CN113840328B - 一种数据压缩方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及数据处理技术领域,公开一种数据压缩方法、装置、电子设备及存储介质,在接收到终端用于传输数据的模拟信号时,通过模数转换器对模拟信号进行处理,将得到的信号进行增益,再时域以及频域上分别进行压缩,并输出第四频域数字信号。在信号传输的过程中,本申请中的处理方式可以保证稳定的检测动态的信号,将第一比特数的信号增益为第二比特数的信号,增大了信号的动态范围,在对信号进行二次压缩,使得在传输信号的过程中,既不会浪费基站的数据处理能力去处理信号,节约信号处理资源,还可以保证信号在传输过程中的有最大的动态范围,避免出现由于信号的功率波动而导致不能稳定地检测到信号的情况。
Description
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域,更具体地说,涉及一种数据压缩方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着技术的发展,通信连接需要支持更多种场景和更多用户连接,5GNR(5G NewRadio)技术有更高的资源调度灵活度可以适配这些场景和用户连接。以100MHz带宽为例,5GNR上行支持的微时隙调度,符号长度是1~14个符号以内的任意长度,频域资源是1~273RB内任意大小,并可以支持多个终端在一个时隙内的TDM(time-divisionmultiplexing,时分复用技术)复用。多终端的复用下,基站收到的信号功率是各个终端的功率叠加。
目前5GNR上行的功率控制,在设计框架和思路上与LTE(Long Term Evolution,长期演进)功率控制基本相同,都是FPC(Fractional Power Control,分组功率控制)功率控制方案。
在实际通信过程,不同符号功率变化可能由1RB功率变化至273RB功率,若在相邻时间上信号的符号功率出现从1RB功率变化至273RB功率的情况,表现在时域信号上至少增加4bit,可能使得上行AGC(Automatic Gain Control,自动增益控制)很难在CP(CyclicPrefix,循环前缀)时间内稳定收敛,信号没有稳定收敛的行为可能导致上行性能恶化。
现有技术中,针对24db的符号级时域功率变化,上行AGC一般采用快衰和快恢复模式,目的在于在CP时间内尽快将信号功率稳定,但快衰和快恢复模式存在的缺点是:对信号功率变化敏感,很难在CP时间内稳定地检测到信号。
发明内容
为了解决上述现有技术中的问题,本申请实施例提供了一种数据压缩方法,不仅可以保证稳定地检测到信号,而且可以保证在不浪费传输信号带宽的情况下,最大程度上保留信号的动态范围。
第一方面,本申请实施例提供了一种数据压缩方法,应用于基站,所述方法包括:
接收终端传输数据的模拟信号,通过模数转换器将模拟信号输出为位宽为第一比特数的第一时域数字信号;
根据所述模拟信号和所述第一时域数字信号确定增益因子;
根据所述第一时域数字信号和所述增益因子,得到位宽为第二比特数的第二时域数字信号;
对所述第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号;所述第三时域数字信号的位宽是根据所述第二时域数字信号的最大幅值和预留位宽确定的;
将所述第三时域数字信号转换为位宽为第三比特数的第三频域数字信号;
对所述第三频域数字信号进行频域压缩,得到位宽为第一比特数的第四频域数字信号,并输出所述第四频域数字信号。
在一种可能的实施方式中,所述根据所述模拟信号和所述第一时域数字信号确定增益因子,包括:
基于所述模拟信号的功率以及所述第一时域数字信号的功率得到功率差值;
根据所述功率差值,确定所述增益因子。
在一种可能的实施方式中,所述根据所述第一时域数字信号和所述增益因子,得到位宽为第二比特数的第二时域数字信号,包括:
根据所述增益因子,对所述第一时域数字信号中的每个数据进行移位,得到所述第二时域数字信号。
在一种可能的实施方式中,所述对所述第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号,包括:
确定所述第二时域数字信号的最大幅值,并根据所述第二时域数字信号的最大幅值确定时域压缩系数;
根据所述时域压缩系数,对所述第二时域数字信号中的每个数据进行移位,得到所述第三时域数字信号。
在一种可能的实施方式中,所述确定所述第二时域数字信号的最大幅值,包括:
在所述第二时域数字信号的I数据中,确定绝对值最大的I数据的信号幅值对应的第一有效比特数,并在所述第二时域数字信号的Q数据中,确定绝对值最大的Q数据的信号幅值对应的第二有效比特数;
若第一有效比特数大于第二有效比特数,则将第一有效比特数作为所述第二时域数字信号的最大幅值;
若第二有效比特数大于第一有效比特数,则将第二有效比特数作为所述第二时域数字信号的最大幅值。
在一种可能的实施方式中,所述输出所述第四频域数字信号之后,还包括:
将所述第四频域数字信号进行功率对齐,得到信号幅值为设定的目标幅值的第五频域数字信号。
第二方面,本申请实施例提供了一种数据压缩装置,所述装置包括:
