一种峰均比抑制方法、装置、电子设备及可读存储介质与流程

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种峰均比抑制方法、装置、电子设备及可读存储介质。

背景技术：

在ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交频分复用)通信中，由于受功率放大非线性的影响，当ofdm信号的papr(peaktoaveragepowerratio，峰均比)过高的时候，将导致ofdm信号会有较大的失真，从而对系统的性能产生严重影响。因而，如何降低ofdm信号的papr是一个关键的问题，可以帮助ofdm系统提升抗功放非线性干扰的能力，对于提高ofdm系统的性能具有重大意义。

现有的压扩类的峰均比抑制方法包括：限幅法、线性压扩法和非线性压扩法等，限幅法是直接对大幅度信号进行压缩，将幅度超过一定的值的信号限定在一个固定值，该方法将导致信号的平均功率降低，从而使信号具有较大的失真。线性压扩法是使用分段线性函数对ofdm信号的幅度进行压扩，但是，由于线性压扩函数对幅度较大的信号抑制程度不足，该方法函数对ofdm信号的papr抑制效果有限。非线性压扩法是将ofdm信号的幅度进行非线性变换，但是，由于ofdm的信号幅度经受的是非线性失真，该方法会导致ofdm信号有较大失真。可见，现有的峰均比抑制方法导致ofdm信号具有较大失真。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种峰均比抑制方法、装置、电子设备及可读存储介质，以减小ofdm信号的失真。具体技术方案如下：

本发明实施例提供了一种峰均比抑制方法，所述方法包括：

根据预设互补累计分布函数ccdf值b和ccdf函数：1-prⁿ＝b，计算累计分布函数cdf值pr，n表示正交频分复用ofdm信号的样点数，prⁿ表示所述ofdm信号的峰均比papr≤预设papr阈值γ的概率；

根据所述cdf值pr、所述预设papr阈值γ以及预设限幅值计算公式：

得到压扩函数的限幅值a，

其中，k表示压扩函数的斜率，k根据压扩前和压扩后信号平均功率守恒公式得到，k>1，e表示无理数e，σ表示所述ofdm信号的方差；

根据所述限幅值a，得到所述压扩函数：x表示所述ofdm信号的幅度值，y表示对所述ofdm信号进行压扩后的幅度值；

根据所述压扩函数对所述ofdm信号进行压扩，得到压扩后的ofdm信号。

可选的，在所述根据所述压扩函数对所述ofdm信号进行压扩，得到压扩后的ofdm信号之后，所述方法还包括：

根据均方误差公式：

计算所述压扩后的ofdm信号的功率均方误差erf(a)表示限幅值a的误差函数，xn表示第n个样点信号的幅度值，yn表示对所述第n个样点信号进行压扩后的幅度值，σ²表示所述ofdm信号的平均功率；

若大于预设误差阈值，对所述限幅值a进行更新，得到更新的限幅值a′，使根据所述更新的限幅值a′得到的功率均方误差不大于所述预设误差阈值；

根据所述更新的限幅值a′，对所述压扩函数进行更新，得到更新的压扩函数：

根据所述更新的压扩函数对所述ofdm信号进行压扩，得到更新的压扩后的ofdm信号。

可选的，所述预设限幅值计算公式的确定方法，包括：

根据得到所述cdf值pr表示每个样点信号的papr≤预设papr阈值γ的概率，p{}表示概率算符，σ²表示所述ofdm信号的平均功率；

若则

若则

若则

若则

得到

可选的，本发明实施例的峰均比抑制方法，还包括：

根据压扩前和压扩后信号平均功率守恒公式：以及所述压扩函数：得到

其中，f(x)为所述ofdm信号的幅度值x服从的概率分布密度函数，σ²表示所述ofdm信号的平均功率。

本发明实施例提供了一种峰均比抑制装置，所述装置包括：

cdf值计算模块，用于根据预设互补累计分布函数ccdf值b和ccdf函数：1-prⁿ＝b，计算累计分布函数cdf值pr，n表示正交频分复用ofdm信号的样点数，prⁿ表示所述ofdm信号的峰均比papr≤预设papr阈值γ的概率；

