一种用于物联网终端降低上行信号峰均比的频域计算方法技术

本发明专利技术提供了一种用于物联网终端降低上行信号峰均比的频域计算方法，针对解调参考信号，在线下设计每个解调参考信号对应的补偿信号，线上生成解调参考信号后，把补偿信号在频域上线性叠加在解调参考信号，能够降低解调参考信号的峰均比；对解调参考信号和数据符号在占用的子载波上同时使用频域加窗，随后进行逆快速傅里叶变换成时域信号，能够同时降低解调参考信号和数据符号的峰均比。在窄带蜂窝物联网中采用本发明专利技术方法，可以有效降低上行信号峰均比，从而降低功率放大器的线性度和饱和度，降低功率发大器成本和功耗。降低功率发大器成本和功耗。降低功率发大器成本和功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种用于物联网终端降低上行信号峰均比的频域计算方法


[0001]本专利技术属于物联网
，具体涉及一种用于物联网终端降低上行信号峰均比的频域计算方法。

技术介绍

[0002]窄带蜂窝物联网(NB
‑
IoT)是物联网室外应用的重要依托技术之一。它能够与现存4G蜂窝网络(LTE)兼容以满足低速率、低成本、低功耗的应用。由于蜂窝物联网上行链路(终端到蜂窝网基站)和下行链路(蜂窝网基站到终端)存在非对称性，终端设备发射机如要达到低成本和低功耗效果则需要降低发射端功率放大器(PA)的设计难度(比如线性，饱和度)，与此同时还需保持上行链路稳定性能。要降低发射端功率放大器的设计难度就需要优化终端的上行发送信号。
[0003]信号的峰均比(PAPR)定义为一段信号在某一段时间内的峰值功率和平均功率的比值。由于功率放大器必须要保持峰值功率附近信号的线性，所以在给定平均发射功率情况下，高峰均比的信号会提升对功率放大器的设计难度和功率损耗。
[0004]对于正交频分复用(OFDM)的通信系统，发送信号会在频域生成，通过多路复用单元102限制在一定子载波范围内来避免不同用户之间的干扰。随后频域信号通过逆快速傅里叶变换单元(IFFT)103转换成时域波形，经过数模转换单元DAC和功率放大器106传送到天线进行发射。在4G或5G的终端发射机中，可以通过离散傅里叶变换的预编码单元108把数据信号107转换在时域来降低峰均比。第二种常用的传统降低峰均比的方法是通过对时域信号的限幅(采用限幅单元104实现)以及滤波(采用滤波单元105实现)。传统的方法主要应用于正交频分复用(OFDM)系统，比如基站的下行发射机或者4G或5G系统的上行发射机。传统方法并没有针对窄带蜂窝物联网的终端上行信号做出专用优化。
[0005]窄带蜂窝物联网的终端上行发送信号分为单子载波(single subcarrier)和多子载波(multiplesubcarriers)两种模式。单子载波模式只占用了一个子载波。由于在不同信号符号(NPUSCH)之间采用了相位旋转，其峰均比可以小于1dB。在多子载模式下，终端可以发送三个子载波，六个子载波，和十二个子载波，共三种情况。其峰均比都高于3dB。在极端最差情况的六个子载波，峰均比可以高到6dB，比4G LTE终端上行信号峰均比还要高。但单子载波能负载的数据速率比多子载波要低，无法承载上行速率要求较高的应用。在进行窄带蜂窝物联网的系统设计包括功率放大器的线性度和饱和度，需要考虑到最差情况下信号的峰均比。所以6dB高峰均比会增加整个系统的设计成本和功耗。
[0006]窄带蜂窝物联网的终端上行信号由两部分组成(如图1)：一个是数据信号(NPUSCH)107，通过离散傅里叶变换的预编码，数据信号发送在时域，可以降低峰均比。另一个是解调参考信号(DMRS)101，提供给基站进行信道估计。窄带蜂窝物联网的解调参考信号只和蜂窝小区号有关。由于解调参考信号没有离散傅里叶变换的预编码，其峰均比高于数据信号。在六个子载波模式下，解调参考信号的峰均比可以超过6dB。数据符号峰均比可以在5dB。因此，本专利技术即是针对上行信号中解调参考信号和数据符号均进行了优化，降低它
们的峰均比。

