專利名稱：基于壓縮感知技術(shù)的處理濾波器組峰均比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于壓縮感知技術(shù)的用于處理基于多項(xiàng)結(jié)構(gòu)濾波器組峰均比的 方法。
背景技術(shù)：
壓縮感知(CS)是近幾年來的一項(xiàng)新興信號處理技術(shù)，其核心思想是將數(shù)據(jù)采樣 和壓縮合并進(jìn)行，首先采集信號的非自適應(yīng)線性投影(測量值)，然后根據(jù)相應(yīng)的重構(gòu)算法 由測量值復(fù)原信號。壓縮感知有兩個方面的基本要求信號的稀疏性，觀測基(觀測矩陣) 與變換基(變換矩陣)的非相關(guān)性。對于自然界的任何信號，均存在一個特定的表示空間， 使得該信號在此空間具有稀疏性。經(jīng)相關(guān)理論證明，隨機(jī)矩陣，即元素為隨機(jī)數(shù)的矩陣，與 固定的變換基具有很好的非相關(guān)性。壓縮感知技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于能以遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣率的采樣速率進(jìn)行采樣， 大大減少信號在數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中消耗的資源和能量。相對于常規(guī)的先采樣后壓縮的 分布式信源編碼方法，壓縮感知的優(yōu)勢在于不需要被處理信號的任何先驗(yàn)信息，且不需要 控制信息交換。濾波器組技術(shù)本身是一種發(fā)明較早的技術(shù)，但是應(yīng)用到多載波通信系統(tǒng)中是最近 幾年的事情。濾波器組多載波系統(tǒng)(FBMC)是為了克服正交頻分復(fù)用系統(tǒng)(OFDM)的缺點(diǎn)而 誕生的。但是作為多載系統(tǒng)的固有缺點(diǎn)——峰均比(信號能量的最高值與信號能量平均值 的比率)過高的問題，F(xiàn)BMC系統(tǒng)依舊沒有克服。而在降低FBMC系統(tǒng)信號峰均比的技術(shù)中， 均是以一定的系統(tǒng)性能犧牲為代價，比如碼率，計(jì)算復(fù)雜度，信噪比等。現(xiàn)今的技術(shù)也在研 究如何以較小的碼率犧牲，較低的計(jì)算復(fù)雜度或是較小的信噪比犧牲等，來降低FBMC信號 的峰均比。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于壓縮感知技術(shù)的處理濾波器組峰均比的方法。本發(fā)明的構(gòu)思是在FBMC系統(tǒng)的發(fā)送端中，s (s長度為N)是濾波器組調(diào)制后的時 域信號，s具有高的峰均比。本發(fā)明將信號的最大的K個峰值消去，K的選擇取決于FBMC系 統(tǒng)對信號峰均比的要求，這樣信號的峰均比就會相應(yīng)的降低。這就相當(dāng)于使s加上一個信 號P (P的長度為N)，ρ信號只在χ對應(yīng)的峰值處有值(值為相應(yīng)位置峰值的負(fù)數(shù))，ρ其他 位置的值均為0。但是FBMC系統(tǒng)要求接受端在接收到被消去峰值的信號時，能夠以小誤差 恢復(fù)出S。因此，要求s中必須攜帶消去峰值的信號P。本發(fā)明是在信號s的頻域中預(yù)留出 一定的子載波來攜帶P，為此本發(fā)明通過頻域的預(yù)留子載波利用CS方法波來恢復(fù)出時域的 信號P。因?yàn)镕BMC系統(tǒng)的特征，K值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于N值，也就是說ρ中的值大部分為零值，只有 極少的值為非零，因此信號P正好滿足了 CS中提到的稀疏性的概念。式(2)表示了 P和P 經(jīng)濾波器組解調(diào)制后信號的關(guān)系，
P = ψρ(2)ψ為濾波器組反變換基，P就是的P的頻域表示，根據(jù)CS理論，只要找到一個矩陣 Φ e Rmxn(M<<N)，M觀測信號的長度，N為信號P的長度。使用該矩陣對P進(jìn)行觀測，式 (3)表示了該關(guān)系，Y = ΦΡ(3)式(3)中的Y是觀測值，根據(jù)CS理論只要當(dāng)Φ，Ψ滿足非相關(guān)時，我們就能使用 Y恢復(fù)出時域信號P。為此，本發(fā)明利用上文提到的CS優(yōu)點(diǎn)來降低處理FBMC系統(tǒng)峰均比時的計(jì)算復(fù)雜 度。通過CS算法，使用較低的計(jì)算復(fù)雜度在FBMC系統(tǒng)的發(fā)送端降低信號的峰均比，同時使 用較低的計(jì)算復(fù)雜度在FBMC系統(tǒng)接收端恢復(fù)出原本未降低峰均比的信號。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的具體技術(shù)方案是其基于壓縮感知技術(shù)的處理 濾波器組峰均比的方法包括發(fā)送端信號處理和接收端信號處理，其中，所述發(fā)送端信號處理包括如下步驟(1)先將基帶調(diào)制后的數(shù)字信號經(jīng)過串并變換得到并行信號，再將并行信號進(jìn)行 向量擴(kuò)展，以使所述并行信號中隨機(jī)插入零值作為預(yù)留子載波且并行信號中插入零值的總 個數(shù)滿足如下關(guān)系式(1)，
