一种基于峰值跟踪反馈降低FBMC-OQAM系统峰均功率比的方法

摘要

本发明公开了一种基于峰值跟踪反馈降低FBMC‑OQAM系统峰均功率比的方法，包括以下步骤：1)预先将承载FBMC符号的子载波进行分组，实部与虚部分块信号依次进行逆傅里叶变换和多相滤波器调制，得到时域发送信号；2)循环检测时域信号的最大峰值所在位置点，并在分块信号的对应位置点处的数据进行相位旋转；3)找出一组最佳的相位因子组合乘以选定位置点处的数据，使得其和最小，即降低此位置的峰值；4)用优化了相位的数据取代原始信号产生新的时域信号。本发明可以通过峰值跟踪反馈算法降低峰均功率比，使发送端的功率放大器处于线性状态，不会导致传输信号失真提高通信质量。与传统方法相比，本发明具有更低的计算复杂度以及更好的降低峰均功率比效果。

权利要求

1.一种基于峰值跟踪反馈降低FBMC-OQAM系统峰均功率比的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，预先将承载信号的N个子载波分成V组，每组子载波的个数为N/V，然后对分组后的子载波进行OQAM调制，得到复数符号的实数部分与虚数部分分开处理后的分块信号，将调制后的复数符号依次经逆傅里叶变换(IFFT)和多相滤波器(PPN)调制分组发送，再各组求和得到时域FBMC信号S(t)；

步骤2，对FBMC信号进行峰值检测，并记录最大峰值所在的位置，将位置反馈给分块信号，再对分块信号上相应位置点处的数据进行相位转换，找出一组最佳的相位旋转因子使时域信号相应位置上的峰值最小，并更新此位置信号；

步骤3，多次重复执行步骤2，并对具有最大峰值的位置上的数据进行相位转换，更新原始信号，最终得到降低了PAPR的发送信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，在进行逆傅里叶变换和滤波器调制前，首先对分组后的子载波进行OQAM调制，OQAM调制时将复数符号的实数部分与虚数部分分开处理，时间间隔为T/2，其中T为一个FBMC符号周期。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，得到进行OQAM调制后的实部与虚部分块信号后，再将分块的实部与虚部调制信号依次进行逆快速傅里叶变化和多相滤波器调制，得到时域FBMC信号S(t)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2的具体步骤为，对步骤1中得到的时域FBMC信号进行峰值检测，确定最大峰值所在的位置点P，并将P反馈给步骤1中的分块信号，获取分块信号对应位置点上的数据Dv(v＝1,2,...,V)，其中V为子载波的分组数量，然后利用不同的相位旋转因子bv∈{-1,1}分别对各分块信号上的数据Dv(v＝1,2,...,V)进行相位优化，以使数据Dv的相位均不能在同一时刻一致，则所有数据Dv的相位旋转方式共有2V种组合，然后从中选择一组相位旋转因子(b1,b2,..,bV)，使(b1D1,b2D2,...,bVDV)各数据的和值最小，并用(b1D1,b2D2,...,bVDV)替换分块信号此位置上的数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中，首先预设迭代次数值I，并重复执行步骤2，直到执行次数满足迭代次数值I为止。

说明书

一种基于峰值跟踪反馈降低FBMC-OQAM系统峰均功率比的

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及5G通信技术领域，特别涉及一种基于峰值跟踪反馈降低FBMC-OQAM系统峰均功率比的方法。

背景技术

[0002] 5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统，其将与物联网、工业互联网和车联网等领域融合发展，带来海量接入和极速速率需求，引发网络管道流量的爆炸增长。其超高的频谱利用率和能效，在传输速率、时延等方面较4G系统提高一个量级或更高。从无线传输层面上看，5G场景下对多载波多址传输技术提出了更加苛刻的要求：第一，由于机对机通信(M2M)的大规模和不定时性，不宜采用对同步要求高的方案；第二，要充分利用频带之间的碎片资源，不宜采用旁瓣功率泄露较大的方案。

