一种降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法技术方案

本发明专利技术涉及通讯波形技术领域，特别是涉及一种降低FBMC‑OQAM系统的峰均功率比的方法，步骤如下：S1、采用OQAM调制与OFDM相结合，生成调制信号；接着将调制信号通过原型滤波器并在N个子载波上进行调制，并通过叠加获得的输出信号；S2、对步骤S1得到的输出信号进行过采样，得到采样信号；S3、采用基于窗口的分割方法处理采样信号，并提取窗口内的信号，得到加窗信号；S4、通过部分传输序列PTS对加窗信号进行处理，得到PTS优化目标函数；S5、求解PTS优化目标函数得到最优的峰均功率比PAPR，从而实现降低峰均功率比。本发明专利技术采用加窗分割的方法，处理FBMC‑OQAM信号的重叠结构，消除相邻数据块之间的影响；通过引入部分传输序列PTS，有效的降低FBMC‑OQAM系统的峰均功率比PAPR。

A method for reducing peak to average power ratio of fbmc-oqam system

【技术实现步骤摘要】
一种降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法
本专利技术涉及通讯波形
，特别是涉及一种降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法。
技术介绍
近年来，偏移正交幅度调制的滤波器组多载波(Filter-bankMulti-carriertransmissionwithOffsetOrthogonalAmplitudeModulation,FBMC-OQAM)技术已经得到广泛的研究，与传统的正交频分复用(OrthogonalFrequency-DivisionMultiplexing,OFDM)技术相比，它具有更低的带外发射(Out-OfBandemissions,OOB)特性。在不使用循环前缀(CyclicPrefix,CP)的情况下，与OFDM系统相比，FBMC-OQAM系统可以实现更高的频谱利用率。另外，FBMC-OQAM系统使用单个保护子载波从而有效的消除符号间干扰(Inter-SymbolInterference,ISI)和载波间干扰(Inter-CarrierInterference,ICI)。上述优势使FBMC-OQAM技术成为未来频繁传输短帧的实时应用场景的最佳候选者。但是，和滤波器组多载波OFDM系统一样，高峰均功率比(Peak-to-AveragePowerRatio,PAPR)仍然是FBMC-OQAM系统不可避免的问题。现有的峰均功率比PAPR降低方案可以大致分为三类：信号预畸变技术，概率类技术和编码技术。信号预畸变技术主要包括削波技术和载波预留(ToneReservation,TR)技术，该技术具有较低的计算复杂度，但容易引起非线性干扰并且放大噪声功率。现有技术引入了几种基于TR技术的改进方案，例如削波控制TR(ClippingControlTR,CC-TR)和基于最小二乘近似的TR(LeastSquaresApproximationbasedTR,LSA-TR)方案。在编码技术中，选择性映射(SelectiveMapping,SLM)技术和部分传输序列PTS技术可以很好的降低峰均功率比PAPR和误码率，但具有较高的计算复杂度。然而，由于FBMC-OQAM信号符号间的重叠结构，上述针对传统滤波器组多载波OFDM系统开发的峰均功率比PAPR降低方案并不能直接应用于FBMC-OQAM系统中。为了解决这个问题，现有技术采用重叠SLM(Overlapping-SLM,O-SLM)方案。为了降低计算复杂度，现有技术采用搜索最优权重因子序列的迭代部分传输序列PTS(Iterative-PTS,I-PTS)方案。中国专利技术专利公开号CN108418774A(公开日为2018年08月17日)，公开了一种用于降低峰均功率比的PSO-GA联合优化算法，属于信号与信息处理
