CN100591058C - 一种信号削波装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号削波装置，包括一个用于对输入信号进行一次滤波处理和削波处理的滤波削波处理单元，预测削波处理单元，用于对输入信号进行大于一次的预测处理和削波处理，并将前一次预测处理和削波处理的输出信号作为后一次预测处理和削波处理的输入信号、将经过最后一次预测处理和削波处理的输出信号发送至所述滤波削波处理单元。本发明还公开了一种根据上述装置进行的信号削波方法。本发明提出了一种新的级联削波预测与削波滤波相结合的技术，可有效解决现有削波技术不能在一定信号码域性能损失的条件下，获得理想的信号峰均比的缺点，而且，在相同的削波门限、滤波器条件下，本发明可获得更低的信号峰均比。

Description

一种信号削波装置及方法

技术领域

本发明涉及通信系统的信号处理，特别是指一种用于降低信号峰均比的信号削波装置及方法。

背景技术

目前，削波技术根据处理样点的特征可划分为1倍速(1X)削波和n倍速(nX)削波；根据处理方式可划分为限幅削波与滤波相结合(CF)的方法，以及预测、限幅削波和滤波相结合(PCF)的方法。

1X削波技术的优点是后续过程中不需考虑削波造成的信号频谱扩散，因为后续的脉冲成型滤波(PSF)链路会对削波后的信号进行处理，以获得符合通信系统要求的标准频谱信号。但是，1X削波技术的缺点是削波对信号的损伤会随后续的插值而扩大，使信号的码域性能恶化较大。nX削波技术基本上能够获得良好的信号码域性能，缺点是进行信号削波处理所需的硬件资源随倍速的增大而增大。

CF技术的具体实现方式有很多种，既可以是直接限幅削波，然后再滤波；也可以是后面将要介绍的基于峰值信号隔离的削波方法中的削波峰值反向叠加。CF技术的主要缺点是信号削波后的滤波对限幅后的信号峰均比性能的二次恶化比较严重，特别是在低倍速上进行削波处理时，对于后续的插值，滤波器都会对信号峰均比的性能造成二次恶化。

另外，在现有技术中可将多个CF进行级联，即nCF技术。nCF技术是对输入信号进行多次削波滤波，需要对每次削波后的信号进行滤波，从而引起所有输入信号改变，进而导致信号码域性能恶化。具体原因如下：每次削波只改变超过门限的信号样点，而滤波是对所有信号样点进行一定长度的加权计算，从而会将削波后的信号样点的变化扩散到其他未超过门限的样点，导致每次的CF都会对信号码域性能有较大损伤，使得nCF技术不能在实际应用中有效运用。

PCF技术是先对信号进行预测，然后再进行削波和滤波，例如后面将要介绍的基于合路预测的基带I/Q联合削波技术。PCF技术可通过在低倍速率上预测插值后的高倍速信号峰值，然后在低倍速上加以限幅削波，其优点是可通过较低的实现资源来预测插值后信号的峰值，使限幅削波既考虑到输入1X信号的峰值情况，又考虑到插值对信号峰值的影响，即PCF技术对信号样点的削波更有针对性，在多载波情况下，还可以预测各路载波合路后的峰值情况；其缺点是需要对削波后的链路进行预测，资源消耗和实现复杂度较高，并且由于削波后信号已经发生改变，后续PSF链路对信号峰均比的恶化仍然较大，不能获得更好的削波效果。

目前，通过数字削波降低信号峰均比的技术主要有两种：一种是基于峰值信号隔离的削波技术，另一种是基于合路预测的基带同向正交分量(I/Q)联合削波技术。

为了降低信号的峰均比，朗讯科技公司在中国专利申请号为99110553.2的发明专利中提出了一种基于峰值信号隔离的削波方法。这种方法首先根据削波阈值电压隔离输入信号的峰值，并产生隔离峰值信号的局部极值，然后对此局部极值信号进行低通滤波，并将滤波输出信号和延迟输入信号相加生成削波信号，从而降低单载波信号的峰均比，并在一定程度上抑制了带外频谱泄漏。根据这种方法制成的削波装置由削波阈值发生器、峰值隔离单元、局部极值隔离单元、滤波器、延迟单元和一个加法器构成，并且可以在加法器后级联一个硬限幅单元以增强削波效果。

