CN110891037A - 一种基于频域处理降低信号峰均比的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于频域处理降低信号峰均比的方法及装置，对输入信号进行削峰处理，削峰处理后的信号经快速傅里叶变换从时域变换到频域，在频域内对信号进行带内带外分别处理，经带内带外处理后的信号通过快速傅里叶反变换将削峰信号变换到时域，从而得到削峰信号。在频域降低信号的峰均比，能够做到误差向量幅度可控，且兼顾邻道功率泄露比的需求。

Description

一种基于频域处理降低信号峰均比的方法及装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于频域处理降低信号峰均比的方法及装置。

背景技术

现代通信系统中，信号调制方式导致信号峰均比PAPR(Peak to AveragePowerRatio)越来越高，高峰均比会提高功率放大器的非线性失真程度，信号的峰均比越高，对功率放大器具备的线性和转换效率要求也越高。采用传统的功率回退法可以使功放工作在线性区，但会导致输出功率和效率降低，从而减小其覆盖范围。因此，业界提出了很多降低信号峰均比的方法，以此减小功率回退，提升功放的输出功率和效率。

目前，现有技术中普遍应用的峰均比PAPR降低方案存在一个共同点：以信号的峰均比PAPR降低量作为最终目标，在时域上进行削峰处理，但误差向量幅度EVM(ErrorVector Magnitude)不可控，误差矢量幅度EVM表征了信号的带内失真程度，不同配置、不同制式下信号的时域包络特性不一致，因此削峰后的EVM是不可预知的。现有技术中的峰均比PAPR降低方法实现过程为：设定一个门限，检测幅值超过门限的信号，采用一定的方法将信号的幅值降低至门限以下，门限值越低，则误差矢量幅度EVM越差。

随着移动通信的更新换代，很多应用场景对EVM提出了更为严苛的要求，例如高铁、地铁等高速移动物体上的无线通信、高阶调制方式下的移动通信等。此时，EVM成为了系统性能的重要评价指标，某些场景下，为了保证EVM满足协议要求，需将门限值调高。因此，现有技术中信号PAPR降低方案的适用性受限，在这些场景下PAPR降低方案应以EVM作为目标参数，同时兼顾PAPR以及邻道功率泄露比ACPR(Adjacent Channel Power Ratio)需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于频域处理降低信号峰均比的方法及装置，能够做到误差矢量幅度可控，且兼顾邻道功率泄露比的同时，降低信号峰均比。

本发明提供了一种基于频域处理降低信号峰均比的方法：

对输入信号data_in进行削峰处理，输出信号data_clip；

其中，所述削峰方法包括硬削峰或噪声成型削峰；

对所述输出信号data_clip进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_freq；对所述输入信号data_in进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_in_freq；

计算削峰后的误差向量幅度EVM，所述EVM计算公式为：

其中，S_max表示最大星座幅度，L表示带内信号的长度；I表示带内信号的起止点范围；E(k)表示处理前后信号的频域差异。

根据信号的频点以及带宽配置，将所述频域信号data_freq分为带内信号data_freq_in和带外信号data_freq_out。

对所述频域信号data_freq进行带内信号处理和带外信号处理；

所述带内信号处理采用局部调整法，设定误差向量幅度门限值ET，对所述带内信号data_freq_in超过误差向量幅度门限值ET的部分进行调整；

所述带外信号处理采用以输入信号data_in的功率谱密度psd曲线作为边界包络，对所述带外信号data_freq_out进行限制。

将经调整处理后的信号进行快速傅里叶反变换，输出时域信号data_out。

采用多级级联的结构，对每一级进行信号峰均比降低的处理。

对于多载波系统，将多载波进行合路；

将合路信号作为一个载波进行降低信号峰均比的处理。

合路信号误差向量幅度EVM的计算方法为：

其中，N表示载波数，L_M表示第M个载波的带内信号长度，S_maxM表示第M个载波的最大星座幅度，I_M表示第M个载波带内信号的起止点范围；E_M(k)表示第M个载波处理前后信号的频域差异。