技术实现思路

[0007]本专利技术公开了一种为窄带蜂窝物联网(NB
‑
IoT)降低上行信号峰均比的频域计算方法，与传统算法在时域进行限幅和滤波处理不同，本专利技术方法在频域针对窄带蜂窝物联网的信号特征进行处理，可以分别降低解调参考信号和数据符号的峰均比，在六个子载波最差情况下，降低幅度高达1到1.2dB。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种用于物联网终端降低上行信号峰均比的频域计算方法，在频域采用补偿信号步骤和/或频域加窗步骤进行处理；
[0010]所述补偿信号步骤包括：在频域上将补偿信号线性叠加在解调参考信号上；
[0011]所述频域加窗步骤包括：对多路复用单元输出的非空子载波进行频域加窗。
[0012]进一步的，具体包括如下步骤：
[0013]步骤一，根据小区ID生成解调参考信号；
[0014]步骤二，在频域上将补偿信号线性叠加在解调参考信号上；
[0015]步骤三，叠加后的解调参考信号与经过离散傅里叶变换预编码处理的数据符号送入多路复用单元；
[0016]步骤四，对多路复用单元输出的非空子载波使用频域加窗；
[0017]步骤五，对前步骤处理后的信号进行逆快速傅里叶变换；
[0018]所述步骤二中将补偿信号线性叠加在解调参考信号和所述步骤四中非空子载波使用频域加窗择一进行或均进行。
[0019]进一步的，所述频域加窗对解调参考信号和数据符号在占用的子载波上同时使用。
[0020]进一步的，还包括如下步骤：对步骤五输出的信号经过数模转换和功率放大器放大后传送到天线进行发射。
[0021]进一步的，针对每一个解调参考信号设计有一个补偿信号。
[0022]进一步的，所述补偿信号叠加在空的子载波，或信号子载波，或窄带蜂窝物联网的占用带宽之外。
[0023]进一步的，所述频域加窗使用的窗函数采用以下函数中的一种：正弦函数、汉明函数、汉宁函数。
[0024]本专利技术的有益效果为：
[0025]1.本专利技术针对解调参考信号(DMRS)，在线下设计每个解调参考信号对应的补偿信号，线上生成解调参考信号后，把补偿信号在频域上线性叠加在解调参考信号，能够降低解调参考信号的峰均比；对解调参考信号(DMRS)和数据符号(NPUSCH)在占用的子载波上同时使用频域加窗，随后进行逆快速傅里叶变换成时域信号，能够同时降低解调参考信号和数据符号的峰均比。
[0026]2.补偿信号可以叠加在非占用子载波，也可以在占用子载波，还可以在信号带宽之外，既不会影响带内泄露指标(IBE)，又可以有效降低信号峰均比。
[0027]3.在窄带蜂窝物联网中采用本专利技术方法，可以有效降低上行信号峰均比(PAPR)，
从而降低功率放大器的线性度和饱和度，降低功率发大器成本和功耗。
[0028]4.降低上行信号峰均比可以有效提升上行信号的频谱泄露性能指标。功率放大器非线性作用于上行信号可以得到降低，也可以提升EVM性能指标。
[0029]5.现有基站不需要升级新算法和软件可以完成上行信号的解调，不增加额外成本。
附图说明
[0030]图1为现有技术中限制上行信号峰均比的方法。
[0031]图2为本专利技术提出的用于物联网终端降低上行信号峰均比的频域计算方法流程图。
[0032]图3为通过补偿信号降低解调参考信号峰均比效果比较图。
[0033]图4为多子载模式下有频域加窗和无频域加窗的频谱特征图，其中401、402、403、404、409、410、413为没有频域加窗三个子载波、六个子载波或十二个子载波频谱特征图，405、406、407、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于物联网终端降低上行信号峰均比的频域计算方法，其特征在于，在频域采用补偿信号步骤和/或频域加窗步骤进行处理；所述补偿信号步骤包括：在频域上将补偿信号线性叠加在解调参考信号上；所述频域加窗步骤包括：对多路复用单元输出的非空子载波乘以窗函数进行频域加窗。2.根据权利要求1所述的用于物联网终端降低上行信号峰均比的频域计算方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤一，根据小区ID生成解调参考信号；步骤二，在频域上将补偿信号线性叠加在解调参考信号上；步骤三，叠加后的解调参考信号与经过离散傅里叶变换预编码处理的数据符号送入多路复用单元；步骤四，对多路复用单元输出的非空子载波使用频域加窗；步骤五，对前步骤处理后的信号进行逆快速傅里叶变换；所述步骤二中将补偿信号线性叠加在解调参考信号和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李樑宾，张成锦，
申请(专利权)人：诺领科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：