CN100490430C - 一种多载波信号削波装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多载波信号削波装置及方法，其中多载波信号削波方法包括以下步骤：检测形成多载波合路信号的各子载波是否发生IPDL，在所述子载波发生IPDL的时刻产生IPDL发生标志，并对所述IPDL发生标志进行延迟补偿；检测所述各子载波功率得到检测结果根据所述IPDL发生标志和检测结果选择削波滤波器系数；根据所述削波滤波器系数，对接收的多载波合路信号进行削波处理，并输出削波后的多载波合路信号。本发明在不影响多载波信号削波性能的前提下，满足了IPDL时间模块的要求，有效地支持了WCDMA系统中的IPDL机制。

Description

一种多载波信号削波装置及方法
技术领域
本发明涉及多载波通信系统的信号处理，特别是一种多载波信号削波装置及方法。
背景技术
在移动通信系统中，多载波技术近年来逐渐发展与成熟。由于多载波削波技术可以降低多载波信号的峰均比，从而有效地提高功率放大器的效率、减少功率放大设备的花费，因此多载波削波技术越来越得到广泛的应用。
本申请人在中国专利号为03109876.2的发明专利中提出了一种基于多通带带通滤波和滤波系数选择的多载波削波技术，并给出了采用实系数滤波和复系数滤波的两个实施例。如图1a所示，该申请文件中采用实系数滤波的多载波信号削波装置60包括：噪声发生单元600、正移频单元601、幅度预测单元602、噪声幅度调整单元603、移频宽带噪声处理单元604、反移频单元605、低通滤波单元606、峰值抵消单元607、削波滤波器选择单元608和子载波功率检测单元609等组成，其中噪声发生单元600包括平方器6001、平方器6002和噪声发生器6003。
在所述多载波削波结构60中，首先由噪声发生单元600接收中频多载波合路信号，产生削波噪声，然后将削波噪声发送到正移频单元601，正移频单元601将削波噪声移至正频段得到正频削波噪声。此时，子载波功率检测单元609检测各子载波功率的大小，计算功率是否下降，如果功率下降进一步计算下降的程度，削波滤波器选择单元608根据来自子载波功率检测单元的功率信息选择适当的削波滤波器系数，并将系数发送给移频宽带噪声处理单元604和幅度预测单元602，移频宽带噪声处理单元604根据这些系数实施更新滤波器系数。然后将所述正频削波噪声同时发送到幅度预测单元602和噪声幅度调整单元603。幅度预测单元602对正频削波噪声通过实际削波滤波器后的幅度进行预测，然后将预测值发送到噪声幅度调整单元603。噪声幅度调整单元603根据预测值对削波噪声进行幅度调整，使调整后的信号经过实际滤波后的峰值更接近调整前的正频削波噪声。移频宽带噪声处理单元604接收经过幅度调整后的噪声信号，对其频谱进行成型，使其频谱的过渡带和阻带具有足够的抑制度，然后反移频单元605将来自移频宽带噪声处理单元604的噪声信号移回原频段。经反移频后的滤波噪声再经过低通滤波单元606滤除不必要的负频噪声分量，最后在峰值抵消单元607中对原始合路信号进行峰值抵消，也就是将经过幅度调整、频谱成型后的噪声信号作用于经过延迟的原始合路信号上，从而获得对原始合路信号的峰值抑制效果。该技术根据子载波功率进行削波滤波器系数选择，避免了小功率载波峰值码域误差(PCDE)、矢量误差幅度(EVM)等指标恶化。
如图1b所示，采用复系数滤波的多载波信号削波装置70包括：噪声发生单元700、幅度预测单元701、噪声幅度调整单元702、复滤波宽带噪声处理单元703、峰值抵消单元704、削波滤波器选择单元705和子载波功率检测单元706，其中噪声发生单元700包括平方器7001、平方器7002和噪声发生器7003。其中噪声发生单元700、幅度预测单元701、噪声幅度调整单元702、峰值抵消单元704、削波滤波器选择单元705和子载波功率检测单元706的结构和功能均与采用实系数滤波多载波信号削波装置60中的相应单元相同。