限幅值计算模块，用于根据所述cdf值pr、所述预设papr阈值γ以及预设限幅值计算公式：

得到压扩函数的限幅值a，

其中，k表示压扩函数的斜率，k根据压扩前和压扩后信号平均功率守恒公式得到，k>1，e表示无理数e，σ表示所述ofdm信号的方差；

压扩函数确定模块，用于根据所述限幅值a，得到所述压扩函数：x表示所述ofdm信号的幅度值，y表示对所述ofdm信号进行压扩后的幅度值；

信号压扩模块，用于根据所述压扩函数对所述ofdm信号进行压扩，得到压扩后的ofdm信号。

可选的，本发明实施例的峰均比抑制装置，还包括：

均方误差计算模块，用于根据均方误差公式：

计算所述压扩后的ofdm信号的功率均方误差erf(a)表示限幅值a的误差函数，xn表示第n个样点信号的幅度值，yn表示对所述第n个样点信号进行压扩后的幅度值，σ²表示所述ofdm信号的平均功率；

限幅值更新模块，用于若大于预设误差阈值，对所述限幅值a进行更新，得到更新的限幅值a′，使根据所述更新的限幅值a′得到的功率均方误差不大于所述预设误差阈值；

压扩函数更新模块，用于根据所述更新的限幅值a′，对所述压扩函数进行更新，得到更新的压扩函数：

重新压扩模块，用于根据所述更新的压扩函数对所述ofdm信号进行压扩，得到更新的压扩后的ofdm信号。

可选的，本发明实施例的峰均比抑制装置，还包括：

预设限幅值计算公式确定模块，用于根据得到cdf值pr表示每个样点信号的papr≤预设papr阈值γ的概率，p{}表示概率算符，σ²表示所述ofdm信号的平均功率；

若则

若则

若则

若则

得到

可选的，本发明实施例的峰均比抑制装置，还包括：

斜率与限幅值关系确定模块，用于根据压扩前和压扩后信号平均功率守恒公式：以及所述压扩函数：得到斜率k与限幅值a满足公式：

其中，f(x)为所述ofdm信号的幅度值x服从的概率分布密度函数，σ²表示所述ofdm信号的平均功率。

本发明实施例提供了一种电子设备，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器，用于存放计算机程序；

所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现上述任一所述的峰均比抑制方法的步骤。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述任一所述的峰均比抑制方法的步骤。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果，在满足预设ccdf值和预设papr阈值的情况下，通过预设限幅值计算公式计算压扩函数的限幅值，并且根据限幅值得到压扩函数。由于本申请实施例的压扩函数可以对幅度值较大的ofdm信号进行限幅，对幅度值较小的ofdm信号进行扩大，使压扩前和压扩后的ofdm信号的平均功率相等，在降低ofdm信号的papr阈值的同时，可以减小ofdm信号的失真。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的峰均比抑制方法的一种流程图；

图2为本发明实施例的预设papr阈值和均方误差分别随限幅值的变化曲线图；

图3为本发明实施例的峰均比抑制方法的另一种流程图；

图4为本发明实施例的峰均比抑制装置的结构图；

图5为本发明实施例的电子设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1为本发明实施例的峰均比抑制方法的一种流程图，包括以下步骤：

s101，根据预设互补累计分布函数ccdf值b和ccdf函数：1-prⁿ＝b，计算累计分布函数cdf值pr，n表示ofdm信号的样点数，prⁿ表示ofdm信号的papr≤预设papr阈值γ的概率。