朗讯科技公司提出的这种技术主要是针对单载波信号，而没有考虑多载波信号的情况。另外，这种技术虽然能产生一定的峰值抑制效果，但由于引入的信号误差较大，所以在满足一定的峰值码域误差(PCDE)或误差矢量幅度(EVM)指标的前提下，其峰均比指标并不令人满意。同时，这种技术中提到的级联方法，并不能解决信号码域误差与良好的削波性能之间的矛盾，即无法在以一定信号码域误差指标为前提条件时，获得良好的削波指标。

为了解决多载波信号的峰均比过高的问题，在中国专利申请号为01131210.6的发明专利中提出了一种基于合路预测的基带I/Q联合削波技术。在这种技术中，首先对各子载波的PSF、数控振荡(NCO)混频以及多载波合路过程进行预测，将合路预测值与预先设定的门限进行比较，计算得到削波比例，然后对参与预测的各子载波基带信号进行削波。该技术方法的框图及在整个系统中的位置如图1所示。

虽然这种基于合路预测的基带I/Q联合削波技术通过直接对输入信号进行PSF链路预测，可取得一定的多载波信号削波效果，相对一般的削波方法有较大的进步，但由于没有考虑到削波后PSF链路的影响和直接对输入信号进行预测间的差别，对输入信号的预测并不能反映真实的处理情况，因此最后获得的削波信号的性能依然不能满足通信系统的要求。在这种技术中，由于削波处理是在基带进行的，削波对信号造成的误差比较大，表现为接收端信号的PCDE指标比较差，这就限制了合路信号峰均比不可能很低。这是因为基带信号要进行插值后才进行合路，如果插值率为N，那么在基带削一个点，将至少对合路的N个点造成影响，而实际上并不是这N个点都超过了削波门限，因此造成了不少额外的信号损失。在一定的信号码域误差前提下，应用这种技术获得的削波信号的性能将受到限制，同时这种技术很难应用到发射系统数字基带处理链路的其他信号倍速位置。

另外，在基于合路预测的基带I/Q联合削波技术中，由于削波比例是在合路预测处获得的，而削波是在载波基带进行的，因此这是一种典型的反馈结构，为了保证预测值和基带削波点之间的对应性，在各基带点进行下一次预测之前，必须完成前一次的削波操作，也就是说，参与下一次预测的点必须是经过削波后的点。这就对实时性提出了较高的要求，并不适合硬件实现，给实际设计现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)增加了较大的困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种信号削波装置，更为有效地降低信号的峰均比。本发明的另一目的在于提供一种根据上述装置进行的信号削波方法。

为了达到上述目的，本发明提供了提供一种信号削波装置，包括一个用于对输入信号进行一次滤波处理和削波处理的滤波削波处理单元，其特征在于该装置进一步包括：预测削波处理单元，用于对输入信号进行大于一次的预测处理和削波处理，并将前一次预测处理和削波处理的输出信号作为后一次预测处理和削波处理的输入信号、将经过最后一次预测处理和削波处理的输出信号发送至所述滤波削波处理单元。