第一转换单元,用于接收终端传输数据的模拟信号,通过模数转换器将模拟信号输出为位宽为第一比特数的第一时域数字信号;
确定单元,用于根据所述模拟信号和所述第一时域数字信号确定增益因子;
增益单元,用于根据所述第一时域数字信号和所述增益因子,得到位宽为第二比特数的第二时域数字信号;
第一压缩单元,用于对所述第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号;所述第三时域数字信号的位宽是根据所述第二时域数字信号的最大幅值和预留位宽确定的;
第二转换单元,用于将所述第三时域数字信号转换为位宽为第三比特数的第三频域数字信号;
第二压缩单元,用于对所述第三频域数字信号进行频域压缩,得到位宽为第一比特数的第四频域数字信号,并输出所述第四频域数字信号。
在一种可能的实施方式中,所述确定单元,还用于:
基于所述模拟信号的功率以及所述第一时域数字信号的功率得到功率差值;
根据所述功率差值,确定所述增益因子。
在一种可能的实施方式中,所述增益单元,还用于:
根据所述增益因子,对所述第一时域数字信号中的每个数据进行移位,得到所述第二时域数字信号。
在一种可能的实施方式中,所述第一压缩单元,还用于:
确定所述第二时域数字信号的最大幅值,并根据所述第二时域数字信号的最大幅值确定时域压缩系数;
根据所述时域压缩系数,对所述第二时域数字信号中的每个数据进行移位,得到所述第三时域数字信号。
在一种可能的实施方式中,所述第一压缩单元,还用于:
在所述第二时域数字信号的I数据中,确定绝对值最大的I数据的信号幅值对应的第一有效比特数,并在所述第二时域数字信号的Q数据中,确定绝对值最大的Q数据的信号幅值对应的第二有效比特数;
若第一有效比特数大于第二有效比特数,则将第一有效比特数作为所述第二时域数字信号的最大幅值;
若第二有效比特数大于第一有效比特数,则将第二有效比特数作为所述第二时域数字信号的最大幅值。
在一种可能的实现方式中,所述数据压缩装置,还包括:
对齐单元,用于将所述第四频域数字信号进行功率对齐,得到信号幅值为设定的目标幅值的第五频域数字信号。
第三方面,本申请实施例提供了一种电子设备,至少包括存储器和处理器,所述存储器上可在所述处理器上运行的计算机程序,当所述计算机程序被所述处理器执行时,实现第一方面中任一项数据压缩方法的步骤。
第四方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现第一方面中任一项数据压缩方法的步骤。
本申请实施例提供的数据压缩方法,在接收到终端用于传输数据的模拟信号时,通过模数转换器对模拟信号进行处理,可以得到第一比特数的第一时域数字信号,根据模拟信号的功率和第一时域数字信号的功率确定增益因子,在根据增益因子和第一时域信号可以得到第二比特数的第二时域数字信号,需要将第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号,再对第三时域数字信号进行傅里叶变换,得到位宽为第三比特数的第三频域数字信号,对第三频域数字信号进行频域压缩,得到位宽为第一比特数的第四频域数字信号,并输出第四频域数字信号。在信号传输的过程中,将模拟信号转换为数字信号可以保证稳定的检测动态的信号,再将第一比特数的信号增益到第二比特数的信号增大了信号的动态范围,对第二比特数的时域信号在时域上和频域上进行二次压缩,使得在传输信号的过程中,既不会浪费基站的数据处理能力去处理信号,节约信号处理资源,还可以保证信号在传输过程中的有最大的动态范围,避免出现由于信号的功率波动而导致不能稳定地检测到信号的情况。
进一步地,本发明实施例中将第四频域数字信号进行功率对齐,得到信号幅值为设定的目标幅值的第五频域数字信号,在信号传输的过程中,调制信号会使得信号出现损失的情况,在解调之前将第四频域数字信号的功率对齐,使得到的第五频域数字信号与接收到的模拟信号的功率相等,最后进行使用时也不会影响信号的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的数据压缩方法的一种应用场景;
图2为本申请实施例提供的一种数据压缩方法的流程示意图;
图3为本申请实施例提供的另一种数据压缩方法的流程示意图;
图4为本申请实施例提供的一种数据压缩装置的结构示意图;
图5为本申请实施例提供的另一种数据压缩装置的结构示意图;
图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的文件中涉及的术语“包括”和“具有”以及它们的变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