在对应于装置70的方法中，首先由噪声发生单元700接收多载波合路信号，产生削波复噪声，然后将削波复噪声同时发送到幅度预测单元701和噪声幅度调整单元702。此时，子载波功率检测单元706检测各子载波功率的大小、功率是否下降，如果功率下降则进一步计算功率下降的幅度。削波滤波器选择单元705根据来自子载波功率检测单元706的功率信息选择适当的削波滤波器系数，并将这些系数发送给幅度预测单元701和复系数宽带噪声处理单元703。幅度预测单元701对削波复噪声通过实际削波复滤波器后的幅度进行预测，然后将预测值发送到噪声幅度调整单元702。噪声幅度调整单元702根据预测值对削波噪声进行幅度调整，使调整后的信号经过实际滤波后的峰值更接近原削波复噪声。复滤波宽带噪声处理单元703接收经过幅度调整后的复噪声信号，对其频谱进行成型，使其频谱满足一定的要求，然后峰值抵消单元704对原始合路信号进行峰值抵消。
为了在宽带码分多址(WCDMA)系统中采用待测量的到达时间差(Observed Time Difference Of Arrival，OTDOA)定位方法，第三代通信组织(3GPP)协议要求基站支持下行链路空闲周期(Idle Period in DownLink，IPDL)机制。在IPDL机制中，每个基站将会在一个较短的时间内，例如半个或一个时隙(slot)内，中断该基站所有下行链路发射信号，包括公共信道和专用信道的信号，这个中断称为IPDL。在IPDL时间内，该基站小区内需要定位的用户终端(UE)测量来自其它基站的信号，相应的网络测量单元如定位测量单元(LMU)完成到达时间差(RTD)的测量，得到不同基站信号到达UE的时间差，然后根据多个时间差就可以计算得到UE的位置。3GPP协议以IPDL时间模板的方式规定了这些空闲周期中的基站输出功率极限。如图2所示，IPDL时间模板的最低要求为：在IPDL周期开始后27个码片(chip)至IPDL周期结束前27个chip这段时间内，信号平均功率测量值应小于等于基站最大输出功率-35dB。
但是，在中国专利号为03109876.2的现有多载波削波技术中，由于带通滤波的对象为宽带信号，而IPDL周期一般比较短，IPDL发生的起始时刻也不是固定的，所以当某个子载波发生IPDL时，其它子载波的削波信号就不可避免地泄漏到发生IPDL的子载波所在的频带内，从而造成经过削波之后的该子载波信号功率过大，不能满足IPDL时间模板的要求，进一步会影响基站利用IPDL机制的定位功能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种能够有效支持IPDL时间模板的多载波信号削波装置及方法。
根据上述目的，本发明提供了一种多载波信号削波装置，包括子载波功率检测单元、削波滤波器系数选择单元和多载波削波处理单元，其中，子载波功率检测单元，用于检测形成多载波合路信号的各子载波功率，并将检测结果输入所述削波滤波器系数选择单元；削波滤波器系数选择单元，用于选择削波滤波器系数，并将所述削波滤波器系数输入所述多载波削波处理单元；多载波削波处理单元，用于根据所述削波滤波器系数选择单元提供的削波滤波器系数，对接收的多载波合路信号进行削波处理，并输出削波后的多载波合路信号；该装置进一步包括子载波IPDL检测单元、IPDL延迟补偿单元，其中，子载波IPDL检测单元，用于对所述各子载波进行IPDL检测，在所述子载波发生IPDL时刻向所述IPDL延迟补偿单元发送IPDL发生标志；IPDL延迟补偿单元，用于对所述IPDL发生标志进行延迟补偿，并将延迟补偿后的IPDL发生标志输入所述削波滤波器系数选择单元；所述削波滤波器选择单元进一步根据所述延迟补偿后的IPDL发生标志和子载波功率检测单元输入的检测结果，选择削波滤波器系数。
所述多载波削波处理单元为采用实系数滤波的多载波削波装置或采用复系数滤波的多载波削波装置。
所述子载波功率检测单元检测的是子载波的中频数据或基带数据。
