阅读说明：本技术 一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法 (Method for reducing peak-to-average ratio based on medium-voltage carrier iterative peak clipping ) 是由 徐剑英 李亮 于洋 郭桂雨 王亚梁 汤鑫 王林涛 于 2021-01-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法,属于宽带电力线载波通信技术领域。削峰法是一种通过预失真手段降低峰均比的方法,本发明中的迭代削峰滤波通过对频域数据进行插值,然后IFFT后转化为时域波形,对时域数据削峰,然后再经过FFT取出频域数据,进行频域滤波,再转化为时域波形数据,经过多次IFFT/FFT迭代处理,最终时域数据当达到峰均比阈值后,将最后一次的时域波形发送出去。本发明的主要特点在于通过多次削峰滤波能够有效的降低峰均比,并且每次迭代有添加了频域滤波,发送的时域波形数据不会有带外泄露的问题。(The invention relates to a method for reducing peak-to-average power ratio based on medium-voltage carrier iterative peak clipping, belonging to the technical field of broadband power line carrier communication. The iterative peak clipping filtering in the invention is to interpolate frequency domain data, then transform the frequency domain data into time domain waveform after IFFT, clip the peak of the time domain data, then take out the frequency domain data through FFT, filter the frequency domain, transform into time domain waveform data, through IFFT/FFT iterative processing for many times, finally the time domain data sends out the last time domain waveform when reaching the peak-to-average ratio threshold. The method has the main characteristics that the peak-to-average ratio can be effectively reduced through multiple times of peak clipping filtering, frequency domain filtering is added in each iteration, and the problem of out-of-band leakage of the transmitted time domain waveform data is solved.)

一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法

技术领域

本发明涉及宽带电力线载波通信技术领域，尤其涉及一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法。

背景技术

OFDM传输的一个重要缺点是发射信号的功率峰均比较高。由于OFDM调制将若干个子载波信号在时域进行叠加，如果子载波上的符号相位相同，会造成非常高的时域功率峰均比，因此需要采取一定的降峰均比技术。

现有的降低峰均比的技术包含有预失真技术、编码类技术等，编码类技术降低峰均比的能力高，但是本身需求的计算量大，需要增加冗余信息，传统的削峰技术对传输时域波形数据进行削峰，然后对削峰后的时域波形数据进行滤波，仍会有一部分带外信号传输，不仅会对附近频段的通信设备造成干扰，也会浪费了一部分发送能力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法，通过重复的在时域信号上削峰，达到降低等均比的目的，同时不会对通信设备产生干扰，且计算量较小，无需增加冗余信息。

本发明的一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法包括以下步骤：

步骤1：对矢量进行采样，调制信号矢量A_i＝[a₀,a₁,a₂...a_N-1]，其中N为子载波的数目，选取M为过采样因子，向矢量A中每个元素前添加M-1个0，生成新矢量C_k＝[c₀,c₁,c₂...c_N*M-1]，C中元素的数目为N*M，矢量A中的元素则被均匀的分布到矢量C中，记录C中A的地址L＝[l₀,l₁,l₂...l_N-1]；

步骤2：将新生成的矢量进行IFFT操作，选取其实部生成该矢量的时域波形数据；

步骤3：通过PAPR＝10lg(max(|s_n|²)/(∑|s_n|²/N))公式，计算该时域波形数据的PAPR(峰均比)，其中S_n为时域波形数据中数值，N为时域波形数据中元素的数目，并将结果与阈值St进行对比，如果此时的PAPR<＝St，进入步骤5；如果PAPR>＝St，表明需要降低峰均比，进入步骤4；

