本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于選擇窗的星座選擇映射方法(wslm)，用于濾波器組多載波信號的降低峰均比(papr)。

背景技術(shù)：

在時間頻率都做到同步的情況下，多載波技術(shù)可以獲取較高的頻譜效率。濾波器組多載波(filterbankmulticarrier,fbmc)將應用到下一代寬帶無線接入技術(shù)中，取代正交頻分復用(ofdm,orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)技術(shù)的位置。相比ofdm信號，fbmc具有較好的頻域旁瓣陡降特性、相位噪聲魯棒性和頻率補償特性。但是需要解決好fbmc自身的一些缺陷，比如，受限于高功率放大器的非線性特性，較高的峰均比將會對信號造成較大的非線性失真，因此研究可靠有效的降低峰均比方法是非常有意義的。

本領(lǐng)域內(nèi)公知，傳統(tǒng)的針對fbmc降低峰均比的方法可以分為三類：信號失真類方法、概率類方法和編碼類方法。信號失真類方法如剪切濾波、壓縮擴展、峰值抵消方法，都具有計算復雜度低的特點，但是會引起信號失真，影響系統(tǒng)誤碼率性能。概率類方法和編碼類方法不會影響系統(tǒng)誤碼率性能，但是計算復雜度高，特別是由于fbmc信號時域相互疊加的影響，峰均比降低效果并不好。

本發(fā)明屬于概率類方法，現(xiàn)有的概率類方法中比較成熟的有dslm(dispersiveselectivemapping)方法和tslm(trellis-basedselectedmapping)方法。在2014年公開的文獻“reductionofpaprforfbmc-oqamsystemsusingdispersiveslmtechnique”中，作者chaitanyabulusu,hmaiedshaiek,danielroviras,andrafikzayani提出dslm方法，可以根據(jù)前端時域信號對相位旋轉(zhuǎn)做出改變，但是忽略了后端時域信號的影響，峰均比下降不理想。在2015年公開的文獻“potencyoftrellis-basedslmoversymbol-by-symbolapproachinreducingpaprforfbmc-oqamsignals”中，作者chaitanyabulusu,hmaiedshaiekanddanielroviras提出tslm方法，tslm方法在相位選擇時參考了前后時域信號的影響，具有較好的降低峰均比效果，但是計算復雜度增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在不增加計算復雜度的前提下，同時考慮前后端時域信號的影響，降低fbmc信號的峰均比。本發(fā)明提供了一種基于選擇窗的星座選擇映射方法(wslm)，適用于所有smt(staggeredmodulatedmultitone)類fbmc信號。

本發(fā)明提供的基于選擇窗的星座選擇映射方法，在fbmc信號調(diào)制過程中，在設置的時間選擇窗內(nèi)計算峰均比。所述的時間選擇窗的長度小于一個碼元信號的持續(xù)時間，且時間窗口位置選擇時間靠前的位置；根據(jù)所計算的峰均比，從中選取最優(yōu)峰均比的fbmc信號。

更進一步地，本發(fā)明的基于選擇窗的星座選擇映射方法，在fbmc信號調(diào)制過程中，對經(jīng)oqam(偏移正交幅度調(diào)制)預處理后的信號向量輸入信號時域疊加的ppn(polyphasenetwork)結(jié)構(gòu)中處理。所述的ppn結(jié)構(gòu)中接收的碼字序列來自兩部分；第一部分是m位碼元時刻之前的碼字，是從存儲單元獲得的最優(yōu)相位選擇性旋轉(zhuǎn)后的碼字；第二部分是m位碼元時刻的碼字，從輸入端獲得。在ppn結(jié)構(gòu)中將輸入的各碼字序列先進行對應的時間偏移操作，并同各自的濾波成形信號相乘，最終所有的碼元片段信號疊加，得出時域疊加后的fbmc信號。

本發(fā)明基于選擇窗的星座選擇映射方法的一個具體實現(xiàn)步驟包括：

步驟1：接收fbmc信號，進行u路擴展以供下一步相位旋轉(zhuǎn)；u為正整數(shù)。

步驟2：對信號進行相位旋轉(zhuǎn)，生成u個具有不同峰均比值的fbmc信號。

步驟3：調(diào)制產(chǎn)生具有時域疊加的fbmc信號，當前時刻的fbmc信號疊加了前一時刻最優(yōu)峰均比的fbmc信號和后一時刻的模擬fbmc信號。