所述IPDL延迟补偿单元中的延迟补偿量等于子载波基带数据的通道延迟量减去对子载波进行IPDL检测产生的延迟量和选择滤波器系数产生的延迟量。
本发明还提出了一种多载波信号削波方法，该方法包括以下步骤：
A.检测形成多载波合路信号的各子载波是否发生IPDL，在所述子载波发生IPDL的时刻产生IPDL发生标志，并对所述IPDL发生标志进行延迟补偿；
检测所述各子载波的功率得到检测结果；
B.根据所述延迟补偿后的IPDL发生标志和检测结果选择削波滤波器系数；
C.根据所述削波滤波器系数，对接收的多载波合路信号进行削波处理，并输出削波后的多载波合路信号。
在上述技术方案中，步骤A中所述检测形成多载波合路信号的各子载波是否发生IPDL的步骤包括：根据所述在连续第一计数值个chip内子载波功率为0，断定所述子载波发生IPDL；根据所述在第二计数值个chip中存在第三计数值个chip的子载波功率为非0值，断定所述子载波IPDL结束。
步骤A中所述对IPDL发生标志进行延迟补偿的延迟补偿量为：子载波基带数据的通道延迟量减去检测子载波发生IPDL产生的延迟量和选择削波滤波器系数产生的延迟量。
步骤A之前进一步包括：预先保存所述IPDL发生标志和子载波功率检测单元的检测结果与所述削波滤波器系数的对应关系；所述步骤B包括：根据所述延迟补偿后的IPDL发生标志和子载波功率检测单元的检测结果以及所述对应关系选择削波滤波器系数。
步骤B之前进一步包括判断是否需要更新所述削波滤波器系数，如果是，则执行步骤B，否则直接执行步骤C。
步骤B之前进一步包括通过对所述延迟补偿后的IPDL发生标志的进行沿检测的步骤。
从上述方案中可以看出，由于本发明采用了有效的子载波IPDL检测方法，并针对各子载波IPDL发生情况进行优先切换多载波削波滤波器系数，从而在不影响多载波削波性能的前提下，满足了IPDL时间模板的要求，有效地支持了WCDMA系统中的IPDL机制。
附图说明
图1a为现有技术中采用实系数滤波的多载波削波装置的示意图；
图1b为现有技术中采用复系数滤波的多载波削波装置的示意图；
图2为IPDL时间模板示意图；
图3为本发明中多载波削波装置的原理示意图；
图4为子载波IPDL检测单元的工作流程示意图；
图5为削波滤波器系数选择单元的工作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
为了能够支持IPDL，本发明在现有技术的基础上，检测当前各子载波是否发生IPDL，并且在检测到某子载波发生IPDL或IPDL结束时，优先选择合适IPDL的削波滤波器系数，从而有效地消除现有多载波削波技术对IPDL的不良影响。
图3是本发明的多载波削波装置的原理示意图，该装置包括多载波削波处理单元301、子载波功率检测单元302、子载波IPDL检测单元303、IPDL延迟补偿单元304、削波滤波器系数选择单元305。下面分别说明各单元的功能及实现过程。
多载波削波处理单元301是基于多通带带通滤波进行多载波削波处理的单元，例如图1a所示的现有技术中的采用实系数滤波的多载波削波装置60，或者图1b所示的采用复系数滤波的多载波削波装置70。需要说明的是，本实施例虽然只以中国专利号为03109876.2的发明专利为背景进行描述，但是本发明并不局限与此，本发明同样适用于其它基于多通带带通滤波和滤波系数选择的多载波削波技术。
子载波功率检测单元302与现有技术装置60中的子载波功率检测单元609相同，用于检测形成多载波合路信号的各个子载波的功率，检测各子载波功率是否下降以及下降的功率等级。子载波功率检测单元302需要对各子载波信号的功率进行统计，例如在一定统计窗长内求功率平均值，并定时将各子载波功率统计值与参考功率值进行比较，以此确定各子载波功率是否下降以及下降的等级，其中功率下降的等级以dB为单位。然后，子载波功率检测单元302将包含子载波功率信息的检测结果输入削波滤波器系数选择单元305，为削波滤波器系数切换提供必要的信息。如果子载波功率检测单元302进行功率统计的窗长太短，容易造成检测结果频繁变动，导致削波滤波器系数频繁切换，为了避免这一现象，一般要求子载波功率检测单元302中功率统计的窗长足够长。另外，输入该子载波功率检测单元302的子载波数据可以是中频数据，也可以是基带数据，并且使用基带数据的效果较佳。