具体的，互补累计分布函数表示信号传输系统中峰均值超过某一预设阈值(本申请实施例中为预设papr阈值γ)的概率，预设ccdf值b表示ofdm信号中峰均比大于预设papr阈值γ的概率，ofdm信号可以是经过快速傅里叶逆变换之后的时域信号。ofdm信号的papr可以表示为：

xn表示第n个样点信号的幅度值，e(.)为求数学期望的算子。

ofdm信号中，ofdm信号的峰均比papr≤预设papr阈值γ的概率指的是所有样点信号的瞬时功率与平均功率的比都小于γ的概率。由于在压扩前，所有的样点信号是独立同分布的，故而，在压扩后，所有的样点信号也是独立同分布的。prⁿ表示ofdm信号的papr≤预设papr阈值γ的概率，pr表示每个样点信号的papr≤预设papr阈值γ的概率。

本发明实施例中，预设ccdf值b可以根据不同的通信质量要求进行设定，例如，可以为10^-4、10^-3、10^-2等。通常情况下，papr阈值指的是初始papr阈值γ0，可以根据公式：10*lgγ＝γ0，对γ0进行处理，得到本发明实施例的预设papr阈值γ，也就是说，本发明实施例的预设papr阈值γ是处理之后的值。

例如，当ofdm信号的子载波n为64时，要求初始papr超过5db的概率不高于10^-4。此时，γ0＝5db，10*lgγ＝5，ccdf值b＝10^-4，1-pr⁶⁴＝10^-4，因此可以求得pr的值。

s102，根据cdf值pr、预设papr阈值γ以及预设限幅值计算公式：

得到压扩函数的限幅值a，

其中，k表示压扩函数的斜率，k根据压扩前和压扩后信号平均功率守恒公式得到，k>1，e表示无理数e，σ表示ofdm信号的方差。

本发明实施例中，由于压扩前与压扩后ofdm信号的平均功率守恒，因此，可以根据压扩前和压扩后信号平均功率守恒公式：以及压扩函数：得到

其中，f(x)为ofdm信号的幅度值x服从的概率分布密度函数，在ofdm信号中，时域信号服从瑞利分布，即σ²表示ofdm信号的平均功率。

由于cdf值pr可以根据s101得出，预设papr阈值γ是已知的，那么根据预设限幅值计算公式，可以得到压扩函数的限幅值a。预设限幅值计算公式的确定方法，包括：

根据得到cdf值pr表示每个样点信号的papr≤预设papr阈值γ的概率，p{}表示概率算符，σ²表示ofdm信号的平均功率；

若则

若则

若则

若则

得到

另外，预设papr阈值γ与限幅值a的关系可通过matlab软件画出，可参见图2，在实际的限幅值a的设定中，由于通过预设限幅值计算公式反解限幅值a的过程比较复杂，因此，可以根据图2设置限幅值a。例如，当预设papr阈值γ为3.98时，限幅值a可以设置为2。

s103，根据限幅值a，得到压扩函数：x表示ofdm信号的幅度值，y表示对ofdm信号进行压扩后的幅度值。

具体的，在得到限幅值a之后，根据得到k的值，进而得到压扩函数。

s104，根据压扩函数对ofdm信号进行压扩，得到压扩后的ofdm信号。

具体的，若ofdm信号的幅度值大于a，将ofdm信号的幅度值设定为a，ofdm信号的相位不变；若ofdm信号的幅度值不大于a，将ofdm信号的幅度值扩大至k倍，ofdm信号的相位不变。

另外，由于压扩函数用在ofdm系统的发射端，也就是发射端可以对ofdm信号进行压扩后，将压扩后的ofdm信号发送至接收端，接收端可以对接收的压扩后的ofdm信号进行解压扩。

本发明实施例的峰均比抑制方法，在满足预设ccdf值和预设papr阈值的情况下，通过预设限幅值计算公式计算压扩函数的限幅值，并且根据限幅值得到压扩函数。由于本申请实施例的压扩函数是线性加限幅的函数，即可以对幅度值较大的ofdm信号进行限幅，对幅度值较小的ofdm信号进行扩大，使压扩前和压扩后的ofdm信号的平均功率相等，因此，在降低ofdm信号的papr阈值的同时，可以减小ofdm信号的失真。