目前,本申请为了解决现有技术中在信号传输的过程中无法稳定地检测信号的问题,提供了一种数据压缩方法,在接收到终端用于传输数据的模拟信号时,通过模数转换器对模拟信号进行处理,可以得到第一比特数的第一时域数字信号,根据模拟信号的功率和第一时域数字信号的功率确定增益因子,在根据增益因子和第一时域信号可以得到第二比特数的第二时域数字信号,需要将第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号,再对第三时域数字信号进行傅里叶变换,得到位宽为第三比特数的第三频域数字信号,对第三频域数字信号进行频域压缩,得到位宽为第一比特数的第四频域数字信号,并输出第四频域数字信号。在信号传输的过程中,将模拟信号转换为数字信号可以保证稳定的检测动态的信号,再将第一比特数的信号增益到第二比特数的信号,增大了信号的动态范围,对第二比特数的时域信号在时域上和频域上进行二次压缩,使得在传输信号的过程中,既不会浪费基站的数据处理能力,节约信号处理资源,还可以保证信号在传输过程中的有最大的动态范围,避免出现由于信号的功率波动而导致不能稳定地检测到信号的情况。
将第四频域数字信号进行功率对齐,得到信号幅值为设定的目标幅值的第五频域数字信号,在信号传输的过程中,调制信号会使得信号出现损失,在解调之前将第四频域数字信号的功率对齐,使得到的第五频域数字信号与接收到的模拟信号的功率相等,最后进行使用时也不会影响信号的性能。
图1示出了本申请实施例提供的数据压缩方法的一种应用场景,参见图1所示,该应用场景中包括终端设备11,基站12。终端设备11与基站12通过无线的方式连接,并进行数据传输。
其中,终端设备11可以是电脑,手机,平板等设备,图1中以手机为例。本申请实施例提供的数据压缩方法是由基站12执行的,基站12接收到终端设备11用于传输数据的模拟信号之后,对模拟信号进行处理,可以得到第一比特数的第一时域数字信号,根据模拟信号的功率和第一时域数字信号的功率确定增益因子,在根据增益因子和第一时域信号可以得到第二比特数的第二时域数字信号,需要将第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号,再对第三时域数字信号进行傅里叶变换,得到位宽为第三比特数的第三频域数字信号,对第三频域数字信号进行频域压缩,得到位宽为第一比特数的第四频域数字信号,并输出第四频域数字信号。
为更好地理解本申请实施例提供的技术方案,下面对本申请实施例提供的技术方案适用的应用场景做一些简单介绍,需要说明的是,以下介绍的应用场景仅用于说明本申请实施例而非限定。在具体实施时,可以根据实际需要灵活地应用本申请实施例提供的技术方案。
图2示出了本申请实施例提供的一种数据压缩方法,参见图2所示,本申请的数据压缩方法应用于基站,具体实现过程如图2所示,该数据压缩方法包括以下步骤:
步骤S201:接收终端传输数据的模拟信号,通过模数转换器将模拟信号输出为位宽为第一比特数的第一时域数字信号。
基站接收到终端用于传输数据的模拟信号之后,通过ADC(analog to digitalconverter,模数转换器)将模拟信号转换成数字信号,将模拟信号转换成数字信号后,可以通过量化的方式对数字信号进行处理。相较于直接对模拟信号进行处理,转换成数字信号更加容易进行处理。
在一种可能的实施例中,按照采样时钟的频率,模数转换器通过对接收到的模拟信号进行处理,可以得到第一比特数的第一时域数字信号。其中,第一比特数为设定的整数。
示例性地,通过模数转换器对模拟信号进行处理,可以得到位宽为16bit(Binarydigit,比特)的第一时域数字信号。
步骤S202:根据模拟信号和第一时域数字信号确定增益因子。
增益因子可以根据模拟信号的功率和第一时域数字信号的功率大小确定,将模拟信号以及第一时域数字信号量化为功率进行比较,通过比较得到功率差值,根据功率差值确定增益因子。
可选地,可以在模数转换器上预留一个接口,外接一条数据线,此数据线的作用为向模数转换器传输数据,模数转换器通过此数据线可以得到3bit的数据包,数据包中包括增益因子的判定方式。模数转换器可以根据增益因子的判定方式、第一比特数的第一时域数字信号以及模拟信号,确定增益因子的大小。其中,增益因子的判定方式可以是:基于模拟信号和第一时域数字信号的功率差值,确定增益因子。
示例性地,将模拟信号记为y(t),对模拟信号进行量化处理,确定模拟信号的功率,将模拟信号的功率记为Pr,第一时域数字信号记为y(n),对第一时域数字信号进行量化处理,确定第一时域数字信号的功率,将第一时域数字信号的功率记为PAGC0,增益因子记为GainAGC。这里将功率量化成以dB(decibel,分贝)为单位进行计算。
其中,若模拟信号的功率小于第一时域数字信号的功率,则可以确定增益因子为0。若模拟信号的功率大于第一时域数字信号的功率,则计算模拟信号的功率与第一时域数字信号的功率差值,功率差值可以记为P差值,计算公式如下:
P差值=Pr-PAGC0
得到功率差值之后,将功率差值量化为以dB为单位进行计算,以dB为单位的数值实质上是比例数值。
若量化后的功率差值的数值位于[0,N),则增益因子为1;若数值位于[N,2N),则增益因子为2;若数值位于[2N,3N),则增益因子为3;若数值位于[3N,4N),则增益因子为4;若数值位于[4N,5N),则增益因子为5;若数值位于[5N,6N),则增益因子为6;若数值大于6N,则增益因子为7。以上范围的单位均为dB。
具体地,如果两个传输信号的功率的差值,量化后得到的结果为6dB,则说明这两个传输信号的幅值之间相差的比特数为1,若相差12dB,则说明两个传输信号的幅值之间相差的比特数为2。所以,此处N的取值可以选择为6,以6和6的倍数为边界,可以保证两个信号的差值量化后的数值每增大6dB,则增益因子随之增大1位,以保证可以将第一时域数字信号的功率增益到与原来的模拟信号功率相同,可以保证信号在传输的过程中与原始的模拟信号保持一致。