本申请还提供了一种基于频域处理降低信号峰均比的装置，包括：

削峰模块，用于对输入信号data_in进行削峰处理，输出信号data_clip；所述削峰模块用于对输入信号进行硬削峰或噪声成型削峰。

计算模块，用于在对所述频域信号data_freq进行调整处理之前，计算削峰后的误差向量幅度EVM；所述EVM计算公式为：

其中，S_max表示最大星座幅度，L表示带内信号的长度；I表示带内信号的起止点范围；E(k)表示处理前后信号的频域差异。

第一运算模块，用于对所述输出信号data_clip进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_freq；还用于对所述输入信号data_in进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_in_freq；

分配模块，用于根据信号的频点以及带宽配置，将所述频域信号data_freq分为带内信号data_freq_in和带外信号data_freq_out。

调整模块，用于对所述频域信号data_freq进行调整处理；调整处理包括带内信号处理和带外信号处理；

进一步的，所述调整模块包括带内处理单元和带外处理单元：所述带内处理单元采用局部调整法，对所述带内信号data_freq_in超过误差向量幅度门限值ET的部分进行调整；

所述带外处理单元采用以输入信号data_in的功率谱密度psd曲线作为边界包络，对所述带外信号data_freq_out进行限制。

第二运算模块，用于将经调整处理后的信号进行快速傅里叶反变换，输出时域信号data_out。

采用多级级联的结构，对每一级进行降低信号峰均比的处理。

合成模块，用于将多载波进行合路；将合路信号作为一个载波进行降低信号峰均比的处理。

所述计算模块，还用于计算合路信号误差向量幅度EVM，计算方法为：

其中，N表示载波数，L_M表示第M个载波的带内信号长度，S_maxM表示第M个载波的最大星座幅度，I_M表示第M个载波带内信号的起止点范围；E_M(k)表示第M个载波处理前后信号的频域差异。

本申请中基于频域处理降低信号峰均比的方法及装置，采用带内信号处理，可以有效地对带内信号进行调整，使得其EVM不超过制定门限ET，做到EVM可控；采用带外信号处理，可以有效地改善处理后信号频谱扩散以及底噪抬升的现象，且相比传统的滤波方法，能够减弱PAPR的回升。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明实施例一中基于硬削峰处理降低信号峰均比的方法流程图；

图2是本发明实施例二中基于噪声成型削峰处理降低信号峰均比的方法流程图；

图2a是实施例二中噪声成型削峰处理具体流程图；

图3是本发明中多级级联结构示意图；

图4是本发明中基于频域处理降低信号峰均比的装置原理框图；

图5是本发明实施例三中硬削峰处理降低信号峰均比的装置架构图；

图6是本发明实施例四中噪声成型削峰处理降低信号峰均比的装置架构图；

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明提供了一种基于频域处理降低信号峰均比的方法及装置，在满足误差矢量幅度和邻道功率泄漏比的条件下，能够取得更好的削峰效果。

实施例一

本实施例提供了一种基于频域处理降低信号峰均比的方法，如图1所示，所述方法包括：

S101.对输入信号data_in进行硬削峰处理HC(Hard Clipping)，经削峰处理后的输出信号为data_clip；

S102.对所述输出信号data_clip进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_freq；对所述输入信号data_in进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_in_freq；

S103.计算削峰后的误差向量幅度EVM(Error Vector Magnitude)，所述EVM计算公式为：

其中，S_max表示最大星座幅度，L表示带内信号的长度；I表示带内信号的起止点范围；E(k)表示处理前后信号的频域差异。

其中，所述E(k)表示的是data_clip以及data_in在频域值上的差异，计算方法为：

data_in的频域值Freq_in(k)，Freq_in(k)＝fft(data_in(k))；

data_clip的频域值Freq_clip(k)，

Freq_clip(k)＝fft(data_clip(k))；

E(k)＝Freq_in(k)-Freq_clip(k)。

综上，通过频域信号data_freq以及data_clip可以计算出HC后的EVM。

S104.根据信号的频点以及带宽配置，将所述频域信号data_freq分为带内信号data_freq_in和带外信号data_freq_out；

S105.由带内处理单元IBPU(Inner-Band Processing Unit)对所述带内信号data_freq_in进行带内处理；

设定EVM门限ET值，对data_freq进行调整，使得EVM最大值均不超过ET，其中，调整方法有很多种，例如统一调整法以及局部调整法。统一调整法将所有EVM均补偿至门限附近，优点是简单，缺点是可能会导致PAPR回升；局部调整法只将超过ET的部分data_freq进行调整，可以改善统一调整法的缺陷，因此，本申请带内处理时采用局部调整法。