子载波IPDL检测单元303用于对各子载波数据进行IPDL检测，在检测到某子载波发生IPDL的时候，向IPDL延迟补偿单元304输出该子载波IPDL发生标志ipdl_flag。所述子载波IPDL发生标志ipdl_flag为1时，表示该子载波正在发生IPDL；ipdl_flag为0时，表示该子载波未发生IPDL或者IPDL结束。
由于在IPDL期间，该子载波完全静默，基带信号连续为0值；而在非IPDL期间，由于导频信道的存在，不应出现连续的0值。因此，本发明根据子载波在连续N1个chip内功率为0值判断出该子载波发生IPDL，反之根据子载波在N2个chip中存在N3个chip的功率为非0值判断出该子载波IPDL结束。上述IPDL检测参数N1、N2及N3，是根据IPDL数据的特点由处理器(CPU)或者数字信号处理(DSP)芯片进行配置的。根据测试经验，N1、N2、N3的典型值为8、16和4。
参考图4，子载波IPDL检测的流程如下：
步骤401，在输入子载波I、Q路信号后，判断当前的ipdl_flag是否等于0，即子载波当前是否发生IPDL，如果是则执行步骤402，否则执行步骤407。
步骤402，根据子载波当前I、Q路信号，判断子载波信号功率是否为0，即I2+Q2是否等于0，如果是，则执行步骤403，否则执行步骤406。其中I2和Q2分别表示I路信号和Q路信号的瞬时功率。
步骤403，将cnt_n1加1，所述cnt_n1表示当前子载波功率连续为0的chip数目。
步骤404，判断cnt_n1是否等于N1，即子载波功率连续为0的chip数目是否达到N1，如果是则说明该子载波正在发生IPDL，执行步骤405，否则执行步骤401，检测下一个chip。
步骤405，将ipdl_flag置为1。
步骤406，将cnt_n1置为0后，执行步骤401检测下一个chip。
步骤407，将cnt_n2加1。所述cnt_n2表示检测子载波功率为非0值的chip时，当前所累计检测的chip数目。
步骤408，判断I2+Q2是否等于0，如果是，则执行步骤409，否则执行步骤411。
步骤409至步骤410，判断当前cnt_n2是否等于N2，如果是，则将cnt_n3和cnt_n2置为0，然后执行步骤401检测下一个chip。否则，直接执行步骤401检测下一个chip。所述cnt_n3表示当前子载波功率为非0值的chip的数目。
步骤411至步骤412，将cnt_n3加1后，判断当前cnt_n3是否等于N3，如果是，则执行步骤413，否则执行步骤409。
步骤413，将ipdl_flag置为0。
IPDL延迟补偿单元304用于对各子载波的IPDL发生标志ipdl_flag进行延迟补偿，并将延迟补偿后的各子载波的IPDL发生标志ipdl_flag输出至削波滤波器系数选择单元305。这是因为子载波基带数据需要经过一系列的插值滤波、上变频、合路等模块后才输入多载波削波装置，这样就会产生包括滤波器群延迟和处理延迟的通道延迟，所以在进行IPDL检测时需要对延迟进行补偿。假设上述子载波基带数据的通道延迟为D1各时钟周期，削波滤波器系数选择单元305中的系数切换处理延迟为D2个时钟周期，多载波削波处理单元301工作在X倍chip速率上，则延迟的补偿量D3为D3＝D1-N1×X-D2个时钟周期。公式中N1为子载波IPDL检测单元303中的IPDL检测参数，D1、D2根据产生D1、D2的硬件确定，并预先设置在IPDL延迟补偿单元304中。
削波滤波器系数选择单元305根据子载波功率检测单元302提供的一段时间内子载波功率信息和子载波IPDL检测单元303提供的IPDL发生标志判断是否需要更新削波滤波器系数，在需要更新的时候选择合适的削波带通滤波器系数，并输入到多载波削波处理单元301。