步骤4：对将矢量C生成的时域波形进行削峰处理，削峰参数为V，即当时域波形数据的元素大于V时，则使其等于V，如果时域波形数据的元素小于-V时，则使其等于-V，然后对削峰后的时域波形数据使用FFT，得到一组矢量D_k＝[d₀,d₁,d₂...d_N*M-1]，按照地址L，抽取出元素B_i＝[b₀,b₁,b₂...b_N-1](当第一次计算PAPR就满足阈值时，矢量B与矢量A是一致的，矢量C与矢量B是一致的)，此时返回步骤1重复运行，步骤1中的矢量A由步骤4中的矢量B赋值，直至达到目标PAPR<＝St；

步骤5：对矢量A做IFFT，将生成的时域波形发送到电力线信道上。

进一步的，步骤3中的峰均比阈值St根据需求设定，一般设定为功率放大器线性工作区的最大值。

进一步的，步骤3中的削峰参数V根据实际情况设定，通常设置为该码元时域波形数据最大值的90％。

本发明的有益效果在于：

1.削峰法降低峰均比的方法实施简单，通过不断的时域削峰，FFT抽取有用信号，再插值的方法，降低峰均比的效果明显，能有效的抑制信号的峰值。

2.相比于常规的削峰法，本发明所述的迭代削峰只将调制信号矢量的位置IFFT发送，能够有效的阻止带外，不损失额外功率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法的流程图。

图2为本发明一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法与常规削峰法效果对比示意图。

图3为本发明一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法与常规削峰法CCDF对比示意图。

图4为本发明一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法与常规削峰法频谱对比示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种基于中压载波迭代削峰降低峰均比的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对矢量进行采样，调制信号矢量A_i＝[a₀,a₁,a₂...a_N-1]，其中N为子载波的数目，选取M为过采样因子，向矢量A中每个元素前添加M-1个0，生成新矢量C_k＝[c₀,c₁,c₂...c_N*M-1]，C中元素的数目为N*M，矢量A中的元素则被均匀的分布到矢量C中，记录C中A的地址L＝[l₀,l₁,l₂...l_N-1]；

步骤2：将新生成的矢量使用IFFT操作，选取其实部生成该矢量的时域波形数据；

步骤3：计算该时域波形数据的PAPR(峰均比)，将结果与阈值St进行对比，如果此时的PAPR<＝St，对矢量A做IFFT，将生成的时域波形发送到电力线信道上，如果PAPR>＝St，则进入下一步；

步骤4：对将矢量C生成的时域波形进行削峰处理，削峰参数为V，即当时域波形数据的元素大于V时，则使其等于V，如果时域波形数据的元素小于-V时，则使其等于-V，然后对削峰后的时域波形数据使用FFT，得到一组矢量D_k＝[d₀,d₁,d₂...d_N*M-1]，按照地址L，抽取出元素B_i＝[b₀,b₁,b₂...b_N-1](当第一次计算PAPR就满足阈值时，矢量B与矢量A是一致的，矢量C与矢量B是一致的)，此时重复步骤1-3，步骤1中的矢量A由步骤4中的矢量B赋值，直至达到目标PAPR<＝St；

步骤5：对矢量A进行IFFT，将生成的时域波形发送到电力线信道上。

下面例举一个具体实施的例子，并对其进行仿真实验，选定采样率40.96MHz和FFT点数8192，当频段选择为0.11MHz-0.51MHz时，该频段范围内共有51个子载波，取PAPR阈值为9.5dB，削峰参数为0.7，迭代次数为3次。如图2所示，此图中展示了在仿真20次的情况下，原始数据的峰均比、传统削峰数据的峰均比和原始数据迭代削峰后的峰均比三者的对比图，3次迭代后数据相比于传统削峰后数据峰均比降低了0.8-1.2dB，比原始数据的峰均比降低了1.8-2.2dB。图3为原始数据、传统削峰数据和原始数据迭代削峰的CCDF对比示意图，从图中可以看出迭代削峰降低峰均比有较好的效果。图4则展示了传统削峰数据和原始数据迭代削峰后的频谱对比示意图，从图中可以看出，原始数据迭代削峰后的频谱无带外泄露的问题，而传统削峰后数据的频谱有带外泄露。