CN1371203A - 一种降低多载波信号峰平比的相位错开方法 - Google Patents
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Abstract
一种降低多载波信号峰平比的相位错开方法:设置各载波的初始相位,并设定迭代次数为N;利用上述的初始相位构建多载波的合成包络;对多载波合成包络抽样,得到离散包络;对离散包络的时域信号削波,获得削波后的样点;将该样点作为离散傅立叶变换的输入,进行离散傅立叶变换,得到傅立叶频谱;由傅立叶频谱计算,获得迭代次数N等于1的多载波的初始相位;重复上述过程,直至迭代次数为N时,所获得的初始相位即为所求的初始相位。
Description
本发明涉及一种降低多载波信号峰平比的相位错开方法。
目前，降低多载波合成信号的峰平比(峰值功率对平均功率之比)的主要方法有概率削波、信号补偿和相位错开法。其中，概率削波实现比较简单，但是由于削波带来的信号畸变往往会给系统引人杂散。信号补偿虽然不会引起信号的畸变，但是补偿信号的引人必然加大信号的发射功率。而相位错开避免了上述的缺陷，而被广泛采用。
相位错开方法大致可以分为两类，一类是适用于等幅等频率间隔的多载波信号合成，另一类是适用于幅度不等频率间隔不均匀的信号合成。
一般来说，要采用相位错开的方法来压缩信号包络，最容易想到的是用穷尽查找的方法找到一组最优相位组。但是，穷尽查找法由于运算量太大而只适合于载波数比较少，并且实时性要求不高的应用中。为解决载波数较多时的相位错开问题，从大量的实验得出了经验公式(1)、经验公式(2)和半经验公式(3)。
θk＝π(k-1)(k-1)/N (1)
θk＝πk·k/N (2)
θk＝π(k-1)(k-2)/N (3)
以上各式中，θk为用于错开的各个载波的初始相位；N为载波数；k为各个载波的谐波数，对于频率分别为1、2、3、4…15其对应各个载波的k值分别为1、2、3、4…15。
上述各种相位错开算法除了等幅等间隔的应用条件限制，要获得好的错开效果其载波数要求较大(通常要求在十几个载波以上)。
相对于前者，变振幅、不等间隔多载波信号合成的相位错开则要复杂的多。由于振幅的变化和频率间隔的不定性，使得很难求得一个初始相位的解析解，因此通常采用的是迭代算法。目前比较有代表性的算法有：夏洛克(Schroeder)法，帕雷克(Patrick)法和时间频率域交换算法。这三种算法中，时间频率域交换算法由于效果明显，实现简单并且其涉及的主要运算都有快速算法而被广泛应用。
如图1所示，为时间频率域交换算法的原理框图。该算法采用了倒推的思路，它从压缩包络峰值这一目的出发，来求解各个载波的初始相位值。首先设置各载波的初始相位，然后由初始相位和幅度构建傅立叶频谱，逆离散傅立叶变换(IDFT)，得到时域波形，对时域波形采样，并对采样后的时域波形信号削波，并再进行离散傅立叶变换(DFT)，计算初始相位。如此叠代多次，获得要求的各载波初始相位。在这里，削波的范围可以选择为原合成信号包络最大值的75％~95％。削得太少时不容易收敛，削得太多则所得到的相位错开效果不佳。该算法中，离散傅立叶变换用来求解各个载波的初始相位。
从以上的描述可以看出，时间频率域交换算法的主要运算量由三部分组成：离散傅立叶变换DFT、逆离散傅立叶变换IDFT和由初始相位和幅度构建傅立叶频谱。虽然DFT、IDFT都有相应的快速算法，但是对于采样点数较多时，运算量还是比较大。另外，以上算法中，由于各载波的初始相位是随机设置的，这样要通过增加叠代算法的次数来达到要求的各载波初始相位，因此增加了运算量，同时增加了系统的成本。
本发明的目的在于提供一种降低多载波信号峰平比的相位错开方法，该方法通过降低总的运算量使得系统成本降低。