步驟4：在設定的時間選擇窗內(nèi)計算fbmc信號的峰均比，設時間選擇窗長度為t。

步驟5：選取最優(yōu)峰均比的fbmc信號

步驟6：存儲本次碼元的最優(yōu)序列向量，以供下一碼元信號進行時間疊加。

步驟7：輸出最優(yōu)fbmc信號，輸出時間窗口為本次碼元的最前端的t時長，后面的fbmc信號不輸出。

本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于：

(1)本發(fā)明基于選擇窗的星座選擇映射方法在papr計算時進行公平比較，每次計算時減少計算窗的長度，減少峰均比計算的冗余。同時將窗口位置前置，以減少后一位未知碼元的參與比重，在不增加復雜度的基礎上降低了峰均比。

(2)本發(fā)明基于選擇窗的星座選擇映射方法由于fbmc信號的碼元時間重疊的特點，后一時刻的碼元信息沒有輸入，使得整個信號的波形后面部分先天性塌陷，獨立的選擇最優(yōu)旋轉(zhuǎn)相位不能達到fbmc信號的最低峰均比。本發(fā)明方法每次計算時加入模擬的后一碼元的信號，對后一位碼元信息進行補償，所模擬的信號是取值一般情況的。

(3)本發(fā)明基于選擇窗的星座選擇映射方法實現(xiàn)了fbmc信號時域疊加的ppn架構(gòu)，可減少計算復雜度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明fbmc的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明fbmc/oqam信號碼元時域疊加圖；

圖3是本發(fā)明針對fbmc信號的slm算法系統(tǒng)框圖；

圖4是本發(fā)明的ppn結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明峰均比計算的選擇窗位置示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明方法適用于解決fbmc信號的高峰均比問題，針對fbmc信號的碼元時間重疊的特點，后一時刻的碼元信息沒有輸入，使得整個信號波形的后面部分先天性塌陷，獨立地選擇最優(yōu)旋轉(zhuǎn)相位不能達到fbmc信號的最低峰均比。本發(fā)明在峰均比計算時進行公平比較，每次計算時減少計算窗的長度，并且窗口位置前置，在不增加復雜度的基礎上降低了峰均比。

本發(fā)明方法針對的fbmc信號特指smt信號，如圖1所示，輸入信號作為各子載波頻域值輸入fbmc系統(tǒng)，代表第n個子載波、m位碼元的實部信息，代表第n個子載波、m位碼元的虛部信息。采用oqam(偏移正交幅度調(diào)制)模式，虛數(shù)域信號相對實數(shù)域信號延遲半個符號周期。oqam型信號經(jīng)過濾波器組濾波，設p1(t)、p2(t)代表不同的原型濾波器。濾波后的信號調(diào)制到各子載波信道中，經(jīng)過載波調(diào)制后發(fā)送出去。接收系統(tǒng)采用與發(fā)射系統(tǒng)對稱的結(jié)構(gòu)。

fbmc信號的數(shù)學模型為公式(1)，xtrans(t)表示t時刻輸出的fbmc信號。

其中，τ0表示oqam模式的時間偏移時長，τ0＝π/2；an,m表示fbmc信號的調(diào)制符號，n表示fbmc信號的子載波數(shù)量；m為碼元的序號，n表示子載波序號。fc表示載波頻率；t0表示fbmc的符號周期，f0＝1/t0；p(t-mτ0)表示原型濾波器數(shù)據(jù)；表示oqam模式信號第n個子載波、m位碼元的相位信息。在偶數(shù)位子載波的偶數(shù)位碼元取值為0，在奇數(shù)位子載波的奇數(shù)位碼元取值為0，在偶數(shù)位子載波的奇數(shù)位碼元取值為π/2，在奇數(shù)位子載波的偶數(shù)位碼元取值為π/2。

smt的原型濾波器有phydyas、gauss、iota等多種濾波器，他們的數(shù)學模型分別為公式(2)、(3)、(4)。

公式(2)中a表示原信號最高幅值，λ表示phydyas濾波器抽頭總數(shù)、bλ表示phydyas濾波器抽頭系數(shù)，lf表示phydyas濾波器長度，λ表示phydyas濾波器抽頭號，n′表示原信號單位碼元長度；公式(3)中a表示gauss濾波系數(shù)，lf'表示gauss濾波器長度；公式(4)中x(t)表示輸入信號，a'表示iota濾波系數(shù)，k表示iota濾波器時移系數(shù)。