S106.带外处理单元OBPU(Out-of-Band Processing Unit)对所述带外信号data_freq_out进行带外处理。信号经过HC处理后，时域上出现拐点，导致频谱扩散以及底噪抬升，这对于现有系统是无法容忍的。因此，需要将其进行抑制，最常用的办法就是利用滤波器进行滤波处理，但会带来峰值重生，引起PAPR的回升。带外处理的目的是抑制削峰信号的带外频谱泄漏，降低削峰信号的ACPR，保证处理后信号的频谱抑制度不受影响。

本申请提出了一种带外抑制方案，即以输入信号data_in的psd曲线作为边界包络，对data_freq_out进行限制，其基本原理与HC一致，相比滤波处理，该方法可以减弱PAPR回升现象。

具体的，带外处理计算方法为：

其中，Pm(k)表示求data_in的功率谱密度，N表示带外信号长度，

表示经过带外处理后的带外信号频域值，Xmc(k)表示硬削峰后的带外信号频域值，Om表示带外信号起止范围。

S107.将经调整处理后的信号进行快速傅里叶反变换，输出时域信号data_out，即可得到峰均比降低后的信号。

实施例二

本实施例提供了一种基于频域处理降低信号峰均比的方法，如图2所示，所述方法包括：

S201.对输入信号data_in进行噪声成型削峰NS-CLIP(Noise Shape Clip)，经削峰处理后的输出信号为data_clip；

与实施例一不同的是本实施例中对输入信号data_in进行削峰处理采用的是噪声成型削峰NS-CLIP(Noise Shape Clip),如图2a中所示：

S201a.计算噪声信息。不同于硬削峰直接对峰值进行削低操作，噪声成型削峰首先检测峰值信息并将所述峰值信息保留，然后得出噪声信息。其中，噪声信息可通过峰值信息与波峰因子CF(Crest Factor)得出，具体的，噪声＝峰值-削波门限，其中，削波门限＝CF*max(abs(data_in))，max(abs(data_in))为信号data_in的最大幅值；CF是一个大于0小于1的小数，其大小根据削峰后的PAPR需求进行选择；峰值指的是data_in中幅值大于削峰门限的点的幅值。

S201b.设计噪声成型滤波器Noise shape filter，综合考虑PAPR、EVM以及ACPR，使得经过NS-CLIP处理后信号的上述三个指标均满足协议要求，所述Noise shape filter一般要通过多次仿真实验得出。信号经噪声成型滤波后不会出现频谱扩散及底噪抬升现象，因此，OBPU处理带来的PAPR回升就会减弱。

S201c.将噪声与所述Noise shape filter滤波器系数进行乘积处理，将处理后的结果与输入信号相减，即可达到削峰后的信号data_clip。

相比方案一，此方案的优势在于：硬削峰会导致信号频谱扩散及底噪抬升，且CF越低，该现象就越明显，同时OBPU处理后的PAPR回升就会越严重。采用NS-CLIP，综合考虑PAPR、EVM以及ACPR设计合理的Noise shape filter，则不会出现频谱扩散及底噪抬升现象，因此，OBPU处理带来的PAPR回升就会减弱。

因此，削峰方法优选的采用NS-CLIP。

S202.对所述输出信号data_clip进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_freq；