具体地,量化后的P差值的数值可以是如下情况:若位于[0dB,6dB),则增益因子为1;若位于[6dB,12dB),则增益因子为2;若位于[12dB,18dB),则增益因子为3;若位于[18dB,24dB),则增益因子为4;若位于[24dB,30dB),则增益因子为5;若位于[30dB,36dB),则增益因子为6;若大于36dB,则增益因子为7。
例如,在选择增益因子时,若两个传输信号的功率的差值量化后为10dB,则增益因子选择为2,若两个传输信号的功率差值量化后为5dB,则增益因子选择为1。
在一种可能的实施例中,在模数转换器内部,可以先将模拟信号转换为16bit的中间数字信号,模数转换器可以根据上述的数据包得出内部增益因子的值,根据内部增益因子直接对16bit的中间数字信号进行增益,得到23bit的中间数字信号,然后将23bit的中间数字信号进行压缩,得到16bit的第一时域数字信号。其中,内部增益因子,是通过上述方法,根据量化后的模拟信号的功率和量化后的16bit的中间数字信号的功率确定的。
在模数转换器内部先进行增益,再压缩得到16bit的第一时域数字信号的方式,可以保证在对模拟信号进行模数转换的过程中,模拟信号、16bit的中间数字信号、23bit的中间数字信号以及16bit的第一时域数字信号不会出现饱和,保证了信号的动态范围。
进一步地,上述的详细举例仅是示例性说明。模拟信号与第一时域数字信号之间的功率差值可以更大,增益因子可以根据更大的功率差值进行更优的选择,并非只是大于36dB之后,就只可以选择增益因子为7,可以根据需要进行其他的选择。
根据步骤S202中的内容确定增益因子之后,根据增益因子将第一时域数字信号进行增益,在增益信号的过程中,需要保证信号的动态范围,所以需要在增益过程中将信号的位宽调整至第二比特数的位宽,即步骤S203。
步骤S203:根据第一时域数字信号和增益因子,得到位宽为第二比特数的第二时域数字信号。
确定增益因子之后,模数转换器会将第一时域数字信号以及增益因子输入到DAGC(digital automatic gain control,数字自动增益控制器)中,在DAGC中对第一时域数字信号进行增益,得到第二时域数字信号。
具体地,可以根据增益因子的大小,对第一时域数字信号进行移位,得到第二时域数字信号。其中,第二时域数字信号的位宽为第二比特数,第二比特数是预先设定的数值。示例性地,第二比特数可以是23。
具体地,在传输信号的过程中,信号的位宽通常选择16bit,所以,第一比特数可以选择为16。在进行增益信号的过程中,需要保证信号的动态范围,所以需要在增益过程中将信号的位宽调整至第二比特数的位宽,为了保证信号在位宽为第二比特数时一定不会出现饱和的情况,可以选择第二比特数为23,在位宽为23bit的信号下,信号覆盖功率范围达到135dB,在正常情况下信号的功率范围不会超过135dB。
更进一步地说,可以根据增益因子,对第一时域数字信号中的每个数据进行移位,得到第二时域数字信号。
示例性地,将第二时域数字信号记为y23bit(n),根据增益因子对第一时域数字信号进行移位的公式如下:
若增益因子为1,则将第一时域数字信号中的每个数据上移1位,得到第二时域数字信号,按照公式为准。在第一时域数字信号进行移位的过程中,为了保证得到的第二时域数字信号的动态范围,可以在信号进行增益的过程中将位宽由16bit调整至23bit,得到位宽为23bit的第二时域数字信号。
在CP时间内检测信号,需要尽可能得使信号容易进行处理,以避免浪费处理信号的资源,对23bit的第二时域数字信号直接进行处理,还需要对23bit的信号进行各种调制以及后续的处理,可能会造成资源的大量浪费,不仅如此,23bit的第二时域数字信号在传输的过程中带宽也比较大,传输起来浪费时间以及存储空间,所以可以对第二时域数字信号进行时域压缩,即进行步骤S204。
步骤S204:对第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号。
其中,第三时域数字信号的位宽是根据第二时域数字信号的最大幅值和预留位宽确定的。
在一种可能的实施方式中,对第二时域数字信号进行时域压缩时,可以确定第二时域数字信号的最大幅值,根据第二时域数字信号的最大幅值确定时域压缩系数,根据时域压缩系数,对第二时域数字信号中的每个数据进行移位,得到第三时域数字信号。
示例性地,将第二比特数的第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号,由于第二比特数的数值较大,直接进行处理会造成资源的大量浪费,并且传输位宽为第二比特数的信号,也会浪费存储空间和传输时间,容易给设备带来较大的负担,所以,需要对第二比特数的信号进行压缩,得到第三比特数的第三时域数字信号,在压缩信号时,还需要考虑压缩后得到的信号的信号质量,此时,可以选择第三比特数为18,既不影响信号的质量,又可以保证信号在传输过程中不会出现饱和的情况。