接收端解調(diào)fbmc的過程如公式(5)：

表示解調(diào)出的fbmc信號的調(diào)制符號，xreceive(t)表示接收到的fbmc信號，是對信號取實部的操作。

多載波信號峰均比(papr)定義為在一個fbmc符號周期內(nèi)信號最大峰值功率與信號平均功率的比值。

公式6中，n′表示原信號單位碼元長度，xn表示fbmc時域信號。

由于papr理論上的最大值出現(xiàn)的概率非常小，因此用papr的統(tǒng)計分布來表征fbmc信號的papr的特性比用papr的最大值更有意義。通常用互補累計分布函數(shù)(ccdf)來描述papr的性能，如下：

ccdf[papr(xn)]＝pr[papr(xn)＞papr0](7)

papr0表示峰均比對比參考值。

圖2所示為fbmc/oqam信號碼元時域疊加圖，橫坐標表示時間(time)，縱坐標表示平均功率(meanpower)，從圖中可以看出fbmc信號的相鄰碼元信號是相互重疊的，針對ofdm信號設計的slm降峰均比算法只能將每個碼元的單位峰均比值做到局部最優(yōu)，合成的fbmc信號由于碼元間相互影響，最終的峰均比不能達到最低的效果。

本發(fā)明使用在fbmc信號調(diào)制過程中。如圖3所示。每一碼元時間有n位的頻域值向量cm，輸入信號cm并行乘以u路相位旋轉(zhuǎn)因子pⁱ生成子載波向量然后各路子載波頻域值經(jīng)過星座映射后，進行iq(同相正交)路分離的oqam預處理。經(jīng)oqam處理后的向量輸入到ppn結(jié)構(gòu)中，在信號合成后選擇峰均比最低的一路信號。本發(fā)明的創(chuàng)新點在于，ppn結(jié)構(gòu)的改造以及最低峰均比選擇的過程。描述一位碼字單元的fbmc信號生成過程如下：

第一步：輸入n路子載波的fbmc碼字信號，生成u個相同的頻域向量。

是頻域向量，ψ表示相位信息，n為子載波序號。

輸入信號是原始信息比特串并變換后的輸出結(jié)果，作為fbmc信號的ifft(離散傅里葉逆變換)變換前端的各子載波頻域值，作為頻域向量。為了下一步執(zhí)行不同的相位旋轉(zhuǎn)做準備，u路頻域向量由輸入信號獲得，各路信息并行運算，直到進行選擇最優(yōu)序列運算。

第二步：加入相位旋轉(zhuǎn)因子。每路輸入符號向量cm通過相位旋轉(zhuǎn)生成u位不同的

⊙代表點乘運算，θ^u是由組成的向量。

此步驟與ofdm信號的普通slm算法相同，意義在于將多載波信號經(jīng)過相位旋轉(zhuǎn)生成了具有相位多樣性的信號。通過oqam處理，fbmc信號的調(diào)制符號由轉(zhuǎn)化而來，代表通過相位旋轉(zhuǎn)后的第n個子載波、m位碼元的信息。在圖3中，系統(tǒng)框圖展現(xiàn)出了并行的u路具有選擇性的信號，而fbmc信號的調(diào)制符號向量包含有多路子載波調(diào)制符號共有u個fbmc時域合成信號需要選擇。

第三步：調(diào)制?？紤]到之前信號的重疊，第m位符號調(diào)制時的fbmc信號表示如下：

其中，s^u(t)≠0，s^u(t)表示第u個待選擇的fbmc時域合成信號，時間表示fbmc信號的調(diào)制符號的第u個向量，t0表示碼元周期，表示第m位之前的碼元信號在m位碼元時刻的殘留影響，也就是第m位碼元時刻前的最優(yōu)峰均比的fbmc信號。表示第m位之后的碼元預期信號在m位碼元時刻的殘留影響，也就是第m位碼元時刻的模擬fbmc信號。p(t-m′t0/2)表示經(jīng)過時間平移后的濾波器波形。表示oqam模式信號第n個子載波、m′位碼元的相位信息。

