[发明专利]一种降低信号峰均比的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种降低信号峰均比的方法和装置。 

背景技术

出于充分利用无线通信系统的信道容量的考虑，往往同时利用幅度和相位两个维度的信息进行信号调制，因此导致调制信号的包络表现出较高的PAPR(Peak to Average Power Ratio，峰均比)。特别在OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiple，正交频分多址)调制信号时，PAPR较高尤为明显。另外，功率放大器是一种峰值功率受限的器件，调制信号中PAPR高将使功率放大器的输出平均功率下降。由于无线链路的性能一般取决于接收端的平均功率，因此在功率放大器相同输出峰值功率的前提下，高PAPR的调制信号直接影响了接收端的平均功率，进而影响链路性能。从另一方面讲，如果必须满足平均发射功率要求，则高PAPR的调制信号必然需要使用高峰值功率的功率放大器，降低发射机效率，产生不必要的热耗，需要无线通信系统增加相应的散热设备。因此在进入功率放大器前，需要对调制信号的PAPR做适当抑制，以增加链路性能，提高发射机效率，降低成本。 

现有技术中，通常采用削波方式降低PAPR，其中，削波是CFR(CrestFactor Reduction，降低峰均比)的简称。削波的目标是在一定的实现资源，如FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、DSP(digitalsignal processor，数字信号处理器)等，和SNR(Signal to Noise Ratio，信噪比)恶化情况下尽可能得到最佳的峰值包络压缩性能。这里的SNR是指有用信号的信噪比，有用信号SNR将决定信号的解调质量，而有些信号，比如OFDM调制中用来削波的TR(Tone Reservation，预留子载波)就不是有用信号。可以使用有效PAPR来衡量峰值包络压缩性能，有效PAPR＝波形PAPR+ 信号平均功率提升，这个等式中的单位使用dB值。实际上，有效PAPR表示信号CCDF(complementary cumulative density function，概率密度累积补函数)意义下的包络峰值功率和有用信号平均功率的比。对于相同的信号样本，有效PAPR越小表示削波算法的效果越好。信号平均功率为全部信号的平均功率，包含了有用信号和削波噪声，其功率提升是由削波噪声带来的，所谓“提升”是以有用信号功率不变为前提的。这里的有用信号指的是削波前的信号，削波过程引入的信号统称为削波噪声。比如，削波前信号波形的PAPR＝9.64dB，削波之后信号波形的PAPR＝5.88dB，但是信号的平均功率增加了0.66dB，所以削波后有效PAPR＝5.88+0.66＝6.54dB。这个0.66dB中有一部分是TR载波引起的，还有一部分是由削波过程中为降低PAPR人为加入到数据载波上的削波噪声导致的。 

波形PAPR是由信号波形的CCDF所确定的值，波形PAPR一般定义为CCDF＝1e-4处的归一化包络功率，归一化包络功率等于瞬时包络功率比平均包络功率。有效PAPR只用来衡量削波算法的效果。而一般信号本身的PAPR指的就是波形PAPR，比如：恒包络信号的PAPR＝0dB，基带高斯信号的PAPR＝9.64dB等。 

在削波电路中，经常使用多级削波模块级联的削波方式。根据在频域上削波还是时域上削波，有两种形式，两种处理方式的效果实际上是相同的。 

在频域上削波如图1所示。所有信号都是复数信号，即时域信号有I(Inphase，同相)和Q(Quadrature，正交)两路，频域信号为复数。频域符号削波方式中，调制模块输出的是频域信号，直接进入频域符号削波模块，在频域符号削波模块中，以Symbol(符号)为单位对信号进行削波处理，降低信号的PAPR。经过级联的多级频域符号削波模块之后，符号信号的PAPR会得到降低。图1中以两级为例，但实际通常会采用多于两级，比如4级。经过多级符号削波模块削波之后，再经过一个IFFT(Inverse Fast FourierTransformer，快速傅立叶逆变换)模块，变换为时域信号；再经过循环前缀等信息插入模块加上循环前缀和Preamble(前导符号)等组成无线帧，送到插值滤波模块；在插值滤波模块中进行插值滤波，使信号的通过率提升，再 送到DAC(Digital to Analogue Converter，数字到模拟转换器)及模拟发射通道；在DAC及模拟发射通道中由DAC将数字信号转换为模拟信号，并经过混频、滤波、放大等一系列处理之后，变换为有一定功率的射频信号，发送到无线空间。