一种用IIR滤波器进行削峰的系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用IIR滤波器进行削峰的系统及其方法，其中，滤波器模块使用IIR滤波器代替FIR滤波器，并提出IIR滤波器的设计准则，同时结合峰值信号的稀疏性，提出了一种乘法器优化的复用准则。削峰的系统包括：峰值检测模块、IIR滤波模块以及延时对齐模块。本发明专利技术中IIR滤波模块包括以下步骤：首先，选择合适的IIR滤波器，针对峰值检测模块输出的峰值信号进行滤波，利用峰值信号的稀疏性并结合IIR滤波器的实现结构，对应的分子系数的乘法器可以进行复用，进而有效减少乘法器的个数。该削峰的系统不仅具有较好的峰均功率降低能力而且有效抑制了带外频谱的扩散。同时该系统具有低资源消耗和更低的输入输出延时。资源消耗和更低的输入输出延时。资源消耗和更低的输入输出延时。

【技术实现步骤摘要】
一种用IIR滤波器进行削峰的系统及其方法


[0001]本专利技术涉及发射机前端基带信号预处理
，具体涉及一种用IIR滤波器进行削峰的系统及其方法。

技术介绍

[0002]正交频分复用(OFDM)是一种多载波调制方式，以其较高的信道利用率、数据传输速率和抑制信道延迟引起的频率衰落的能力，在包括4G、5G等现代以及未来通信系统中的物理层应用广泛。然而，基于OFDM的多载波系统由于多个子载波的叠加造成较大的峰值信号，具有较高的峰均比(PAPR)。这要求系统内的功率放大器具有较宽的线性范围或者功率回退，否则信号通过功率放大器的临近饱和区甚至过饱和区，使信号产生带内失真和频谱扩展等问题，将会降低整个系统的工作效率。
[0003]一些基于概率或编码的削峰方法可以有效地降低PAPR而不引起线性失真，如星座扩展技术、部分传输序列方法、选择性映射以及线性分组码、奇偶校验码。然而，这些方法需要进行快速反傅里叶变换运算，增加了硬件实现的成本。所以这些方法很少在实际工程中应用。
[0004]在工程上，一般采用时域峰值抵消方法。一种是针对局部峰值点进行滤波的时域峰值检测滤波方法如图1(a)所示，其滤波的经典做法是采用FIR滤波器。另一种方法是针对局部峰值点分配脉冲产生器的峰值脉冲抵消方法如图1(b)所示。
[0005]上述的两种时域峰值抵消方法存在的主要问题是：虽然方法二解决了方法一资源消耗大的问题，但是由于这两种方法都采用FIR滤波器，较长的滤波时延使得削峰系统的输入输出时延延长。另一方面方法二在PAPR较低时，由于脉冲生成器数量有限，导致削峰性能不好。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种用IIR滤波器进行削峰的系统及其方法，用于实现OFDM信号的削峰。
[0007]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0008]一种用IIR滤波器进行削峰的系统，所述系统包括：峰值检测模块、IIR滤波模块以及延时对齐模块，其中，
[0009]所述峰值检测模块，用于对输入信号s(n)进行检测，检测输入信号s(n)中一定窗长内超过设定的门限阈值A
th
且位于窗长内中间位置的最大值，得到峰值信号x(n)并传递给相连的IIR滤波模块；
[0010]所述IIR滤波模块，用于将检测得到的峰值信号x(n)进行滤波得到滤波输出信号y(n)；
[0011]所述延时对齐模块，用于将输入信号s(n)进行延时得到延时输入信号g(n)；
[0012]所述滤波输出信号y(n)通过增益补偿得到滤波成型的噪声信号z(n)；
[0013]所述延时输入信号g(n)与滤波成型的噪声信号z(n)相减得到低峰均比的输出信号s
′
(n)。
[0014]进一步地，所述的峰值检测模块，它按照一定的检测条件，检测出一定窗长内输入信号的峰值信号，避免对所有连续超过门限阈值信号进行滤波所引起的峰值再生问题。首先，对输入信号s(n)按照窗长L进行检测，其中，窗长L取值为奇数，所检测到的超过设定的门限阈值A
th
且位于每个滑动窗口的中间位置L1处的峰值点个数为N
p
，L1＝(L+1)/2，第i个峰值点的时刻为n
i
，0≤i＜N
p
，因此，所检测到的峰值信号x(n)表示为
[0015][0016]式中，条件B1和B2分别表示为
[0017][0018]式中，r(n
i
)表示第i个峰值点在n时刻的幅度值，θ(n
i
)表示第i个峰值点在n时刻的相位值。
[0019]进一步地，所述的IIR滤波模块中的滤波公式如下：
[0020][0021]则该IIR滤波模块的特征函数表示为
[0022][0023]式中，a
m
表示IIR滤波器的分母系数，b
j
表示IIR滤波器的分子系数，M表示IIR滤波器的分母阶数，J表示IIR滤波器的分子阶数；m表示IIR滤波器的第m个分母系数，j表示IIR滤波器的第j个分子系数，z表示Z变换系数。IIR滤波模块一方面是为了平滑所检测到的峰值信号的频谱，另一方面是为了缩短削峰系统所需的输入输出时延。
[0024]进一步地，所述滤波输出信号y(n)通过增益补偿得到滤波成型的噪声信号z(n)的过程如下：
[0025]z(n)＝G
·
y(n) (5)