与现有技术中削波滤波器选择单元608不同的是，本发明中的削波滤波器系数选择单元305比现有技术增加了针对IPDL发生标志ipdl_flag的优先处理逻辑，该处理逻辑包括ipdl_flag信号的跳变检测和IPDL削波滤波器系数选择。当检测到某个子载波ipdl_flag信号的上升沿时，表明该子载波发生IPDL，选择对应的IPDL削波滤波器系数；当检测到某个子载波ipdl_flag信号的下降沿时，表明该子载波IPDL已经结束，根据当前各子载波功率下降情况选择合适的削波滤波器系数。当某个子载波发生IPDL时，对应的IPDL削波滤波器频率响应中该子载波所占频带为阻带，并满足一定的抑制度要求。
参照图5，削波滤波器系数选择单元305处理的流程如下：
步骤501，根据输入的ipdl_flag信号判断当前是否有IPDL开始，即是否检测到某个子载波ipdl_flag信号的上升沿，如果是则执行步骤505，否则执行步骤502。
步骤502，根据上述ipdl_flag信号判断是否有IPDL结束，即是否检测到某个子载波ipdl_flag信号的下降沿，如果是则执行步骤505，否则执行步骤503。
步骤503，根据子载波功率检测单元302输入的检测结果，判断各子载波功率是否有变化，如果有则执行步骤504，否则执行步骤501进行下一轮处理。
步骤504，根据上述子载波功率检测单元302输入的检测结果，即子载波功率功率是否下降及下降的等级等子载波功率信息，判断是否需要更新滤波器系数，如果是则执行步骤505，否则执行步骤501进行下一轮处理。判断是否需要更新滤波器系数的方法有多种，最简单的方法是判断所述检测结果中的功率下降等级是否发生改变，如果改变则需要更新滤波器系数，否则不需要更新。
步骤505，根据子载波功率检测单元302输入的检测结果，计算滤波器系数。本步骤中计算的方法也有多种，本实施例给出一种较为简明的方法。该方法预先根据子载波发生IPDL的情况和功率等级得到多种组合，确定每种组合对应的滤波器系数，并保存每种组合与滤波器系数的对应关系；在本步骤计算中，根据子载波IPDL检测单元303提供的IPDL发生标志ipdl_flag和子载波功率检测单元302提供的检测结果得到当前组合，然后根据当前组合和上述对应关系得到对应的滤波器系数。实际的计算过程需要多个时钟周期，有时甚至达到上百个时钟周期。
步骤506至步骤507，判断上述计算是否结束，如果计算结束，则将计算出的滤波器系数输出到多载波削波处理单元301；否则执行步骤508。
步骤508至步骤509，根据ipdl_flag信号判断是否有IPDL开始，如果是则执行步骤505。否则判断是否有IPDL结束，如果是则执行步骤505，否则执行步骤506。
在对应于上述多载波削波装置的方法中，首先，子载波IPDL检测单元303根据接收的子载波基带数据，进行IPDL检测，并向IPDL延迟补偿单元304输出IPDL发生标志ipdl_flag信号。IPDL延迟补偿单元对各子载波的IPDL发生标志ipdl_flag信号进行补偿后，将补偿后的ipdl_flag信号输入削波滤波器系数选择单元305。
此时，子载波功率检测单元302根据接收的子载波数据，检测各子载波功率是否下降以及下降的等级，并将结果信息输入到削波滤波器系数选择模块305。
然后，削波滤波选择器系数选择单元305，根据上述ipdl_flag信号和子载波功率检测单元提供的子载波功率信息，判断是否需要更新削波滤波器系数，在需要更新的时候，计算出新的削波滤波器系数，并输入到多载波削波处理单元301。
最后，多载波削波处理单元301根据削波滤波器系数选择单元输出的削波滤波器系数，对接收的多载波合路信号进行削波处理，并输出削波后的多载波合路信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种多载波信号削波装置，包括子载波功率检测单元、削波滤波器系数选择单元和多载波削波处理单元，