参见图3，图3为本发明实施例的峰均比抑制方法的另一种流程图，在图1实施例s104之后，还包括以下步骤：

s301，根据均方误差公式：

计算压扩后的ofdm信号的功率均方误差erf(a)表示限幅值a的误差函数，xn表示第n个样点信号的幅度值，yn表示对第n个样点信号进行压扩后的幅度值。

本发明实施例中，当预设papr阈值γ要求较低时，对应的限幅值a也会相应降低，相应的mse(mean-squareerror，均方误差)将会升高。此时，可以优先保证ofdm信号的mse，并在保证mse的前提下，找到最小的限幅值a，从而尽可能保证ofdm信号的papr。因此，可以根据均方误差公式计算压扩后的ofdm信号的功率均方误差

s302，判断是否大于预设误差阈值。

本步骤中，如果大于预设误差阈值，表明通过压扩函数得到的压扩后的ofdm信号较大，不满足要求，执行s203。否则，表明通过压扩函数得到的压扩后的ofdm信号满足要求，也就是说该压扩函数是可用的。预设误差阈值是根据不同通信质量要求设置的值，在此不做限定。

s303，对限幅值a进行更新，得到更新的限幅值a′，使根据更新的限幅值a′得到的功率均方误差不大于预设误差阈值。

具体的，如前所述，限幅值a越小，得到的mse越大，那么，在对限幅值a进行更新时，可以增加限幅值a的大小，根据增加后的大小，重新计算功率均方误差如果不满足，继续增加限幅值a的大小，直至功率均方误差不大于预设误差阈值。也就是说，使最后得到的更新的限幅值a′尽可能的小，且满足功率均方误差不大于预设误差阈值。因此，可以将mse与限幅值a的关系曲线同时画在图2中，如果大于预设误差阈值，可以优先保证mse，然后，根据mse与限幅值a的关系曲线确定更新的限幅值a′。例如，若预设误差阈值为0.0001，在限幅值a为2时，得到的功率均方误差为0.01，大于预设误差阈值0.0001，因此，需要根据预设误差阈值0.0001以及mse与限幅值a的关系曲线，得到更新的限幅值a′为2.6。

s304，根据更新的限幅值a′，对压扩函数进行更新，得到更新的压扩函数：

s305，根据更新的压扩函数对ofdm信号进行压扩，得到更新的压扩后的ofdm信号。

可见，本申请实施例的峰均比抑制方法，优先考虑ofdm信号的papr，根据预设papr阈值γ，计算限幅值a，然后，根据限幅值a计算功率均方误差在不符合要求时，再根据mse与限幅值a的关系曲线确定限幅值a。此时，优先保证信号的mse，并在保证mse的前提下，找到最小的限幅值a，从而尽可能保证信号的papr。

相应于上述方法实施例，本发明实施例提供了一种峰均比抑制装置，参见图4，图4为本发明实施例的峰均比抑制装置的结构图，包括：

cdf值计算模块401，用于根据预设互补累计分布函数ccdf值b和ccdf函数：1-prⁿ＝b，计算累计分布函数cdf值pr，n表示正交频分复用ofdm信号的样点数，prⁿ表示ofdm信号的papr≤预设papr阈值γ的概率；

限幅值计算模块402，用于根据cdf值pr、预设papr阈值γ以及预设限幅值计算公式：

得到压扩函数的限幅值a，

其中，k表示压扩函数的斜率，k>1，k根据压扩前和压扩后信号平均功率守恒公式得到，e表示无理数e，σ表示ofdm信号的方差；

压扩函数确定模块403，用于根据限幅值a，得到压扩函数：x表示ofdm信号的幅度值，y表示对ofdm信号进行压扩后的幅度值；

信号压扩模块404，用于根据压扩函数对ofdm信号进行压扩，得到压扩后的ofdm信号。

本发明实施例的峰均比抑制装置，在满足预设ccdf值和预设papr阈值的情况下，通过预设限幅值计算公式计算压扩函数的限幅值，并且根据限幅值得到压扩函数。由于本申请实施例的压扩函数是线性加限幅的函数，即可以对幅度值较大的ofdm信号进行限幅，对幅度值较小的ofdm信号进行扩大，使压扩前和压扩后的ofdm信号的平均功率相等，因此，在降低ofdm信号的papr阈值的同时，可以减小ofdm信号的失真。