此步驟是fbmc信號時域合成的過程，各碼字信號在此步驟中得到時域擴展并且進行時域重疊性累加。在實現(xiàn)時借住改進的ppn結(jié)構(gòu)，改進之處是非本時刻的碼字從slm算法(slm算法屬于概率類方法)的存儲單元獲得。fbmc信號疊加了前一時刻最優(yōu)峰均比的碼字信號和后一時刻的模擬碼字信號。

本發(fā)明實現(xiàn)了fbmc信號時域疊加的ppn架構(gòu)。原始的ppn結(jié)構(gòu)是接收原始碼字，并按照碼字時間順序依次加入各自的濾波器進行濾波和時域擴展，得到的各碼字的擴展信號按時間進行時域疊加。本發(fā)明改進的ppn結(jié)構(gòu)如圖4所示，輸入的碼字序列來自兩個部分。

第一部分，m位碼元時刻之前的碼字信息從wslm選擇器的存儲單元獲得，即輸入的是最優(yōu)相位選擇性旋轉(zhuǎn)后的碼字，從存儲單元獲得可減少計算復雜度。

第二部分，m位碼元時刻的碼字從輸入端獲得，m位碼元時刻的碼字帶有不同的相位選擇信息，是各路并行ppn結(jié)構(gòu)的區(qū)別。

通過新的ppn結(jié)構(gòu)，輸入的各碼字序列先進行對應的時間偏移操作，并同各自的濾波成形信號相乘，最終所有的碼元片段信號疊加，得出時域疊加后的fbmc信號。

圖4中，調(diào)制符號向量經(jīng)ifft變換為為輸入信號第一部分，為m位碼元時刻之前的碼字信息，為輸入信號第二部分。圖中p(n)表示的是濾波成形信號。

第四步：峰均比計算。計算一個周期t0內(nèi)s^u(t)的papr，如下：

t0包括的時間范圍是[mt0+1.5t0,mt0+2.5t0]。

本發(fā)明的重點在于時間選擇窗的長度和位置選擇，具體位置如圖5所示。設碼元周期是t0，即相鄰碼元時刻的位移長度，時間選擇窗的長度t，設置為t0。每一碼元信號的持續(xù)時間根據(jù)fbmc的濾波器長度決定，例如是4.5t0?，F(xiàn)有方法中的峰均比選擇窗為一個碼元信號的持續(xù)時間，如為4.5t0。本發(fā)明方法優(yōu)選時間選擇窗改為t0，并且時間窗口位置選擇時間靠前的位置。

本發(fā)明在papr計算時進行公平比較，每次計算時減少計算窗的長度，減少峰均比計算的冗余，同時將窗口位置前置，以減少后一位未知碼元的參與比重，實現(xiàn)在不增加復雜度的基礎上降低了峰均比。

第五步：選擇。根據(jù)信號s^u(t)對應的最低papr選取參數(shù)u，將選取的參數(shù)標記為umin如下，

共有u個fbmc時域合成信號需要選擇，編號從0到u-1，從中選取最優(yōu)參數(shù)umin，對應的最優(yōu)峰均比的fbmc信號為

第六步：存儲更新。本發(fā)明利用umin更新當前和

更新前一時刻最優(yōu)峰均比的fbmc信號，分為奇偶部分，如下：

其中，real()表示取信號實部，imag()表示取信號虛部，cm為輸入信號，為對應的最優(yōu)旋轉(zhuǎn)向量。

更新后一時刻的模擬fbmc信號為：

其中，表示原平均信號的比重值，表示新信號的比重值。存儲單元存儲的代表本時刻碼字的i路和q路信號。是經(jīng)過最優(yōu)峰均比選擇的時域序列，將作為下一周期運算時的過去碼字序列使用。

存儲單元存儲的用來模擬后一時刻未知碼字序列。

本步驟的目的是提供下一次進行第三步時需要的數(shù)據(jù)。

第七步：輸出s^min(t)，s^min(t)根據(jù)第四步的計算選擇而出，輸出時間窗為[mt0,mt0+t0]，即輸出最前端的t時長fbmc，后面的3.5t信號不能輸出，還需進行下一碼字信號合成。同時最優(yōu)旋轉(zhuǎn)向量作為傳輸?shù)倪呅畔ⅲ┙邮斩顺晒庹{(diào)。下一步轉(zhuǎn)到第一步，重復進行下一位碼元符號cm+1的處理。