可选地,可以通过如下方法确定第二时域数字信号的最大幅值:在第二时域数字信号的I数据中,确定绝对值最大的I数据的信号幅值对应的第一有效比特数,并在第二时域数字信号的Q数据中,确定绝对值最大的Q数据的信号幅值对应的第二有效比特数;如果第一有效比特数大于第二有效比特数,则将第一有效比特数作为第二时域数字信号的最大幅值;如果第二有效比特数大于第一有效比特数,则将第二有效比特数作为第二时域数字信号的最大幅值。
具体地说,第二时域数字信号中每个时刻的数字信号均是由实部和虚部两部分组成的,所以,将虚部的数据记为I数据,实部的数据记为Q数据,找出CP时间内第二时域数字信号实部或虚部的最大幅值,再进一步选出整体的最大的幅值。
示例性地,第二时域数字信号可以表示为:
y23bit(i,n)=y23bit,I(i,n)+y23bit,Q(i,n)
则得出最大幅值NbitCP的公式如下:
NbitCP=max{max(abs(y23bit,I(i,n))),max(abs(y23bit,Q(i,n)))}
若I数据的最大幅值为13bit,Q数据的最大幅值为14bit,则最终确定的第二时域数字信号的最大幅值NbitCP为14bit。
将第二时域数字信号进行时域压缩时,通过上述方法在CP时间范围内获得第二时域数字信号中的最大幅值,根据第二时域数字信号的最大幅值,可以确定时域压缩系数,根据时域压缩系数,对第二时域数字信号中的每个数据进行移位,得到移位后的中间信号,移位后得到的信号中,最大幅值以下有波形部分的信号是有效的中间信号,将有效的中间信号加上预留位宽可以得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号,其中,CP时间的长度可以按照288计算。具体地,根据第二时域数字信号的最大幅值,可以确定时域压缩系数。根据不同的第二时域数字信号的最大幅值不同,时域压缩系数也不同。将第二时域数字信号中的最大幅值记为NbitCP。将时域压缩系数记为Compt,i。
若NbitCP≤13,则Compt,i=0;
若NbitCP=14,则Compt,i=1;
若NbitCP≥15,则Compt,i=GainAGC+2。
预留位宽是由于考虑不同调制PAPR(Peak to Average Power Ratio,峰值平均功率比)和信号幅度的可能变化范围,预留4bit的幅度变化位宽。预留位宽包括预留的符号位位宽1bit和预留的幅度变化位宽4bit。
第二时域数字信号的位宽为第二比特数,将第二时域数字信号压缩为第三时域数字信号的过程中,根据第二时域数字信号中信号的最大幅值确定时域压缩系数,根据时域压缩系数判断将第二时域数字信号压缩多少,压缩后得到的中间信号的最大幅值与预留位宽加和可以得到第三比特数的位宽。
示例性地,得到的位宽为第三比特数的第三时域数字信号为位宽为18bit的第三时域数字信号,则将CP时间内,18bit的第三时域数字信号记为y18bit(i,n),23bit的第二时域数字信号记为y23bit(i,n),则23bit的第二时域数字信号中每个时刻的信号为:
y23bit(i,0),y23bit(i,1)…y23bit(i,NFFT+NCP-2),y23bit(i,NFFT+NCP-1)
其中,NFFT表示FFT(fast Fourier transform,快速傅里叶变换)点数,是将信号从时域转成频域进行快速傅里叶变换的点数;NCP是信号的保护前缀长度。
将时域压缩系数记为Compt,i,将在CP时间内23bit的第二时域数字信号中的最大幅值记为NbitCP。
若第二时域数字信号中的最大幅值小于等于13bit时,时域压缩系数为0,则第三时域数字信号存在波形的信号就是第二时域数字信号中存在波形的信号,第三时域数字信号的位宽则为第二时域数字信号中的最大幅值加预留位宽,可以得到第三时域数字信号的位宽为18bit,所以位宽为23bit的第二时域数字信号经过压缩后就是位宽为18bit的第三时域数字信号。
若第二时域数字信号中的最大幅值位于(13bit,15bit)时,均可以按照信号的最大幅值为14bit进行处理,则时域压缩系数为1,将第二时域数字信号进行压缩,压缩的公式如下:
即将第二时域数字信号下移1位,得到移位后的中间信号,中间信号中,最大幅值以下存在波形部分的信号为后续需要用到的信号,即为有效的中间信号,此部分信号就是第三时域数字信号中存在波形的信号。根据有效的中间信号的最大幅值加预留位宽可以得到第三时域数字信号的位宽,得到位宽为18bit。若第二时域数字信号中信号的最大幅值大于等于15bit,则时域压缩系数为增益因子的大小加2,具体为:Compt,i=GainAGC+2。
则将第二时域数字信号进行压缩,压缩的公式如下:
在第二时域数字信号中的最大幅值大于等于15bit时,需要考虑将由16bit增益到23bit的增益补齐位宽一并去掉,所以,当信号的最大幅值大于等于15bit时,时域压缩系数为增益因子加2。将第二时域数字信号进行压缩后,将预留位宽与中间信号中有效的中间信号加和,得到第三时域数字信号的位宽。第三时域数字信号中存在波形的部分就是中间信号中存在波形的部分。