本发明的目的是这样实现的，一种降低多载波信号峰平比的相位错开方法，包括下列步骤：设置各载波的初始相位，并设定迭代次数为N；利用上述的初始相位构建多载波的合成包络；对多载波合成包络抽样，得到离散包络；对离散包络的时域信号削波，获得削波后的样点；将该削波后的样点作为离散傅立叶变换的输入，进行离散傅立叶变换，得到傅立叶频谱；由傅立叶频谱计算，获得迭代次数N等于1的多载波的初始相位；重复上述过程，直至迭代次数为N时，所获得的初始相位即为所求的初始相位。
在上述的降低多载波信号峰平比的相位错开方法中，其中，设置各载波的初始相位的方法为：从随机产生一系列的相位组中粗选一组错开效果最好的初始相位组；在该粗选的初始相位组中进一步细选，即：寻找出功率最大的载波的相位，并在保持其它载波的初始相位不变的情况下，调整该功率最大的载波的相位，而获得错开效果更好的一组初始相位。
由于采用了上述的方法，将已有的相位错开方法中所采用的傅立叶频谱构建和IDFT两个模块用对合成包络直接抽样来代替，这一改进可以减少一半的运算量，而不改变算法的效果，并采用粗细搜索方法来获得一个比较合适的初始相位，加快叠代运算的收敛速度，从而减少整个过程中的总的运算量，使系统实现的成本降低。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。
图1是现有的时间频率域交换算法原理框图；
图2是本发明的相位错开方法的过程框图。
如图2所示，本发明，即：一种降低多载波信号峰平比的相位错开方法，包括下列步骤：
第一步：对于待合并的任意k个载波：
xi＝Ai(coswit+θi) (4)
其中，i＝0，1，…，k-1。首先设置各载波的初始相位θi，并设定迭代次数为N。其中，各载波的初始相位的设置过程是：
a、使用随机数发生器产生M组随机的相位组：[θ0 j，θ1 j，…θk-1 j]，j＝0，1，…，M-1。然后，把这M个相位组分别代入公式(4)中，求出合成包络峰值最小的一组相位作为初搜索的结果。
b、找出以上k个载波中，能量最大的一个(为叙述方便这里设为第m个载波)。并把以上初搜索所得的一组相位值，作为初始相位代入(4)式中。
c、调整载波m的初始相位θm(调整幅度为2π/n，调整次数为n)，并把调整后的相位θm l(l＝0，1，n-1)分别代入(4)式中。
d、将调整初始相位后的最大能量载波m与其它载波合成新的包络，并求出对应合成包络峰值最低的一组相位组。
第二步：利用上述细选出来的一组初始相位构建多载波的合成包络：y＝Σyi。
第三步：对多载波合成包络抽样，得到离散包络：z＝[z0，z1，…，zi]。
第四步：对离散包络的时域信号削波，获得削波后的样点：z′＝[z0′，z1′，…，zi′]。
第五步：将削波后的样点作为离散傅立叶变换的输入，进行离散傅立叶变换，得到傅立叶频谱：y＝[Y0，Y1，…，Yi]。
第六步：由傅立叶频谱，通过计算可获得迭代次数等于1的多载波的初始相位：[ψ0，ψ1，…，ψk-1]。
重复上述第二步到第六步，直至迭代次数为为N时，所获得的初始相位即为所求的初始相位。
Claims (2)
1.一种降低多载波信号峰平比的相位错开方法，其特征在于，包括下列步骤：
设置各载波的初始相位，并设定迭代次数为N；
利用上述的初始相位构建多载波的合成包络；
对多载波合成包络抽样，得到离散包络；
对离散包络的时域信号削波，获得削波后的样点；
将该削波后的样点作为离散傅立叶变换的输入，进行离散傅立叶变换，得到傅立叶频谱；
由傅立叶频谱计算，获得迭代次数N等于1的多载波的初始相位；
重复上述过程，直至迭代次数为N时，所获得的初始相位即为所求的初始相位。
2.根据权利要求1所述的一种降低多载波信号峰平比的相位错开方法，其特征在于，所述的设置各载波的初始相位的方法为：
从随机产生一系列的相位组中粗选一组错开效果最好的初始相位组；
在该粗选的初始相位组中进一步细选，即：寻找出功率最大的载波的相位，并在保持其它载波的初始相位不变的情况下，调整该功率最大的载波的相位，而获得错开效果更好的一组初始相位。
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