其中，子载波功率检测单元，用于检测形成多载波合路信号的各子载波功率，并将检测结果输入所述削波滤波器系数选择单元；
削波滤波器系数选择单元，用于选择削波滤波器系数，并将所述削波滤波器系数输入所述多载波削波处理单元；
多载波削波处理单元，用于根据所述削波滤波器系数选择单元提供的削波滤波器系数，对接收的多载波合路信号进行削波处理，并输出削波后的多载波合路信号；
其特征在于，该装置进一步包括子载波下行链路空闲周期IPDL检测单元、IPDL延迟补偿单元，
其中，子载波IPDL检测单元，用于对所述各子载波进行IPDL检测，在所述子载波发生IPDL时刻向所述IPDL延迟补偿单元发送IPDL发生标志；
IPDL延迟补偿单元，用于对所述IPDL发生标志进行延迟补偿，并将延迟补偿后的IPDL发生标志输入所述削波滤波器系数选择单元；
所述削波滤波器选择单元进一步根据所述延迟补偿后的IPDL发生标志和子载波功率检测单元输入的检测结果，选择削波滤波器系数。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多载波削波处理单元为采用实系数滤波的多载波削波装置或采用复系数滤波的多载波削波装置。
3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述子载波功率检测单元检测的是子载波的中频数据或基带数据。
4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述IPDL延迟补偿单元中的延迟补偿量等于子载波基带数据的通道延迟量减去对子载波进行IPDL检测产生的延迟量和选择滤波器系数产生的延迟量。
5、一种多载波信号削波方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A.检测形成多载波合路信号的各子载波是否发生IPDL，在所述子载波发生IPDL的时刻产生IPDL发生标志，并对所述IPDL发生标志进行延迟补偿；
检测所述各子载波的功率得到检测结果；
B.根据所述延迟补偿后的IPDL发生标志和检测结果选择削波滤波器系数；
C.根据所述削波滤波器系数，对接收的多载波合路信号进行削波处理，并输出削波后的多载波合路信号。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A中所述检测形成多载波合路信号的各子载波是否发生IPDL的步骤包括：
根据所述在连续第一计数值个码片chip内子载波功率为0，断定所述子载波发生IPDL；
根据所述在第二计数值个chip中存在第三计数值个chip的子载波功率为非0值，断定所述子载波IPDL结束。
7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A中所述对IPDL发生标志进行延迟补偿的延迟补偿量为：子载波基带数据的通道延迟量减去检测子载波发生IPDL产生的延迟量和选择削波滤波器系数产生的延迟量。
8、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
步骤A之前进一步包括：预先保存所述IPDL发生标志和子载波功率检测单元的检测结果与所述削波滤波器系数的对应关系；
所述步骤B包括：根据所述延迟补偿后的IPDL发生标志和子载波功率检测单元的检测结果以及所述对应关系选择削波滤波器系数。
9、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤B之前进一步包括判断是否需要更新所述削波滤波器系数，如果是，则执行步骤B，否则直接执行步骤C。
10、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤B之前进一步包括通过对所述延迟补偿后的IPDL发生标志的进行沿检测的步骤。
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