所述预测削波处理单元的输入信号为完整载波信号，所述预测削波处理单元进一步包括：

削波单元，用于根据预先设定的削波门限对输入信号进行削波，并将经过削波的信号发送至信号预测单元，

信号预测单元，用于对输入信号进行滤波预测；

所述滤波削波处理单元进一步包括：

削波单元，用于根据预先设定的削波门限对经过削波预测的输入信号进行削波处理，并将经过削波的信号发送至滤波单元，

滤波单元，用于对输入信号进行滤波，得到输出信号。

所述预测削波处理单元中的削波单元进一步包括：

平方器，用于计算输入信号的瞬时功率，并将计算出的输入信号瞬时功率发送至削波比例发生器；

削波比例发生器，用于根据预先设定的削波门限和输入的瞬时功率，计算削波比例，并将计算出的削波比例发送至削波乘法器；

削波乘法器，用于将输入的削波比例与输入信号相乘，生成经过削波处理的信号。

所述完整载波信号为单载波信号时，所述预测削波处理单元中的信号预测单元为单载波信号预测单元，所述滤波削波处理单元中的滤波单元为单载波滤波单元。

所述完整载波信号为多载波信号时，所述预测削波处理单元中的信号预测单元为多载波信号预测单元，所述滤波削波处理单元中的滤波单元为多载波滤波单元，该装置进一步包括：

子载波功率检测单元，用于检测多载波信号中各子载波信号功率是否下降以及下降的功率等级，并将子载波信号功率检测信息发送至滤波器选择单元；

滤波器选择单元，用于根据输入的子载波信号功率检测信息，对所述预测削波处理单元中的多载波信号预测单元及所述滤波削波处理单元中的多载波滤波单元的滤波器系数进行配置。

所述预测削波处理单元的输入信号为削波噪声信号，所述预测削波处理单元进一步包括：

噪声预测单元，用于对输入的削波噪声信号进行预测，并将经过预测的削波噪声信号发送至噪声调整单元，

噪声调整单元，用于根据经过预测的削波噪声信号，对输入的削波噪声信号进行调整；

所述滤波削波处理单元进一步包括：

噪声滤波单元，用于对输入的经过预测调整的削波噪声信号进行滤波，

信号延迟单元，用于对原始输入完整信号进行时间延迟，

噪声反向叠加单元，用于将输入的经过预测调整的削波噪声信号反向作用于经过时间延迟的原始输入完整信号。

该装置进一步包括：噪声发生单元，用于对接收的原始输入完整信号进行峰值提取，生成对应于提取的峰值部分的削波噪声信号。

所述预测削波处理单元中的噪声调整单元进一步包括：

噪声幅度调整因子发生器，用于根据输入的削波噪声信号和经过预测的削波噪声信号，计算噪声幅度调整因子，并将计算出的噪声幅度调整因子发送至噪声幅度调整单元；

噪声延迟单元，用于对输入的削波噪声进行时间延迟；

噪声幅度调整单元，用于根据输入的噪声幅度调整因子，对经过时间延迟的输入的削波噪声信号进行幅度调整。

本发明还提供了一种根据上述装置进行的信号削波方法，该方法包含以下步骤：

A、对输入信号进行大于一次的预测处理和削波处理；

B、对所述进行大于一次的预测处理和削波处理后得到的信号进行一次削波处理和一次滤波处理，得到输出信号。

所述输入信号为完整载波信号时，所述步骤A中一次预测处理和削波处理的过程进一步包含以下步骤：

A11、计算削波比例；

A12、将步骤A11中计算出的削波比例与输入信号相乘，计算出削波信号；

A13、对步骤A12中得到的削波信号进行滤波预测。

所述输入信号为完整多载波信号时，所述步骤A进一步包括：实时检测多载波信号中各子载波信号功率是否下降以及下降的功率等级的信息，根据检测信息配置滤波器系数，并在步骤A13中使用所述滤波器系数对削波信号进行滤波。

所述输入信号为削波噪声信号，所述步骤A中一次预测处理和削波处理的过程进一步包括：对输入的削波噪声信号进行预测，然后根据预测的削波噪声信号对输入的噪声信号进行幅度调整；所述步骤B进一步包括：对所述进行大于一次的预测处理和幅度调整处理后得到的削波噪声信号进行一次滤波处理，并将得到的输出信号反向作用于经过时间延迟的原始输入信号，得到输出信号。

所述步骤A中的幅度调整进一步包含：根据输入的削波噪声信号和经过预测的削波噪声信号，计算出噪声幅度调整因子；根据上一步骤得到的噪声幅度调整因子，对经过时间延迟的输入的削波噪声信号进行幅度调整。

从本发明的技术方案可以看出，本发明提出了一种新的级联削波预测与削波滤波相结合的技术，可有效解决现有削波技术不能在一定信号码域性能损失的条件下，获得理想的信号峰均比的缺点，而且，在相同的削波门限、滤波器条件下，本发明可获得更低的信号峰均比。另外，应用本发明提供的技术的一个显著优势是，随着子载波信号数量的增加，信号削波效果更为显著，这对多载波通信系统是尤为难得的，可大大降低多载波通信系统的设计难度和设计成本。

此外，本发明可根据具体的通信系统和实现资源情况进行剪裁和修改，例如，在获得良好削波效果的前提下，还可采用较少级数的削波预测单元，以节省系统资源；也可通过在各级削波预测单元中预先设定不同的削波门限进行多削波门限削波。本发明提供的技术中的处理过程为顺序进行，因此采用的模块相对简单，非常适合硬件逻辑采用流水方式实现的情况。