S203.计算削峰后的误差向量幅度EVM(Error Vector Magnitude)，所述EVM计算公式为：

其中，S_max表示最大星座幅度，L表示带内信号的长度；I表示带内信号的起止点范围；E(k)表示处理前后信号的频域差异。

其中，所述E(k)表示的是data_clip以及data_in在频域值上的差异，计算方法为：

data_in的频域值为Freq_in(k)，Freq_in(k)＝fft(data_in(k))；

data_clip的频域值Freq_clip(k)，

Freq_clip(k)＝fft(data_clip(k))；

E(k)＝Freq_in(k)-Freq_clip(k)。

综上，通过频域信号data_freq以及data_clip可以计算出NS-CLIP后的EVM。

S204.根据信号的频点以及带宽配置，将所述频域信号data_freq分为带内信号data_freq_in和带外信号data_freq_out；

S205.由带内处理单元IBPU(Inner-Band Processing Unit)对所述带内信号data_freq_in进行带内处理；

设定EVM门限ET值，对data_freq进行调整，使得EVM最大值均不超过ET，其中，调整方法有很多种，例如统一调整法以及局部调整法。统一调整法将所有EVM均补偿至门限附近，优点是简单，缺点是可能会导致PAPR回升；局部调整法只将超过ET的部分data_freq进行调整，可以改善统一调整法的缺陷，因此，本申请带内处理时采用局部调整法。

S206.带外处理单元OBPU(Out-of-Band Processing Unit)对所述带外信号data_freq_out进行带外处理。信号经过HC处理后，时域上出现拐点，导致频谱扩散以及底噪抬升，这对于现有系统是无法容忍的。因此，需要将其进行抑制，最常用的办法就是利用滤波器进行滤波处理，但会带来峰值重生，引起PAPR的回升。带外处理的目的是抑制预削峰信号的带外频谱泄漏，降低削峰信号的ACPR，保证处理后信号的频谱抑制度不受影响。

本申请提出了一种带外抑制方案，即以输入信号data_in的psd曲线作为边界包络，对data_freq_out进行限制，其基本原理与HC一致，相比滤波处理，该方法可以减弱PAPR回升现象。

具体的，带外处理计算方法为：

其中，Pm(k)表示求data_in的功率谱密度，N表示带外信号长度，

表示经过带外处理后的带外信号频域值，Xmc(k)表示硬削峰后的带外信号频域值，Om表示带外信号起止范围。

S207.将经调整处理后的信号进行快速傅里叶反变换，输出时域信号data_out，即可得到峰均比降低后的信号。

需要说明的是，由于实际应用中对PAPR的不同需求，单级处理很难满足多样性的峰均比需求。在实施例一和实施例二的基础上提出了多级级联的结构，如下图3所示。

图中每一个频域削波FRQ-CLIP(Frequency-Clip)单元都和图1或图2保持一致，且三个单元的结构都完全一致，仅CF以及ET值存在区别。一般来说，三级级联即可满足绝大多数系统的PAPR需求。同时，本发明可以与其余已知的PAPR降低技术进行联合，进一步降低信号的PAPR，只需要将两种方案进行串联即可，或者将下图中任意一个FRQ-CLIP单元换为其他已知PAPR降低方案。

上述两个实施例是针对单载波提出的，对于多载波系统，将多载波合路为一个载波，输入信号为多载波合路输入，即将合路后的信号当做一个完整载波，进行图1或图2的削峰处理。

合路信号误差向量幅度EVM的计算方法为：

其中，N表示载波数，L_M表示第M个载波的带内信号长度，S_maxM表示第M个载波的最大星座幅度，I_M表示第M个载波带内信号的起止点范围；E_M(k)表示第M个载波处理前后信号的频域差异。

若将多载波的每个载波都经过图1或图2所示削峰处理，最后再将多载波进行合路，此方法无法控制合路后信号的PAPR，尤其是载波数超过3时，合路后的PAPR已无法控制，甚至会出现削不齐的现象。本申请中采用的将多载波合路为一个载波进行削峰处理的方案可以有效地控制合路后的PAPR，且不增加实现难度。

实施例三

本实施例提供了一种基于频域处理降低信号峰均比的装置，如图4所示，本实施中削峰模块为硬削峰模块，见图5，所述装置包括：

硬削峰模块301，用于对输入信号data_in进行硬削峰处理，输出信号data_clip；

第一运算模块302，用于对所述输出信号data_clip进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_freq；对所述输入信号data_in进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_in_freq；