，应用于雷达通信一体化研究中的信号波形设计。该专利技术所属方法将PSO算法中的个体极值和全局极值的思想融入GA算法中，将PSO中通过位置和速度的更新来让个体极值逼近全局极值变成通过遗传算法的交叉和变异来让个体极值逼近全局极值，但是存在相邻数据块之间相互影响较大、峰均功率比PAPR过高的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术存在相邻数据块之间相互影响较大、峰均功率比PAPR过高的缺陷，提供一种降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法，其能有效的消除相邻数据块之间的影响，且有效的降低了峰均功率比PAPR。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案具体如下：一种降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法，包括步骤如下：步骤S1、获取调制信号，并将调制信号通过进行调制及叠加，获得输出信号；步骤S2、对步骤S1得到的输出信号进行采样，得到采样信号；步骤S3、采用基于窗口的分割方法处理采样信号，并提取窗口内的信号，得到加窗信号；步骤S4、通过部分传输序列PTS对加窗信号进行处理，得到PTS优化目标函数；步骤S5、求解PTS优化目标函数得到最优的峰均功率比PAPR，从而实现降低峰均功率比。进一步的，在步骤S1中，FBMC-OQAM系统将偏移正交幅度调制OQAM与正交频分复用OFDM相结合，避免使用循环前缀CP；调制信号表示为以下公式：其中是在第n个子载波上发送的第m个数据块，0≤n≤N-1,0≤m≤M-1，是的虚部；是的虚部；在时域中，FBMC-OQAM符号的实部和虚部之间存在T/2的延迟，其中T是每个数据块的周期；所述调制信号通过原型滤波器并在N个子载波上进行调制，由以下公式给出：其中h(t)是原型滤波器的脉冲响应，由以下公式给出：最后，将M个数据块叠加，获得的输出信号为以下公式：进一步的，在步骤S2中，对输出信号进行过采样，得到采样信号；采样信号写成以下公式：其中，h[k]＝h(kT/K)，且K是每个FBMC-OQAM符号之间的延迟长度。进一步的，在步骤S3中，采用基于窗口的加窗分割方法以提高性能；首先，提取窗口内的信号得到加窗信号，其表达式为：其中，窗口的长度设置为K，即每个FBMC-OQAM符号之间的延迟长度；提取的信号通过部分传输序列PTS进行独立处理，然后将窗口移动K个单位长度；M个数据块的信号分为M+A个段；A是xm＝1[k]与xm[k]重叠的数据块的数量，每个段的长度为K。进一步的，在步骤S4中，将加窗信号写为向量形式，如下公式：首先，将分成V个子块，设代表第v个子块，由以下公式给出：因此wm[k]表示成以下形式：其中，因此，第v个子块表示为：分块后的子块通过逆快速傅立叶变换转换到时域上，接着乘以权重因子并进行累加得到输出符号序列sm[k]，由以下公式给出：其中W是可选择的相位，权重因子用向量表示为：最后，得到经过部分传输序列PTS处理后的信号，由以下公式给出：通过以上推导，得到部分传输序列PTS优化目标函数如下：其中q代表目前的窗数，是sq[k]的第v个子块，i＝0,1,…,W-1，v＝0,2,…,V-1，q＝0,1,…,M+A-1。进一步的，在步骤S5中，信号的峰均功率比PAPR定义为：使用互补累计分布函数评估性能；所述互补累计分布函数定义为峰均功率比PAPR值大于阈值PAPRTH的概率，由以下公式给出：CCDF(PAPR{x[k]})＝Pr(PAPR{x[k]}＞PAPRTH)。进一步的，为了避免传统的部分传输序列PTS的穷举搜索过程，降低算法的计算复杂度，在部分传输序列PTS的基础上，引入粒子群优化算法PSO来提高权重因子的搜索效率；在粒子群优化算法PSO中，每个粒子的速度和位置在迭代过程中不断更新，表示为以下公式：pi(t+1)＝pi(t)+vi(t)其中，i＝0,1,…,Np，代表粒子的索引，Np是粒子总数，t是当前的迭代次数，p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法，其特征在于：所述的方法包括步骤如下：/n步骤S1、获取调制信号，并将调制信号通过进行调制及叠加，获得输出信号；/n步骤S2、对步骤S1得到的输出信号进行采样，得到采样信号；/n步骤S3、采用基于窗口的分割方法处理采样信号，并提取窗口内的信号，得到加窗信号；/n步骤S4、通过部分传输序列PTS对加窗信号进行处理，得到PTS优化目标函数；/n步骤S5、求解PTS优化目标函数得到最优的峰均功率比PAPR，从而实现降低峰均功率比。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法，其特征在于：所述的方法包括步骤如下：
步骤S1、获取调制信号，并将调制信号通过进行调制及叠加，获得输出信号；
步骤S2、对步骤S1得到的输出信号进行采样，得到采样信号；
步骤S3、采用基于窗口的分割方法处理采样信号，并提取窗口内的信号，得到加窗信号；
步骤S4、通过部分传输序列PTS对加窗信号进行处理，得到PTS优化目标函数；
步骤S5、求解PTS优化目标函数得到最优的峰均功率比PAPR，从而实现降低峰均功率比。