附图说明

图1为现有技术中基于合路预测的基带I/Q联合削波方法；

图2为本发明中nCP-CF信号削波装置的基本结构；

图3为本发明中nCP-CF单载波信号削波装置的具体结构；

图4为本发明中nCP-CF单载波信号削波装置位置示意图；

图5为本发明中nCP-CF多载波信号削波装置的具体结构；

图6为本发明中nCP-CF多载波信号削波装置位置示意图；

图7为本发明中nCP-CF反向噪声叠加信号削波装置的基本结构；

图8为本发明中nCP-CF反向噪声叠加信号削波装置的具体结构；

图9A至图9G为本发明中应用nCP-CF技术信号的变化示意图；

图10为本发明中信号峰均比与信号码域误差随n的变化示意图。

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，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明对现有的PCF技术进行扩展，通过对输入信号先进行一次限幅削波，然后再对经过限幅削波的输入信号应用PCF技术，使预测更加有效，即在对经过削波处理的输入信号的改变进行预测的同时，还可对后续PSF链路的插值影响进行预测，包括对多载波信号应用中合路影响的预测，从而获得更好的削波性能。上述这种方法可称为削波预测与削波过滤相结合(CPCF)的技术。本发明也可看作对现有的CF技术进行扩展，通过对输入信号先进行一次限幅削波预测，然后再对经过限幅削波和预测的输入信号应用CF技术，实现的同样是CPCF的技术。

更进一步地，本发明继续对上述CPCF技术进行扩展，通过对输入信号重复进行削波预测(CP)，实现对输入信号峰值影响进行反复预测，从而有效降低输入信号的峰值，并在最后通过一次滤波处理消除多次削波造成的频谱扩散，获得满足标准频谱模板要求的具有低峰均比的载波信号。上述这种技术可称为递归削波预测技术，或nCP-CF技术。其中n为递归次数，n≥1。

图2为本发明中nCP-CF信号削波装置的基本结构，如图2所示，nCP-CF信号削波装置由n个削波预测单元20、一个削波单元21和一个滤波单元22组成。其中，削波预测单元20根据预先设定的门限对接收信号进行削波，然后对经过削波的信号进行滤波预测，如果n＝1，则将经过削波预测的信号发送至削波单元21，如果n＞1，则将经过削波预测的信号发送至下一级削波预测单元20，下一级削波预测单元20继续对接收信号进行削波预测，该接收信号即为上一级削波预测单元20输出的经过削波预测的信号，直至第n级削波预测单元20对接收信号进行削波预测，将经过n级削波预测的信号发送至削波单元21；削波单元21根据预先设定的门限对接收信号进行削波，然后将经过削波的信号发送至滤波单元22；滤波单元22用于对接收信号进行滤波，保证接收信号的频谱满足通信系统要求。削波预测单元20由削波单元201和信号预测单元202组成。其中削波单元201根据门限对接收的信号进行削波，然后将经过削波的信号发送至信号预测单元202；信号预测单元202对接收信号进行滤波预测。每一级削波预测单元20中预先设定的门限可不相同，即对信号进行多门限削波；削波预测单元20中预先设定的门限与削波单元21中预先设定的门限可相同也可不同，根据具体应用情况或实现方案的需要进行选择。

本发明的信号削波装置既可应用于单载波通信系统，也可应用于多载波通信系统，并且可通过多种技术方案进行信号削波。下面通过单载波通信系统和多载波通信系统中的应用，对本发明的技术方案作进一步阐述。

在通常的单载波通信系统的发射通道中，原始的信息比特经过调制等一系列处理后形成基带信号，如果在码分多址(CDMA)通信系统中，还需要进行扩频加扰等处理后形成基带信号，对该基带信号再进行脉冲成型滤波处理，插值后形成满足传输信道特性要求的高采样率的数字基带信号，如果采用数字中频，还需要在数字域对基带信号进行频率搬移才能形成满足传输信道特性要求的高采样率的数字基带信号，上述的数字基带信号才能传送给数字模拟转换器和载波调制电路实现输出，其中模拟部分的信号峰均比基本上取决于数字基带信号所表示的信号强弱变化。在单载波CDMA通信系统中，如果不进行削波处理，数字基带信号的峰均比比较高，一般会大于9dB。

图3为本发明中nCP-CF单载波信号削波装置的具体结构，如图3所示，nCP-CF单载波信号削波装置由一个以上的单载波削波预测单元30、一个削波单元31和一个单载波信号滤波单元32组成。下面分别对各部分进行详细介绍。