计算模块303，用于在对所述频域信号data_freq进行调整处理之前，计算削峰后的误差向量幅度EVM。

所述EVM计算公式为：

其中，S_max表示最大星座幅度，L表示带内信号的长度；I表示带内信号的起止点范围；E(k)表示处理前后信号的频域差异。

其中，所述E(k)表示的是data_clip以及data_in在频域值上的差异，计算方法为：

data_in的频域值为Freq_in(k)，Freq_in(k)＝fft(data_in(k))；

data_clip的频域值Freq_clip(k)，

Freq_clip(k)＝fft(data_clip(k))；

E(k)＝Freq_in(k)-Freq_clip(k)。

分配模块304，用于根据信号的频点以及带宽配置，将所述频域信号data_freq分为带内信号data_freq_in和带外信号data_freq_out。

调整模块305，用于对所述频域信号data_freq进行带内信号处理和带外信号处理；

进一步的，所述调整模块305包括：

305a.带内处理单元IBPU(Inner-Band Processing Unit)，用于对所述带内信号data_freq_in进行带内处理；

设定EVM门限ET值，对data_freq进行调整，使得EVM最大值均不超过ET，其中，调整方法有很多种，例如统一调整法以及局部调整法。统一调整法将所有EVM均补偿至门限附近，优点是简单，缺点是可能会导致PAPR回升；局部调整法只将超过ET的部分data_freq进行调整，可以改善统一调整法的缺陷，因此，本申请带内处理时采用局部调整法。

305b.带外处理单元OBPU(Out-of-Band Processing Unit)，用于对所述带外信号data_freq_out进行带外处理。信号经过HC处理后，时域上出现拐点，导致频谱扩散以及底噪抬升，这对于现有系统是无法容忍的。因此，需要将其进行抑制，最常用的办法就是利用滤波器进行滤波处理，但会带来峰值重生，引起PAPR的回升。带外处理的目的是抑制预削峰信号的带外频谱泄漏，降低削峰信号的ACPR，保证处理后信号的频谱抑制度不受影响。

本申请提出了一种带外抑制方案，即以输入信号data_in的psd曲线作为边界包络，对data_freq_out进行限制，其基本原理与HC一致，相比滤波处理，该方法可以减弱PAPR回升现象。

具体的，带外处理计算方法为：

其中，Pm(k)表示求data_in的功率谱密度，N表示带外信号长度，

表示经过带外处理后的带外信号频域值，Xmc(k)表示硬削峰后的带外信号频域值，Om表示带外信号起止范围。

第二运算模块306，用于将经调整处理后的信号进行快速傅里叶反变换，得到输出时域信号data_out，即可得到峰均比降低后的信号。

需要说明的是，由于实际应用中对PAPR的不同需求，单级处理很难满足多样性的峰均比需求，因此提出了多级级联的结构，如下图3所示。

图中每一个频域削波FRQ-CLIP(Frequency-Clip)单元都和图5保持一致，且三个单元的结构都完全一致，仅CF以及ET值存在区别。一般来说，三级级联即可满足绝大多数系统的PAPR需求。同时，本发明可以与其余已知的PAPR降低技术进行联合，进一步降低信号的PAPR，只需要将两种方案进行串联即可，或者将下图中任意一个FRQ-CLIP单元换为其他已知PAPR降低方案。

合成模块307，用于将多载波进行合路；将合路信号作为一个载波进行信号峰均比降低的处理。

对于多载波系统，将多载波合路为一个载波，输入信号为多载波合路输入，即将合路后的信号当做一个完整载波，进行图5所示的削峰处理。

合路信号误差向量幅度EVM的计算方法为：

其中，N表示载波数，L_M表示第M个载波的带内信号长度，S_maxM表示第M个载波的最大星座幅度，I_M表示第M个载波带内信号的起止点范围；E_M(k)表示第M个载波处理前后信号的频域差异。

若将多载波的每个载波都经过图5所示削峰处理，最后再将多载波进行合路，此方法无法控制合路后信号的PAPR，尤其是载波数超过3时，合路后的PAPR已无法控制，甚至会出现削不齐的现象。本申请中采用的将多载波合路为一个载波进行削峰处理的方案可以有效地控制合路后的PAPR，且不增加实现难度。