例如,若量化后的模拟信号的功率为-55dB,量化后的第一时域数字信号的功率为-60dB,则功率差值为5dB,则增益因子选择为1,得到的第二时域数字信号的最大幅值为16bit,则对最大幅值为16bit的第二时域数字信号进行压缩,向下移位3位,得到最大幅值为13bit的中间信号,将有效的中间信号与预留位宽加和,得到18bit的第三时域数字信号。
由此可以看出,时域压缩方式在小信号下和大信号下同时都存在预留位宽,且幅值小于等于13bit的信号不压缩,幅值大于13bit的信号在压缩的过程对信号上面存在波形的的部分信号没有任何影响,只是将第二时域数字信号向下进行移位,对信号的性能几乎没有影响。根据步骤S204中的内容得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号之后,需要将时域信号转换为频域信号以便于观察,则需要进行步骤S205。
步骤S205:将第三时域数字信号转换为位宽为第三比特数的第三频域数字信号。
示例性地,利用FFT对第三时域数字信号进行转换,FFT采用18bit块浮点。块浮点输出18bit频域I、Q数据和FFT指数系数将第三时域数字信号转换成为第三频域数字信号。信号的位宽不变,依旧为第三比特数,可以为18bit。
步骤S206:对第三频域数字信号进行频域压缩,得到位宽为第一比特数的第四频域数字信号,并输出第四频域数字信号。
在一种可能的实施例中,对第三频域数字信号进行频域压缩,得到位宽为第一比特数的第四频域数字信号。根据FFT系数、频域压缩位数以及FFT指数系数可以得到频域压缩系数,这里的频域压缩系数用于后续功率对齐中。
示例性地,得到18bit的第三频域数字信号之后,直接进行频域压缩,将18bit的第三频域数字信号压缩两位,也就是将信号压缩两位,得到第四频域数字信号,将信号进行压缩之后,位宽随之调整,就是位宽为第一比特数的第四频域数字信号,这里的第一比特数可以为16bit,信号传输的过程中位宽为16bit的信号比较容易传输。计算频域压缩系数的公式如下:
若FFT指数系数为6,则频域压缩系数为2。通过频域压缩的方式将频域信号压缩成为16bit的信号,方便信号后续的传输,并且频域压缩的过程对动态范围的调整不会影响后续的解调过程,也不会影响信号的性能。
在一种可能的实施方式中,输出第四频域数字信号之后,还可以将所述第四频域数字信号进行功率对齐,得到信号幅值为设定的目标幅值的第五频域数字信号。
示例性地,经过时域压缩和频域压缩之后,第四频域数字信号中每个符号位的压缩系数记为功率对齐系数Compi=Compf,i+Compt,i,针对最大幅值处的时域压缩系数为3,频域压缩系数为2,则功率对齐系数为5。
在功率对齐的过程中,先计算第一符号位的有效幅值Powerbit0,此有效幅值是在调制过程中被两次压缩后的信号的有效幅值,功率对齐系数Compi,第一个符号位的功率对齐系数记为Comp0,到结果之后,将第一个符号进行功率对齐,则第一个符号的有效幅值为:Powerbit0+Comp0。根据第四频域数字信号的有效幅值和对应的功率对齐系数可以得到完整的第五频域数字信号。
在一种可能的实施例中,在功率对齐的过程中,经过仿真系统对信号的性能进行调制的过程中发现,当输入信号的有效幅度值在13bit时,整个系统处理的误差最小。因此,进行功率对齐时,将信号整体的有效幅度值调整为设定的目标幅值,设定的目标幅值记为Powerbit0-ave,其位于[12.5bit,13.5bit)之间。所以,进行功率对齐可以将第四频域数字信号的功率幅值调整至设定的目标幅值,得到第五频域数字信号。根据设定的目标幅值以及第四频域数字信号的第一符号位的有效幅值,可以得出第一个符号位的信号需要进行移位Powerbit0-ave-Powerbit0,可以得到第五频域数字信号的第一个符号位的信号。无需对每个符号位的信号的有效幅值进行计算,直接根据功率对齐系数就可以完成功率对齐。
第四频域数字信号中除第一符号位的信号外其他符号位的信号也需要进行移位,具体地,得出第一符号位的信号与其他符号位的信号之间的功率对齐系数的差值,以第一个符号位的信号为基础,根据功率对齐系数,对其他符号位的信号进行移位,其余符号位的信号移位的计算方式如下:
Compi-Comp0+Powerbit0-ave-Powerbit0
功率对齐之后将信号送到HIGH PHY(高物理量)进行解调,在3GPP(3rdGeneration Partnership Project,第三代合作伙伴计划)中将物理层分为两部分,一部分为LOW PHY(低物理量),一部分为HIGH PHY,这里利用HIGH PHY对信号进行解调。
本申请的方案中可以在保证信号有最大动态范围的基础上,不会浪费基站传输信号的资源,以时域压缩和频域压缩,在将压缩后的信号在解调前进行功率对齐,尤其是在CP时间内进行时域压缩,最大程度考虑了信号幅值的大小,使得信号不会出现饱和的情况,并且整体计算的复杂程度只有乘法和加法,便于计算。并且在本申请中只要将模拟信号转换成为数字信号之后,均可以实施本申请的方案,通用性极强,在时域上均可以进行压缩,对于各种带宽的传输信号可以适配性的调整,对于不同比特数的带宽都可以进行适配性的调整,实施例中只是以初始位宽为16bit的数字信号为例。