单载波削波预测单元30：用于对接收的单载波信号进行削波预测，包括一个根据预先设定的门限对接收的单载波信号进行限幅削波的限幅削波单元300，和一个对经过削波的单载波信号进行滤波预测的单载波信号预测单元301。

限幅削波单元300包括两个平方器3001、3002，两个削波乘法器3003、3004和一个削波比例发生器3005。其中，平方器3001和平方器3002分别用于计算接收的单载波I路信号和Q路信号的瞬时功率；削波比例发生器3005用于根据预先设定的削波门限，及平方器3001和平方器3002输出的单载波I路信号和Q路信号的瞬时功率之和，计算削波门限；削波乘法器3003和削波乘法器3004用于根据削波比例发生器3005提供的削波比例，计算经过削波的单载波信号，即将接收的单载波信号与削波比例发生器3005提供的削波比例相乘，实现限幅削波。

设输入的单载波I/Q复信号为i_in+j×q_in，其中，i_in为单载波I路信号，q_in为单载波Q路信号，那么平方器3001计算出的单载波I路信号瞬时功率P_i_in＝i_in²，平方器3002计算出的单载波Q路信号瞬时功率P_q_in＝q_in²。

设削波比例发生器3005中预先设定的削波门限为Gate，平方器3001和平方器3002将计算出的瞬时功率发送至削波比例发生器3005，则削波比例发生器3005接收的功率P_in＝P_i_in+P_q_in，削波比例发生器3005根据P_in和Gate，计算削波比例ratio，如果P_in＞Gate，则否则，ratio＝1。可根据所需的信号削波效果，预先设定削波门限的值。每一级削波比例发生器3005中预先设定的削波门限可相同也可不同，根据具体应用情况或实现方案的需要进行选择。

削波乘法器3003、3004根据削波比例发生器3005提供的削波比例，对接收信号进行削波，即计算单载波I路削波信号，i_clip_out＝i_in×ratio，计算单载波Q路削波信号，q_clip_out＝q_in×ratio。

单载波信号预测单元301用于对接收的经过削波的单载波信号进行滤波预测，生成单载波预测信号。单载波信号预测单元301可为通常的滤波单元，分别对接收的单载波I路信号和Q路信号进行滤波预测，输出经过滤波预测的单载波预测信号。

如果该nCP-CF单载波信号削波装置中仅包括一个单载波削波预测单元30，则i_clip_out、q_clip_out和单载波预测信号作为削波单元31的接收信号；如果该nCP-CF单载波信号削波装置中包括一个以上的单载波削波预测单元30，则i_clip_out、q_clip_out和单载波预测信号作为下一级单载波削波预测单元30中限幅削波单元300的接收信号，直至经过第n级单载波削波预测单元30对接收的单载波信号进行削波预测后，第n级单载波削波预测单元30将经过n级削波预测的单载波信号发送至削波单元31。

削波单元31用于根据削波门限对接收的单载波信号进行削波，然后将经过削波的单载波信号发送至单载波信号滤波单元32。削波单元31中预先设定的削波门限与削波比例发生器3005中预先设定的削波门限可相同也可不同，根据具体应用情况或实现方案的需要进行选择。

单载波信号滤波单元32用于对接收的单载波信号进行滤波，保证接收的单载波信号的频谱满足通信系统要求。在实际应用中，单载波信号预测单元301和单载波信号滤波单元32可相同也可不同。出于节省系统资源的考虑，单载波信号预测单元301可采用较少阶数的滤波器，而单载波信号滤波单元32为了保证接收的单载波信号的频谱满足通信系统要求，可使用较多阶数的滤波器；在不考虑系统资源的情况下，也可使单载波信号预测单元301与单载波信号滤波单元32使用相同阶数的滤波器。

在对应于上述nCP-CF单载波信号削波装置的方法中，首先分别由限幅削波单元300中的平方器3001、3002和削波乘法器3003、3004接收单载波信号，平方器3001、3002分别计算单载波I路信号和Q路信号的瞬时功率，然后将计算出的单载波I路信号和Q路信号的瞬时功率发送至削波比例发生器3005。削波比例发生器3005根据平方器3001、3002计算出的单载波I路信号和Q路信号的瞬时功率以及预先设置的削波门限，计算出削波比例，然后将计算出的削波比例分别发送至削波乘法器3003、3004。削波乘法器3003、3004将接收的单载波I路信号和Q路信号分别与削波比例发生器3005发送的削波比例相乘，计算出经过削波的单载波I路信号和Q路信号，然后将经过削波的单载波I路信号和Q路信号发送至单载波信号预测单元301，并且发送至下一级单载波削波预测单元30或削波单元31。单载波信号预测单元301对接收的由削波乘法器3003、3004发送的经过削波的单载波I路信号和Q路信号进行滤波预测，生成单载波预测信号，然后将单载波预测信号发送至下一级单载波削波预测单元30或削波单元31。