实施例四

本实施例提供了一种基于频域处理的信号峰均比降低装置，如图4所示。本实施中削峰模块为硬削峰模块，见图6，所述装置包括：

噪声成型削峰模块401，用于对输入信号data_in进行硬削峰处理，输出信号data_clip；

噪声成型削峰模块，不同于硬削峰模块直接对峰值进行削低操作，噪声成型削峰首先检测峰值信息并将所述峰值信息保留，然后得出噪声信息。其中，噪声信息可通过峰值信息与波峰因子CF(Crest Factor)得出，具体的，噪声＝峰值-削波门限，其中，削波门限＝CF*max(abs(data_in))，max(abs(data_in))为信号data_in的最大幅值；CF是一个大于0小于1的小数，其大小根据削峰后的PAPR需求进行选择；峰值指的是data_in中幅值大于削峰门限的点的幅值。

设计噪声成型滤波器Noise shape filter，综合考虑PAPR、EVM以及ACPR，使得经过NS-CLIP处理后信号的上述三个指标均满足协议要求，所述Noise shape filter一般要通过多次仿真实验得出。信号经噪声成型滤波后不会出现频谱扩散及底噪抬升现象，因此，OBPU处理带来的PAPR回升就会减弱。

将噪声与设计好的Noise shape filter滤波器系数进行乘积处理，将处理后的结果与输入信号相减，即可达到削峰后的信号data_clip。

相比硬削峰，此方案的优势在于：硬削峰会导致信号频谱扩散及底噪抬升，且CF越低，该现象就越明显，同时OBPU处理后的PAPR回升就会越严重。采用NS-CLIP，综合考虑PAPR、EVM以及ACPR设计合理的Noise shape filter，则不会出现频谱扩散及底噪抬升现象，因此，OBPU处理带来的PAPR回升就会减弱。

因此，优选的采用噪声成型削峰模块NS-CLIP。

第一运算模块402，用于对所述输出信号data_clip进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_freq；对所述输入信号data_in进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_in_freq；

计算模块403，用于在对所述频域信号data_freq进行调整处理之前，计算削峰后的误差向量幅度EVM(Error Vector Magnitude)。

所述EVM计算公式为：

其中，S_max表示最大星座幅度，L表示带内信号的长度；I表示带内信号的起止点范围；E(k)表示处理前后信号的频域差异。

其中，所述E(k)表示的是data_clip以及data_in在频域值上的差异，计算方法为：

data_in的频域值为Freq_in(k)，Freq_in(k)＝fft(data_in(k))；

data_clip的频域值Freq_clip(k)，

Freq_clip(k)＝fft(data_clip(k))；

E(k)＝Freq_in(k)-Freq_clip(k)。

分配模块404，用于根据信号的频点以及带宽配置，将所述频域信号data_freq分为带内信号data_freq_in和带外信号data_freq_out。

调整模块405，用于对所述频域信号data_freq进行带内信号处理和带外信号处理；

进一步的，所述调整模块405包括：

405a.带内处理单元IBPU(Inner-Band Processing Unit)，用于对所述带内信号data_freq_in进行带内处理；

设定EVM门限ET值，对data_freq进行调整，使得EVM最大值均不超过ET，其中，调整方法有很多种，例如统一调整法以及局部调整法。统一调整法将所有EVM均补偿至门限附近，优点是简单，缺点是可能会导致PAPR回升；局部调整法只将超过ET的部分data_freq进行调整，可以改善统一调整法的缺陷，因此，本申请带内处理时采用局部调整法。

405b.带外处理单元OBPU(Out-of-Band Processing Unit)，用于对所述带外信号data_freq_out进行带外处理。信号经过HC处理后，时域上出现拐点，导致频谱扩散以及底噪抬升，这对于现有系统是无法容忍的。因此，需要将其进行抑制，最常用的办法就是利用滤波器进行滤波处理，但会带来峰值重生，引起PAPR的回升。带外处理的目的是抑制预削峰信号的带外频谱泄漏，降低削峰信号的ACPR，保证处理后信号的频谱抑制度不受影响。

本申请提出了一种带外抑制方案，即以输入信号data_in的psd曲线作为边界包络，对data_freq_out进行限制，其基本原理与HC一致，相比滤波处理，该方法可以减弱PAPR回升现象。