示例性地,本申请实施例还提供了另一种数据压缩方法的流程示意图;图3示出了数据处理过程中具体的实施方式。将模拟信号转换为数字信号,并对数字信号进行增益,再进行时域压缩和频域压缩,最后得到16bit的第四频域数字信号的过程均可以在RRU(Remote Radio Unit,射频拉远单元)中完成,在输出第四频域数字信号之后,再进行功率对齐和解调。
基于同一发明构思,本申请实施例还提供一种数据压缩装置,该数据压缩装置可以布设在基站中。该装置解决问题的原理与数据压缩方法相似,因此该装置的实施可以参见上述方法实施例的实施过程,重复之处不再赘述。
图4为本申请实施例提供的一种数据压缩装置的结构示意图。该数据压缩装置,应用于基站,如图4所示,该数据压缩装置包括:
第一转换单元401,用于接收终端传输数据的模拟信号,通过模数转换器将模拟信号输出为位宽为第一比特数的第一时域数字信号;
确定单元402,用于根据所述模拟信号和所述第一时域数字信号确定增益因子;
增益单元403,用于根据所述第一时域数字信号和所述增益因子,得到位宽为第二比特数的第二时域数字信号;
第一压缩单元404,用于对所述第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号;所述第三时域数字信号的位宽是根据所述第二时域数字信号的最大幅值和预留位宽确定的;
第二转换单元405,用于将所述第三时域数字信号转换为位宽为第三比特数的第三频域数字信号;
第二压缩单元406,用于对所述第三频域数字信号进行频域压缩,得到位宽为第一比特数的第四频域数字信号,并输出所述第四频域数字信号。
在一种可能的实施方式中,所述确定单元402,还用于:
基于所述模拟信号的功率以及所述第一时域数字信号的功率得到功率差值;
根据所述功率差值,确定所述增益因子。
在一种可能的实施方式中,所述增益单元403,还用于:
根据所述增益因子,对所述第一时域数字信号中的每个数据进行移位,得到所述第二时域数字信号。
在一种可能的实施方式中,所述第一压缩单元404,还用于:
确定所述第二时域数字信号的最大幅值,并根据所述第二时域数字信号的最大幅值确定时域压缩系数;
根据所述时域压缩系数,对所述第二时域数字信号中的每个数据进行移位,得到所述第三时域数字信号。
在一种可能的实施方式中,所述第一压缩单元404,还用于:
在所述第二时域数字信号的I数据中,确定绝对值最大的I数据的信号幅值对应的第一有效比特数,并在所述第二时域数字信号的Q数据中,确定绝对值最大的Q数据的信号幅值对应的第二有效比特数;
若第一有效比特数大于第二有效比特数,则将第一有效比特数作为所述第二时域数字信号的最大幅值;
若第二有效比特数大于第一有效比特数,则将第二有效比特数作为所述第二时域数字信号的最大幅值。
在一种可能的实现方式中,如图5所示,上述数据压缩装置还可以包括对齐单元501。
对齐单元501,用于将所述第四频域数字信号进行功率对齐,得到信号幅值为设定的目标幅值的第五频域数字信号。
基于同一发明构思,本申请实施例中还提供了一种电子设备。图6示出了一种电子设备的结构示意图,在一种实施例中,如图1所示,该电子设备可以是安装在基站12中的电子设备,在该实施例中,电子设备的结构可以如图6所示,包括存储器601、一个或多个处理器602、通讯模块603以及总线604。
存储器601,用于存储处理器602执行的计算机程序。存储器601可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统,以及运行信号处理功能所需的程序等;存储数据区可存储各种信号信息等。
存储器601可以是易失性存储器(volatile memory),例如随机存取存储器(random-access memory,RAM);存储器601也可以是非易失性存储器(non-volatilememory),例如只读存储器,快闪存储器(flash memory),硬盘(hard disk drive,HDD)或固态硬盘(solid-state drive,SSD);存储器601是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质,但不限于此。存储器601可以是上述存储器的组合。
处理器602,可以包括一个或多个中央处理单元(central processing unit,CPU)或者为数字处理单元等。处理器602,用于调用存储器601中存储的计算机程序时实现上述数据压缩方法。
通讯模块603用于接收其他终端设备发送的信号。
本申请实施例中不限定上述存储器601、处理器602和通讯模块603之间的具体连接介质。本公开实施例在图6中以存储器601和处理器602之间通过总线604连接,总线604在图6中以粗线表示,其它部件之间的连接方式,仅是进行示意性说明,并不引以为限。总线604可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,图6中仅用一条粗线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器601中存储有计算机存储介质,计算机存储介质中存储有计算机可执行指令,计算机可执行指令用于实现本申请实施例的数据压缩方法。处理器602用于执行上述的数据压缩方法。