[0026]式中，G为增益补偿因子。由于IIR滤波器的局部峰值并没有做归一化处理，所以需要引入增益补偿因子，使得滤波输出信号的对应时刻的局部最大值与峰值信号的幅度值相等。
[0027]进一步地，所述延时输入信号g(n)与滤波成型的噪声信号z(n)相减得到低峰均比的输出信号s
′
(n)的过程如下：
[0028][0029]式中，τ
total
表示输入信号s(n)与滤波成型的噪声信号z(n)之间延时。高峰均比信号经过处理后都限制在门限阈值之内，得到低峰均比信号。
[0030]进一步地，利用检测到的峰值信号具有稀疏性的特点并结合IIR滤波器的实现结构，进行IIR滤波模块的分子系数乘法器复用，进而减少硬件实现的资源消耗。
[0031]首先，将公式(4)表示成多个二阶子系统并联结构组成，公式如下：
[0032][0033]式中，式中，表示向上取整操作，A＝M
‑
N，b表示第b个二阶子系统H
b
(z)，a表示H
′
(z)的第a个系数；
[0034]由于峰值检测模块的窗长为L，则两个非零点之间的间隔至少为L1,L1＝(L+1)/2，所以分子系数对应的乘法器可以复用，即每L1个系数可以共用一个乘法器；
[0035]首先，H
′
(z)的差分方程表示为
[0036][0037]因此，公式(8)需要A+1个乘法器，即M
‑
N+1个；
[0038]其次，定义
[0039][0040]则y
′
(n)公式如下：
[0041][0042]式中，y
p
′
(n)＝C
·
X
p
(n)
T
，序列C和X
p
(n)分别表示为X
P
(n)＝[x(n
‑
(p
×
L1)),x(n
‑
(p
×
L1+1)),
…
,x(n
‑
(p
×
L1+L1‑
1))]；P表示将c
a
划分成[P,P+1]组，每组至多L1个系数，表示向下取整操作，p表示第p组，q表示第p组的第q个，k表示每一个系数的所在位置，d表示最后一组系数的所在位置，该组不满足本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用IIR滤波器进行削峰的系统，其特征在于，所述系统包括：峰值检测模块、IIR滤波模块以及延时对齐模块，其中，所述峰值检测模块，用于对输入信号s(n)进行检测，检测输入信号s(n)中一定窗长内超过设定的门限阈值A
th
且位于窗长内中间位置的最大值，得到峰值信号x(n)并传递给相连的IIR滤波模块；所述IIR滤波模块，用于将检测得到的峰值信号x(n)进行滤波得到滤波输出信号y(n)；所述延时对齐模块，用于将输入信号s(n)进行延时得到延时输入信号g(n)；所述滤波输出信号y(n)通过增益补偿得到滤波成型的噪声信号z(n)；所述延时输入信号g(n)与滤波成型的噪声信号z(n)相减得到低峰均比的输出信号s
′
(n)。2.根据权利要求1所述的一种用IIR滤波器进行削峰的系统，其特征在于，所述峰值检测模块，对输入信号s(n)按照窗长L进行检测，其中，窗长L取值为奇数，所检测到的超过设定的门限阈值A
th
且位于每个滑动窗口的中间位置L1处的峰值点个数为N
p
，L1＝(L+1)/2，第i个峰值点的时刻为n
i
，0≤i＜N
p
，因此，所检测到的峰值信号x(n)表示为式中，条件B1和B2分别表示为式中，r(n
i
)表示第i个峰值点在n时刻的幅度值，θ(n
i
)表示第i个峰值点在n时刻的相位值。3.根据权利要求2所述的一种用IIR滤波器进行削峰的系统，其特征在于，所述IIR滤波模块的滤波公式如下：则该IIR滤波模块的特征函数表示为式中，a
m
表示IIR滤波器的分母系数，b
j
表示IIR滤波器的分子系数，M表示IIR滤波器的分母阶数，J表示IIR滤波器的分子阶数；m表示IIR滤波器的第m个分母系数，j表示IIR滤波器的第j个分子系数，z表示Z变换系数。4.根据权利要求3所述的一种用IIR滤波器进行削峰的系统，其特征在于，所述滤波输出信号y(n)通过增益补偿得到滤波成型的噪声信号z(n)的过程如下：z(n)＝G
·
y(n) (5)式中，G为增益补偿因子。
5.根据权利要求4所述的一种用IIR滤波器进行削峰的系统，其特征在于，所述延时输入信号g(n)与滤波成型的噪声信号z(n)相减得到低峰均比的输出信号s
′
(n)的过程如下：式中，τ
total
表示输入信号s(n)与滤波成型的噪声信号z(n)之间延时。6.根据权利要求3所述的一种用IIR滤波器进行削峰的系统，其特征在于，将公式(4)表示成多个二阶子系统并联结构组成，公式如下：式中，式中，表示向上取整操作，A＝M
‑
N，b表示第b个二阶子系统H
b
(z)，a表示H
′
(z)的第a个系数；由于峰值检测模块的窗长为L，则两个非零点之间的间隔至少L1‑
1，L1＝(L+1)/2，所以对分子系数对应的乘法器进行复用，即每L1个系数共用一个乘法器；首先，H
′
(z)的差分方程表示为因此，公式(8)需要A+1个乘法器，即M
‑
N+1个；其次，定义则y
′
(n)公式如下：式中，y
p
′
(n)＝C
·
X
p
(n)
T
，序列C和X
p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，黄丽英，卢宣再，罗昊，谢洁，韦文正，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：