[0003] 目前广泛应用于4G通信中的正交频分复用(OFDM)多载波调制技术存在一些缺点使其难以满足5G场景中的需求。首先，OFDM中各子载波之间必须同步以保持正交性，在小区内存在海量传感节点时同步的代价将难以承受；第二，其采用方波作为基带波形，载波旁瓣较大；最后，其需要附加循环前缀(CP)长度消除符号间干扰(Inter-Symbol Interference,ISI)和载波间干扰(Inter-Channel Interference,ICI)造成频率资源的大量浪费。因此有必要探索和发展新一代多载波技术。

[0004] 滤波器组多载波(Filter Bank Multicarrier modulation，FBMC)是一种频谱效率高、实现复杂度尚可、无需同步的多载波传输方案。其不采用循环前缀，在每个子载波上滤波，滤波器经过特殊设计满足奈奎斯特无码间干扰准则来消除ISI，相邻子带间交叠产生的ICI通过偏移正交幅度调制(OQAM)消除。因此FBMC成为5G通信中的多载波技术备选方案。

[0005] 由于多载波通信系统存在多个子载波，输出信号是多个子信道信号的叠加，当子信道信号相位一致时，叠加信号的瞬时功率就会远远高于平均功率，导致较高的峰均功率比(PAPR)。高PAPR对发射机放大器的线性度提出了很高的要求，放大器非线性会引起信号畸变，使信号频谱发生变化，从而导致各子信道间的干扰，使系统性能恶化。同样，FBMC是一种多载波调制技术,其特有的调制特性决定了它有较高的PAPR，降低了FBMC-OQAM系统的性能甚至影响这一技术的广泛应用，因此亟待一种方案来降低FBMC-OQAM系统的高PAPR。

发明内容

[0006] 本发明所解决的技术问题是降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比，提出了一种峰值跟踪反馈方法处理系统产生的高峰值的信号，达到降低系统的高PAPR的目的，从而降低硬件实施的复杂度，提高系统的通信质量。

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明所提出的技术方案是：

[0008] 一种基于峰值跟踪反馈降低FBMC-OQAM系统峰均功率比的方法，包括以下步骤：

[0009] 步骤1，预先将承载信号的N个子载波分成V组，每组子载波的个数为N/V，然后对分组后的子载波进行OQAM调制，将调制后的复数符号依次经逆傅里叶变换(IFFT)和多相滤波器(PPN)调制分组发送，再各组求和得到时域FBMC信号S(t)；

[0010] 步骤2，对FBMC信号进行峰值检测，并记录最大峰值所在的位置，将位置反馈给分块信号，再对分块信号上相应位置点处的数据进行相位转换，找出一组最佳的相位旋转因子使时域信号相应位置上的峰值最小，并更新此位置信号；

[0011] 步骤3，多次重复执行步骤2，并对具有最大峰值的位置上的数据进行相位转换，更新原始信号，最终得到降低了PAPR的发送信号。

[0012] 所述的方法，步骤1中，在进行逆傅里叶变换和滤波器调制前，首先对分组后的子载波进行OQAM调制，OQAM调制时将复数符号的实数部分与虚数部分分开处理，时间间隔为T/2，其中T为一个FBMC符号周期。

[0013] 所述的方法，步骤1中，得到进行OQAM调制后的实部与虚部分块信号后，再将分块的实部与虚部调制信号依次进行逆快速傅里叶变化和多相滤波器调制，得到时域FBMC信号S(t)。

[0014] 所述的方法，步骤2的具体步骤为，对步骤1中得到的时域FBMC信号进行峰值检测，确定最大峰值所在的位置点P，并将P反馈给步骤1中的分块信号，获取分块信号对应位置点上的数据Dv(v＝1,2,...,V)，其中V为子载波的分组数量，然后利用不同的相位旋转因子bv∈{-1,1}分别对各分块信号上的数据Dv(v＝1,2,...,V)进行相位优化，以使数据Dv的相位均不能在同一时刻一致，则所有数据Dv的相位旋转方式共有2V种组合，然后从中选择一组相位旋转因子(b1,b2,..,bV)，使(b1D1,b2D2,...,bVDV)各数据的和值最小，并用(b1D1,b2D2,...,bVDV)替换分块信号此位置上的数据。