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质,计算机存储介质中存储有计算机可执行指令,计算机可执行指令用于实现本申请任一实施例的数据压缩方法。
在一些可能的实施方式中,本申请提供的数据压缩方法的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式,其包括程序代码,当程序产品在计算机设备上运行时,程序代码用于使计算机设备执行本说明书上述描述的根据本申请各种示例性实施方式的数据压缩方法的步骤,例如,计算机设备可以执行如图2所示的步骤S201~S206的数据压缩方法的流程。
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:移动存储设备、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种数据压缩方法,其特征在于,包括:
接收终端传输数据的模拟信号,通过模数转换器将模拟信号输出为位宽为第一比特数的第一时域数字信号;
根据所述模拟信号和所述第一时域数字信号确定增益因子;
根据所述第一时域数字信号和所述增益因子,得到位宽为第二比特数的第二时域数字信号;
对所述第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号;所述第三时域数字信号的位宽是根据所述第二时域数字信号的最大幅值和预留位宽确定的;
将所述第三时域数字信号转换为位宽为第三比特数的第三频域数字信号;
对所述第三频域数字信号进行频域压缩,得到位宽为第一比特数的第四频域数字信号,并输出所述第四频域数字信号。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述模拟信号和所述第一时域数字信号确定增益因子,包括:
基于所述模拟信号的功率以及所述第一时域数字信号的功率得到功率差值;
根据所述功率差值,确定所述增益因子。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述第一时域数字信号和所述增益因子,得到位宽为第二比特数的第二时域数字信号,包括:
根据所述增益因子,对所述第一时域数字信号中的每个数据进行移位,得到所述第二时域数字信号。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对所述第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号,包括:
确定所述第二时域数字信号的最大幅值,并根据所述第二时域数字信号的最大幅值确定时域压缩系数;
根据所述时域压缩系数,对所述第二时域数字信号中的每个数据进行移位,得到所述第三时域数字信号。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述确定所述第二时域数字信号的最大幅值,包括:
在所述第二时域数字信号的I数据中,确定绝对值最大的I数据的信号幅值对应的第一有效比特数,并在所述第二时域数字信号的Q数据中,确定绝对值最大的Q数据的信号幅值对应的第二有效比特数;
若第一有效比特数大于第二有效比特数,则将第一有效比特数作为所述第二时域数字信号的最大幅值;
若第二有效比特数大于第一有效比特数,则将第二有效比特数作为所述第二时域数字信号的最大幅值。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述输出所述第四频域数字信号之后,还包括:
将所述第四频域数字信号进行功率对齐,得到信号幅值为设定的目标幅值的第五频域数字信号。
7.一种数据压缩装置,其特征在于,包括:
第一转换单元,用于接收终端传输数据的模拟信号,通过模数转换器将模拟信号输出为位宽为第一比特数的第一时域数字信号;
确定单元,用于根据所述模拟信号和所述第一时域数字信号确定增益因子;
增益单元,用于根据所述第一时域数字信号和所述增益因子,得到位宽为第二比特数的第二时域数字信号;
第一压缩单元,用于对所述第二时域数字信号进行时域压缩,得到位宽为第三比特数的第三时域数字信号;所述第三时域数字信号的位宽是根据所述第二时域数字信号的最大幅值和预留位宽确定的;
第二转换单元,用于将所述第三时域数字信号转换为位宽为第三比特数的第三频域数字信号;
第二压缩单元,用于对所述第三频域数字信号进行频域压缩,得到位宽为第一比特数的第四频域数字信号,并输出所述第四频域数字信号。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:
对齐单元,用于将所述第四频域数字信号进行功率对齐,得到信号幅值为设定的目标幅值的第五频域数字信号。
9.一种电子设备,其特征在于,包括存储器和处理器,所述存储器上可在所述处理器上运行的计算机程序,当所述计算机程序被所述处理器执行时,实现权利要求1~6中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序,其特征在于:所述计算机程序被处理器执行时,实现权利要求1~6中任一项所述的方法。
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