如果与单载波削波方法相对应的nCP-CF单载波信号削波装置中仅包括一个单载波削波预测单元30，则削波乘法器3003、3004将计算出的削波后的单载波信号发送至削波单元31，单载波信号预测单元301对接收的单载波信号进行滤波预测后，生成的单载波预测信号同样发送至削波单元31；如果该nCP-CF单载波信号削波装置中包括一个以上的单载波削波预测单元30，则削波乘法器3003、3004将计算出的经过削波的单载波信号发送至下一级单载波削波预测单元30中的单载波信号预测单元301，单载波信号预测单元301对接收的单载波信号进行滤波预测后，生成的单载波预测信号同样发送至下一级单载波削波预测单元30中的限幅削波单元300，直至单载波信号经过n级单载波削波预测单元30，最后第n级单载波削波预测单元30将经过n级削波预测的单载波削波预测信号发送至削波单元31。

削波单元31根据预先设定的削波门限，对接收的经过n级削波预测的单载波削波预测信号进行削波，并且将经过削波的信号发送至单载波信号滤波单元32。单载波信号滤波单元32对接收的经过n+1级削波和n级预测的信号进行滤波，保证该信号的频谱满足通信系统要求。

图4为本发明中nCP-CF单载波信号削波装置位置示意图，如图4所示，脉冲成型滤波器402、404、405为脉冲成型滤波链路中的各插值滤波单元，nCP-CF单载波信号削波装置，即nCP-CF单载波模块403，位于脉冲成型滤波器402之后，该图仅为示意图示，nCP-CF单载波模块403可位于任意脉冲成型滤波器之后。本发明提供的单载波nCP-CF信号削波装置可应用在从脉冲成型滤波到数字基带信号输入的任一位置，在满足信号码域性能和频谱模板等指标的前提下，有效降低单载波信号的峰均比。

在多载波通信系统中，每个单载波发射通道的处理与单载波通信系统基本相同，原始的信息比特经过调制等一系列处理后形成基带信号，如果在码分多址(CDMA)通信系统中，还需要进行扩频加扰等处理后形成基带信号，对该基带信号再进行脉冲成型滤波处理，插值后形成满足传输信道特性要求的高采样率的数字基带信号，而多载波通信系统还需要对各个单载波进行数字频率搬移，并且需要对数字频率搬移后的各路单载波进行合路。合路后的信号就可以发送至数字模拟转换器和载波调制电路实现输出，其中模拟部分的信号峰均比基本上取决于数字基带合路信号所表示的信号强弱变化。在多载波CDMA通信系统中，如果不进行削波处理，数字基带合路信号的峰均比比较高，一般会大于10dB。

图5为本发明中nCP-CF多载波信号削波装置的具体结构，如图5所示，多载波nCP-CF信号削波装置由一个以上的多载波削波预测单元50、一个削波单元51、一个多载波信号滤波单元52、一个子载波功率检测单元53和一个滤波器选择单元54组成。

多载波削波预测单元50用于对接收的多载波信号进行削波预测，包括一个根据预先设定的门限对接收的多载波信号进行限幅削波的限幅削波单元500，和一个对经过削波的多载波信号进行滤波预测的多载波信号预测单元501。

限幅削波单元500与单载波削波装置中的限幅削波单元300基本相同，不同之处仅在于此处为多载波I路合路信号和Q路合路信号，因此不再赘述。每一级限幅削波单元500中预先设定的削波门限可相同也可不同，根据具体应用情况或实现方案的需要进行选择。

多载波信号预测单元501用于根据滤波器选择单元54实时调整的带通滤波器系数，对接收的经过削波处理的多载波信号进行滤波预测，生成多载波预测信号。多载波信号预测单元501应采用适用于多载波信号频谱要求的带通滤波器。多载波削波单元501分别对接收的多载波I路合路信号和Q路合路信号进行滤波预测，输出滤波预测后的多载波预测信号。

