；其中M为初始PAPR降低信号的数据块个数。
优化数据片段计算模块43对于每个数据块，基于前一数据块和自身数据块的最小功率和确定自身的最优相位旋转因子，具体为：基于确定自身的最优相位旋转因子；其中，为相位旋转因子，为自身子数据块，xa-1(t)为优化后的前一数据块。
具体的系统优化方式已经在上述提出的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法中详述，此处不予赘述。
上述本申请提出的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法和系统，将数据块采用SLM方法处理后，根据重叠因子对初始降低峰均比后的数据块进行分片处理，每个片段中的数据块再结合考虑相邻数据块重叠影响的情况下都进行PTS预处理，最后将所有片段的数据信号叠加来得到最终的峰均比抑制信号，相比传统的SLM-PTS混合抑制方法，具有更优的峰均比抑制性能。
应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法，其特征在于，包括：
步骤1、基于SLM算法得到初始PAPR降低信号；
步骤2、将所述初始PAPR降低数据信号转为时域信号，并基于重叠因子β将转为时域信号的初始PAPR降低信号分割为N个数据片段；
步骤3、针对每个数据片段，将数据片段的每个数据块分割为V个子数据块，并执行以下步骤：
对于每个数据块，基于前一数据块和自身数据块的最小功率和确定自身的最优相位旋转因子，并基于最优相位旋转因子得到优化数据块；以及，将β个优化数据块求和得到优化数据片段；
步骤4、将N个优化数据片段求和得到优化PAPR降低信号。
2.根据权利要求1所述的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法，其特征在于，步骤1具体为：
将输入数据块分解为U个数据块；
U个数据块与U个不同相位的相位因子序列相乘得到U个修正数据块；
对U个修正数据块取IFFT后分别计算PAPR；
选取最小PAPR对应的修正数据块为所述初始PAPR降低信号。
3.根据权利要求2所述的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法，其特征在于，步骤2中，基于重叠因子β将转为时域信号的初始PAPR降低信号分割为N个数据片段，具体为：
将转为时域信号的初始PAPR降低信号，按照M/β分隔为N个数据片段；其中M为所述初始PAPR降低信号的数据块个数。
4.根据权利要求3所述的FBMC/OQAM系统峰均比抑制方法，其特征在于，步骤31中，基于前一数据块和自身数据块的最小功率和确定自身的最优相位旋转因子，具体为：
基于确定自身的最优相位旋转因子；其中，为相位旋转因子,为自身子数据块，Xa-1(t)为优化后的前一数据块。
5.一种FBMC/OQAM系统峰均比抑制系统，其特征在于，包括初始PAPR降低信号计算模块、数据分段模块、优化数据片段计算模块和优化PAPR降低信号计算模块；
所述初始PAPR降低信号计算模块，用于基于SLM算法得到初始PAPR降低信号；
所述数据分段模块，用于将所述初始PAPR降低数据信号转为时域信号，并基于重叠因子β将转为时域信号的初始PAPR降低信号分割为N个数据片段；
所述优化数据片段计算模块，用于针对每个数据片段，将数据片段的每个数据块分割为V个子数据块，并执行以下步骤：对于每个数据块，基于前一数据块和自身数据块的最小功率和确定自身的最优相位旋转因子，并基于最优相位旋转因子得到优化数据块；以及，将β个优化数据块求和得到优化数据片段；
所述优化PAPR降低信号计算模块，用于将N个优化数据片段求和得到优化PAPR降低信号。
6.根据权利要求5所述的FBMC/OQAM系统峰均比抑制系统，其特征在于，所述初始PAPR降低信号计算模块，包括串并转换单元、修正单元、IFFT单元和初始PAPR降低信号确定单元；
所述串并转换单元，用于将输入数据块分解为U个数据块；
所述修正单元，用于将U个数据块与U个不同相位的相位因子序列相乘得到U个修正数据块；
所述IFFT单元，用于对U个修正数据块取IFFT；
所述初始PAPR降低信号确定单元，用于对U个修正数据块取IFFT后计算PAPR，并选取最小PAPR对应的修正数据块为所述初始PAPR降低信号。
7.根据权利要求6所述的FBMC/OQAM系统峰均比抑制系统，其特征在于，所述数据分段模块，基于重叠因子β将转为时域信号的初始PAPR降低信号分割为N个数据片段，具体为：将转为时域信号的初始PAPR降低信号，按照M/β分隔为N个数据片段；其中M为所述初始PAPR降低信号的数据块个数。
8.根据权利要求7所述的FBMC/OQAM系统峰均比抑制系统，其特征在于，所述优化数据片段计算模块，对于每个数据块，基于前一数据块和自身数据块的最小功率和确定自身的最优相位旋转因子，具体为：基于确定自身的最优相位旋转因子；其中，为相位旋转因子,为自身子数据块，Xa-1(t)为优化后的前一数据块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190111 |
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