可选的，本发明实施例的峰均比抑制装置，还包括：

均方误差计算模块，用于根据均方误差公式：

计算压扩后的ofdm信号的功率均方误差erf(a)表示限幅值a的误差函数，xn表示第n个样点信号的幅度值，yn表示对第n个样点信号进行压扩后的幅度值，；

限幅值更新模块，用于若大于预设误差阈值，对限幅值a进行更新，得到更新的限幅值a′，使根据更新的限幅值a′得到的功率均方误差不大于预设误差阈值，σ²表示ofdm信号的平均功率；

压扩函数更新模块，用于根据更新的限幅值a′，对压扩函数进行更新，得到更新的压扩函数：

重新压扩模块，用于根据更新的压扩函数对ofdm信号进行压扩，得到更新的压扩后的ofdm信号。

可选的，本发明实施例的峰均比抑制装置，还包括：

预设限幅值计算公式确定模块，用于根据得到cdf值pr表示每个样点信号的papr≤预设papr阈值γ的概率，p{}表示概率算符，σ²表示所述ofdm信号的平均功率；

若则

若则

若则

若则

得到

可选的，本发明实施例的峰均比抑制装置，还包括：

斜率与限幅值关系确定模块，用于根据压扩前和压扩后信号平均功率守恒公式：以及压扩函数：得到斜率k与限幅值a满足公式：

其中，f(x)为ofdm信号的幅度值x服从的概率分布密度函数，σ²表示ofdm信号的平均功率。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本发明实施例还提供了一种电子设备，参见图5，图5为本发明实施例的电子设备的结构图，包括：处理器501、通信接口502、存储器503和通信总线504，其中，处理器501、通信接口502、存储器503通过通信总线504完成相互间的通信；

存储器503，用于存放计算机程序；

处理器501，用于执行存储器503上所存放的程序时，实现上述任一峰均比抑制方法的步骤。

需要说明的是，上述电子设备提到的通信总线504可以是pci(peripheralcomponentinterconnect，外设部件互连标准)总线或eisa(extendedindustrystandardarchitecture，扩展工业标准结构)总线等。该通信总线504可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口502用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器503可以包括ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)，也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器501可以是通用处理器，包括：cpu(centralprocessingunit，中央处理器)、np(networkprocessor，网络处理器)等；还可以是dsp(digitalsignalprocessing，数字信号处理器)、asic(applicationspecificintegratedcircuit，专用集成电路)、fpga(field-programmablegatearray，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本发明实施例的电子设备中，处理器通过执行存储器上所存放的程序，在满足预设ccdf值和预设papr阈值的情况下，通过预设限幅值计算公式计算压扩函数的限幅值，并且根据限幅值得到压扩函数。由于本申请实施例的压扩函数是线性加限幅的函数，即可以对幅度值较大的ofdm信号进行限幅，对幅度值较小的ofdm信号进行扩大，使压扩前和压扩后的ofdm信号的平均功率相等，因此，在降低ofdm信号的papr阈值的同时，可以减小ofdm信号的失真。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述任一峰均比抑制方法的步骤。

本发明实施例的计算机可读存储介质中存储的指令在计算机上运行时，在满足预设ccdf值和预设papr阈值的情况下，通过预设限幅值计算公式计算压扩函数的限幅值，并且根据限幅值得到压扩函数。由于本申请实施例的压扩函数是线性加限幅的函数，即可以对幅度值较大的ofdm信号进行限幅，对幅度值较小的ofdm信号进行扩大，使压扩前和压扩后的ofdm信号的平均功率相等，因此，在降低ofdm信号的papr阈值的同时，可以减小ofdm信号的失真。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备及可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。