2.根据权利要求1所述的降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法，其特征在于：
在步骤S1中，FBMC-OQAM系统将偏移正交幅度调制OQAM与正交频分复用OFDM相结合，避免使用循环前缀CP；调制信号表示为以下公式：



其中是在第n个子载波上发送的第m个数据块，0≤n≤N-1，0≤m≤M-1，是的虚部；是的虚部；在时域中，FBMC-OQAM符号的实部和虚部之间存在T/2的延迟，其中T是每个数据块的周期；
所述调制信号通过原型滤波器并在N个子载波上进行调制，由以下公式给出：



其中h(t)是原型滤波器的脉冲响应，由以下公式给出：



最后，将M个数据块叠加，获得的输出信号为以下公式：





3.根据权利要求2所述的降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法，其特征在于：
在步骤S2中，对输出信号进行过采样，得到采样信号；采样信号写成以下公式：



其中，h[k]＝h(kT/K)，且K是每个FBMC-OQAM符号之间的延迟长度。


4.根据权利要求3所述的降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法，其特征在于：在步骤S3中，采用基于窗口的加窗分割方法以提高性能；首先，提取窗口内的信号得到加窗信号，其表达式为：



其中，窗口的长度设置为K，即每个FBMC-OQAM符号之间的延迟长度；提取的信号通过部分传输序列PTS进行独立处理，然后将窗口移动K个单位长度；M个数据块的信号分为M+A个段；A是xm＝1[k]与xm[k]重叠的数据块的数量，每个段的长度为K。


5.根据权利要求4所述的降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法，其特征在于：
在步骤S4中，将加窗信号写为向量形式，如下公式：



首先，将分成V个子块，设代表第v个子块，由以下公式给出：



因此wm[k]表示成以下形式：



其中，因此，第v个子块表示为：



分块后的子块通过逆快速傅立叶变换转换到时域上，接着乘以权重因子并进行累加得到输出符号序列sm[k]，由以下公式给出：



其中W是可选择的相位，权重因子用向量表示为：最后，得到经过部分传输序列PTS处理后的信号，由以下公式给出：



通过以上推导，得到部分传输序列PTS优化目标函数如下：






其中q代表目前的窗数，是sq[k]的第v个子块，i＝0,1,…,W-1，v＝0,2，…,V-1，q＝0，1,…,M+A-1。


6.根据权利要求4所述的降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法，其特征在于：
在步骤S5中，信号的峰均功率比PAPR定义为：



使用互补累计分布函数评估性能；所述互补累计分布函数定义为峰均功率比PAPR值大于阈值PAPRTH的概率，由以下公式给出：
CCDF(PAPR{x[k]})＝Pr(PAPR{x[k]}＞PAPRTH)。


7.根据权利要求1至6任一项所述的降低FBMC-OQAM系统的峰均功率比的方法，其特征在于：
为了避免传统的部分传输序列PTS的穷举搜索过程，降低算法的计算复杂度，在部分传输序列PTS的基础上，引入粒子群优化算法PSO来提高权重因子的搜索效率；
在粒子群优化算...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾诗莹，伍沛然，夏明华，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44