權(quán)利要求
一種基于壓縮感知技術(shù)的處理濾波器組峰均比的方法，其特征是包括發(fā)送端信號處理和接收端信號處理，所述發(fā)送端信號處理包括如下步驟(1)先將基帶調(diào)制后的數(shù)字信號經(jīng)過串并變換得到并行信號，再將并行信號進(jìn)行向量擴(kuò)展，以使所述并行信號中隨機(jī)插入零值作為預(yù)留子載波且并行信號中插入零值的總個數(shù)滿足如下關(guān)系式(1)， <mrow><mi>M</mi><mo>></mo><mfrac> <mn>2</mn> <mrow><mi>MAR</mi><mo>·</mo><mi>SNR</mi> </mrow></mfrac><mi>K</mi><mi>log</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mi>K</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>K</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式(1)中，M表示并行信號中插入零值的總個數(shù)，N表示插入零值后的并行信號的總長度，K表示預(yù)先設(shè)定的需要消去的峰值個數(shù)(K＜M＜＜N)，MAR是消去峰值的信號的幅度最小值與消去峰值的信號的幅度平均值之間的比率，SNR是消去峰值的信號的能量與噪聲能量的比率；(2)濾波器組將插入零值后的并行信號由頻域變換到時域，再使時域中的并行信號過多項(xiàng)結(jié)構(gòu)混跌，得到濾波器組調(diào)制后的信號；(3)對濾波器組調(diào)制后的信號進(jìn)行幅度檢測，從中挑選出最大的K個峰值并將其歸零，得到消去峰值的濾波器組調(diào)制信號；(4)將消去峰值的濾波器組調(diào)制信號經(jīng)過進(jìn)一步處理后發(fā)送到接收端，所述進(jìn)一步處理包括數(shù)/模轉(zhuǎn)換、信號放大和調(diào)制到高頻；所述接收端信號處理包括如下步驟(a)將從發(fā)送端接收到的模擬信號由高頻調(diào)制到低頻后再轉(zhuǎn)換數(shù)字信號，后進(jìn)行數(shù)字基帶解調(diào)；(b)將解調(diào)后的數(shù)字信號經(jīng)過串并變換得到并行信號，將該并行信號進(jìn)行復(fù)制，再將該并行信號存儲在寄存器中；(c)濾波器組將復(fù)制得到的并行信號由時域變換到頻域，再使頻域中的并行信號過多項(xiàng)結(jié)構(gòu)混跌，得到濾波器組解調(diào)后的信號；(d)從濾波器組解調(diào)后的信號中提取出預(yù)留子載波的信號；(e)根據(jù)提取出的預(yù)留子載波的信號，利用壓縮感知方法將步驟(3)所述的歸零的K個峰值恢復(fù)；(f)使用步驟(b)所述的寄存器中存儲的并行信號加上步驟(e)所述的恢復(fù)后的K個峰值，得到與步驟(2)所述的濾波器組調(diào)制后的信號相同的信號；(g)濾波器組對步驟(f)得到的信號進(jìn)行解調(diào)，先將步驟(f)得到的信號由時域變換到頻域，再使頻域中信號過多項(xiàng)結(jié)構(gòu)混跌，得到新的濾波器組解調(diào)后的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知技術(shù)的用于處理濾波器組峰均比的方法，其特 征是所述步驟(e)中的壓縮感知方法為正交匹配跟蹤算法。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于壓縮感知技術(shù)的處理濾波器組峰均比的方法，該方法包括在發(fā)送端對信號進(jìn)行降峰均比處理和在接收端對信號進(jìn)行峰均比的恢復(fù)，在發(fā)送端的方法包括(1)對信號進(jìn)行基帶調(diào)制并進(jìn)行串并變換；(2)在并行信號中隨機(jī)插入零值，但是要求插入的零值個數(shù)固定；(3)對插入零值的并行信號進(jìn)行濾波器組調(diào)制，后將固定個數(shù)的峰值歸零，然后對信號進(jìn)行數(shù)模變換等操作，發(fā)送出去；在接受端的方法包括(a)對接收到的信號進(jìn)行模數(shù)變換后進(jìn)行基帶解調(diào)，并將信號進(jìn)行串并變換；(b)將并行信號進(jìn)行復(fù)制，用以恢復(fù)消去的峰值，再將恢復(fù)出的峰值與原并行信號運(yùn)算；(c)將(b)運(yùn)算后的結(jié)果經(jīng)過濾波器組解調(diào)。
文檔編號H04L27/26GK101984617SQ201010566469
公開日2011年3月9日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者張宏綱, 張廣超, 趙志峰 申請人:浙江大學(xué)