具体的，带外处理计算方法为：

其中，Pm(k)表示求data_in的功率谱密度，N表示带外信号长度，

表示经过带外处理后的带外信号频域值，Xmc(k)表示硬削峰后的带外信号频域值，Om表示带外信号起止范围。

第二运算模块406，用于将经调整处理后的信号进行快速傅里叶反变换，得到输出时域信号data_out，即可得到经峰均比降低后的信号。

需要说明的是，由于实际应用中对PAPR的不同需求，单级处理很难满足多样性的峰均比需求，因此提出了多级级联的结构，如下图3所示。

图中每一个频域削波FRQ-CLIP(Frequency-Clip)单元都和图6保持一致，且三个单元的结构都完全一致，仅CF以及ET值存在区别。一般来说，三级级联即可满足绝大多数系统的PAPR需求。同时，本发明可以与其余已知的PAPR降低技术进行联合，进一步降低信号的PAPR，只需要将两种方案进行串联即可，或者将下图中任意一个FRQ-CLIP单元换为其他已知PAPR降低方案。

合成模块407，用于将多载波进行合路；将合路信号作为一个载波进行信号峰均比降低的处理。

对于多载波系统，将多载波合路为一个载波，输入信号为多载波合路输入，即将合路后的信号当做一个完整载波，进行图6所示的削峰处理。

此时合路信号误差向量幅度EVM，计算方法为：

其中，N表示载波数，L_M表示第M个载波的带内信号长度，S_maxM表示第M个载波的最大星座幅度，I_M表示第M个载波带内信号的起止点范围；E_M(k)表示第M个载波处理前后信号的频域差异。。

若将多载波的每个载波都经过图6所示削峰处理，最后再将多载波进行合路，此方法无法控制合路后信号的PAPR，尤其是载波数超过3时，合路后的PAPR已无法控制，甚至会出现削不齐的现象。本申请中采用的将多载波合路为一个载波进行削峰处理的方案可以有效地控制合路后的PAPR，且不增加实现难度。

与现有技术中的方案相比，本申请提供的方案具有以下的优点：

1、通过对带内信号进行调整，使得EVM不超过制定门限ET，做到EVM可控；

2、通过对带外信号进行调整，可以有效地改善处理后信号频谱扩散以及底噪抬升的现象，且相比传统的滤波方法，能够减弱PAPR的回升；

3、采用噪声成型削峰方法与IBPU以及OBPU相结合的方案，可以进一步改善PAPR回升现象；

4、多级级联，保证最终的PAPR满足系统要求；

5、多载波合路为一个载波，输入峰均比降低装置，能够有效地控制合路后的PAPR，且容易实现。

本领域技术人员可以明白，这里结合所公开的实施例描述的各种示例性的方法步骤和装置单元均可以电子硬件、软件或二者的结合来实现。为了清楚地示出硬件和软件之间的可交换性，以上对各种示例性的步骤和单元均以其功能性的形式进行总体上的描述。这种功能性是以硬件实现还是以软件实现依赖于特定的应用和整个系统所实现的设计约束。本领域技术人员能够针对每个特定的应用，以多种方式来实现所描述的功能性，但是这种实现的结果不应解释为背离本发明的范围。

结合上述公开的实施例所描述的方法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或者这二者的组合。软件模块可能存在于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其他形式的存储媒质中。一种典型存储媒质与处理器耦合，从而使得处理器能够从该存储媒质中读信息，且可向该存储媒质写信息。在替换实例中，存储媒质是处理器的组成部分。处理器和存储媒质可能存在于一个ASIC中。该ASIC可能存在于一个用户站中。在一个替换实例中，处理器和存储媒质可以作为用户站中的分立组件存在。

根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种基于频域处理降低信号峰均比的方法，其特征在于，包括：

对输入信号data_in进行削峰处理，输出信号data_clip；

对所述输出信号data_clip进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_freq；对所述输入信号data_in进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_in_freq；

对所述频域信号data_freq进行调整处理；

将经调整处理后的信号进行快速傅里叶反变换，输出时域信号data_out。

2.如权利要求1所述降低信号峰均比的方法，其特征在于，所述调整处理包括带内信号处理和带外信号处理。

3.如权利要求1所述降低信号峰均比的方法，其特征在于，所述削峰方法包括硬削峰或噪声成型削峰。

4.如权利要求1所述降低信号峰均比的方法，其特征在于，在对所述频域信号data_freq进行调整处理之前，计算削峰后的误差向量幅度EVM，所述误差向量幅度EVM计算公式为：