[0015] 所述的方法，所述的步骤3中，首先预设迭代次数值I，并重复执行步骤2，直到执行次数满足迭代次数值I为止。

[0016] 本发明采用峰值跟踪反馈算法降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比，与传统方案相比，简化了计算复杂度，改善了PAPR降低性能，使发送端的功率放大器处于线性状态，不会导致传输信号失真，提高了通信质量。

附图说明

[0017] 图1是使用本发明进行无线通信的FBMC-OQAM系统框图；

[0018] 图2是使用本发明方案运用在FBMC-OQAM系统发射器的结构原理图；

[0019] 图3是本发明的算法实施的流程图；

[0020] 图4是本发明PAPR降低性能的仿真结果；

[0021] 图5是本发明处理信号后的时域波形图；

[0022] 图6是本发明与其他方案降低PAPR性能图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和特定的实例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

[0024] 本发明提供一种峰值跟踪反馈降低FBMC-OQAM系统峰均功率比方法,具体流程如图3，包括以下步骤：

[0025] S1、预先将子载波分成V组，对FBMC符号进行OQAM调制，复数符号的实数部分与虚数部分分开处理，其虚部相对实部延时T/2(T为一个FBMC符号周期)，再将实部与虚部分块信号依次进行逆快速傅里叶变换(IFFT)和多相滤波器(PPN)调制，得到时域发送信号；

[0026] S2、设置迭代次数值I，由于FBMC时域信号较大峰值的出现是随机的，需要检测多个较大峰值来降低FBMC信号的峰值功率，避免高PAPR的出现。

[0027] S3、检测时域信号的最大峰值所在位置点Pi(i＝1,2,...,I)，并在分块信号subblock找到对应位置Pi上的数据 进行相位优化，以使数据Dv的相位均不能在同一时刻一致，相位旋转因子bv∈{-1,1}。

[0028] S4、找出最佳的一组(b1,b2,..,bV)，并将此组合乘以分块信号位置点P上的数据得到(b1D1,b2D2,...,bVDV)，则各数据求和值最小，并用(b1D1,b2D2,...,bVDV)替换分块信号位置P的数据。

[0029] S5、重复步骤S3、S4，直到满足迭代次数I，并更新I个各位置点上的数据，最终求和得到降低了峰均功率比的FBMC时域信号。

[0030] 本发明降低FBMC-OQAM系统峰均功率比的性能仿真结果如图4、图5所示。由于信号峰值的出现是随机的，信号的PAPR的性能常用PAPR的累积分布函数(CDF)和互补累积分布函数(CCDF)来体现，一般CCDF比CDF更常用。PAPR的互补累积函数表示的是一个数据块的时域信号的功率超过某一给定的门限的概率，图中的PAPR0便是设定的门限值。图4绘制的是本发明在子载波分成4组不同迭代次数(I＝6,8,12,16)的情况下降低PAPR的性能。随着迭代次数的增加系统PAPR降低性能越好。迭代的次数意味着处理信号的位置点数，相对整个FBMC符号的长度，本发明选用的迭代次数是很小的值，说明此方案的计算复杂度很小很容易实现较好的降低PAPR性能。图5绘制了采用本发明迭代16次后的FBMC时域信号，‘PTFsignal’表示。‘Original signal’为未处理的FBMC时域信号。图5明显体现了本发明对信号的16个峰值进行了降幅处理，其他位置信号保持不变，因此在其他位置出现两线重合。通过对比分析本发明有明显降低PAPR的效果。图6绘制了另外两种方案分块部分传输序列(S-PTS)和滑动窗子载波预留(SW-TR)与本发明降低峰均功率比的性能比较图。由图可以看出，本发明迭代次数为8，与S-PTS方案有相同边信息的情况时，本发明的性能优于S-PTS；当本方案迭代次数为16时，PAPR降低性能也明显优于后者，而且此种参数情况下的计算复杂度也远远低于S-PTS方案。由图可以看出SW-TR方案也有较好PAPR降低性能，但是其采用滑动窗将引入旁瓣会造成FBMC信号的失真，且其需要预留子载波将造成频率资源的浪费，而本方案采用相位优化的方法不会引起信号失真也不会影响系统的误码率性能，并且其降低PAPR的效果更明显。综上可以看出本发明可以有效降低FBMC-OQAM系统的PAPR。