其中，S_max表示最大星座幅度，L表示带内信号的长度；I表示带内信号的起止点范围；E(k)表示处理前后信号的频域差异。

5.如权利要求1所述降低信号峰均比的方法，其特征在于，根据信号的频点以及带宽配置，将所述频域信号data_freq分为带内信号data_freq_in和带外信号data_freq_out。

6.如权利要求2所述降低信号峰均比的方法，其特征在于，所述带内信号处理采用局部调整法，对所述带内信号data_freq_in超过误差向量幅度门限值ET的部分进行调整。

7.如权利要求6所述降低信号峰均比的方法，其特征在于，对所述带内信号采用局部调整法处理之前，设定误差向量幅度门限值ET。

8.如权利要求2所述降低信号峰均比的方法，其特征在于，所述带外信号处理采用以输入信号data_in的功率谱密度psd曲线作为边界包络，对所述带外信号data_freq_out进行限制。

9.如权利要求1-8任一项所述降低信号峰均比的方法，其特征在于，采用多级级联的结构，对每一级进行信号峰均比降低的处理。

10.如权利要求1-9任一项所述降低信号峰均比的方法，其特征在于，对于多载波系统，包括：

将多载波进行合路；

将合路信号作为一个载波进行降低信号峰均比的处理。

11.如权利要求10所述降低信号峰均比的方法，其特征在于，合路信号误差向量幅度EVM的计算方法为：

其中，N表示载波数，L_M表示第M个载波的带内信号长度，S_maxM表示第M个载波的最大星座幅度，I_M表示第M个载波带内信号的起止点范围；E_M(k)表示第M个载波处理前后信号的频域差异。

12.一种基于频域处理降低信号峰均比的装置，其特征在于，包括：

削峰模块，用于对输入信号data_in进行削峰处理，输出信号data_clip；

第一运算模块，用于对所述输出信号data_clip进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_freq；还用于对所述输入信号data_in进行快速傅里叶变换，输出频域信号data_in_freq；

调整模块，用于对所述频域信号data_freq进行调整处理；

第二运算模块，用于将经调整处理后的信号进行快速傅里叶反变换，输出时域信号data_out。

13.如权利要求12所述降低信号峰均比的装置，其特征在于，所述调整模块，用于对所述频域信号data_freq进行带内信号处理和带外信号处理。

14.如权利要求12所述降低信号峰均比的装置，其特征在于，所述削峰模块用于对所述输入信号进行硬削峰或噪声成型削峰。

15.如权利要求12所述降低信号峰均比的装置，其特征在于，包括计算模块，用于在对所述频域信号data_freq进行调整处理之前，计算削峰后的误差向量幅度EVM；所述误差向量幅度EVM计算公式为：

其中，S_max表示最大星座幅度，L表示带内信号的长度；I表示带内信号的起止点范围；E(k)表示处理前后信号的频域差异。

16.如权利要求12所述降低信号峰均比的装置，其特征在于，还包括分配模块，用于根据信号的频点以及带宽配置，将所述频域信号data_freq分为带内信号data_freq_in和带外信号data_freq_out。

17.如权利要求12所述降低信号峰均比的装置，其特征在于，

所述调整模块，用于对所述带内信号采用局部调整法，对所述带内信号data_freq_in超过误差向量幅度门限值ET的部分进行调整；

所述调整模块，还用于对所述带外信号采用以输入信号data_in的功率谱密度psd曲线作为边界包络，对所述带外信号data_freq_out进行限制。

18.如权利要求12-17任一项所述降低信号峰均比的装置，其特征在于，采用多级级联的结构，对每一级进行降低信号峰均比的处理。

19.如权利要求12-18任一项所述降低信号峰均比的装置，其特征在于，对于多载波系统，还包括合成模块，用于将多载波进行合路；

将合路信号作为一个载波进行降低信号峰均比的处理。

20.如权利要求19所述降低信号峰均比的装置，其特征在于，所述计算模块，还用于计算合路信号误差向量幅度EVM，计算方法为：

其中，N表示载波数，L_M表示第M个载波的带内信号长度，S_maxM表示第M个载波的最大星座幅度，I_M表示第M个载波带内信号的起止点范围；E_M(k)表示第M个载波处理前后信号的频域差异。

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