如果该nCP-CF多载波信号削波装置中仅包括一个多载波削波预测单元50，则经削波预测后的多载波信号作为削波单元51的接收信号；如果该nCP-CF多载波信号削波装置中包括一个以上的多载波削波预测单元50，则经过削波预测的多载波信号作为下一级多载波削波预测单元50中限幅削波单元500的接收信号，直至经过第n级多载波削波预测单元50对接收的多载波信号进行削波预测后，第n级多载波削波预测单元50将经过n级削波预测的多载波信号发送至削波单元51。

削波单元51与削波单元31基本相同，不再赘述。削波单元51中预先设定的削波门限与限幅削波单元500中预先设定的削波门限可相同也可不同，根据具体应用情况或实现方案的需要进行选择。

多载波信号滤波单元52用于根据滤波器选择单元54实时调整的带通滤波器系数，对接收的多载波信号进行滤波，保证接收的多载波信号的频谱满足通信系统要求。多载波滤波信号单元52应采用适用于多载波信号频谱要求的带通滤波器，即可满足多载波信号中各单载波信号脉冲成型滤波链路要求的带通滤波器。在实际应用中，多载波信号预测单元501和多载波信号滤波单元52可相同也可不同。出于节省系统资源的考虑，多载波信号预测单元501可采用较少阶数的滤波器，而多载波信号滤波单元52为了保证接收的多载波信号的频谱满足通信系统要求，可使用较多阶数的滤波器；在不考虑系统资源的情况下，也可使多载波信号预测单元501与多载波信号滤波单元52使用相同阶数的滤波器。

子载波功率检测单元53用于检测多载波信号中各子载波信号功率是否下降以及下降的功率等级。由于多载波信号输入情况下，各子载波信号功率波动的方向和幅度可能不同，甚至可能会出现一段时间内某个或多个子载波信号停用的情况，即出现输入为0的情况，导致各子载波功率的不平衡，从而使功率下降的子载波信号的码域性能恶化，因此需要子载波功率检测单元53对子载波信号功率的下降情况进行检测。

滤波器选择单元54用于根据子载波功率检测单元53提供的一段时间内的子载波信号功率信息，确定是否需要更新带通滤波器系数，如果需要更新，则选择合适的带通滤波器系数，并分别发送至各级多载波信号预测单元501和多载波信号滤波单元52中，更新多载波信号预测单元501中的预测滤波器系数和多载波信号滤波单元52中的滤波器系数。

在以上nCP-CF多载波信号削波装置中的多载波信号预测单元501和多载波信号滤波单元52也可采用复滤波器；或先将多载波信号进行频移，然后再对经过频移的多载波信号进行削波处理。

在对应于上述nCP-CF多载波信号削波装置的方法中，首先由限幅削波单元500根据预先设定的削波门限，对接收的信号进行削波，然后将经过削波的多载波信号发送至多载波信号预测单元501，并且发送至下一级多载波削波预测单元50或削波单元51。多载波信号预测单元501根据滤波器选择单元54实时调整的带通滤波器系数，对接收的由限幅削波单元500发送的经过削波的多载波信号进行滤波预测，生成多载波预测信号，然后将多载波预测信号发送至下一级多载波削波预测单元50或削波单元51。

如果与nCP-CF多载波信号削波方法相对应的nCP-CF多载波信号削波装置中仅包括一个多载波削波预测单元50，则限幅削波单元500将经过削波的多载波信号发送至削波单元51，多载波信号预测单元501对接收的多载波信号进行滤波预测后，生成的多载波预测信号同样发送至削波单元51；如果该nCP-CF多载波信号削波装置中包括一个以上的多载波削波预测单元50，则限幅削波单元500将削波后的多载波信号发送至下一级多载波削波预测单元50中的限幅削波单元500，多载波信号预测单元501对接收的多载波信号进行滤波预测后，生成的多载波预测信号同样发送至下一级多载波削波预测单元50中的限幅削波单元500，直至多载波信号经过n级多载波削波预测单元50，最后第n级多载波削波预测单元50将经过n级削波预测的多载波削波预测信号发送至削波单元51。

削波单元51根据预先设定的削波门限，对接收的经过n级削波预测的多载波削波预测信号进行削波，并且将经过削波的信号发送至多载波信号滤波单元52。多载波信号滤波单元52根据滤波器选择单元54实时调整的带通滤波器系数，对接收的经过n+1级削波和n级预测的信号进行滤波，保证该信号的频谱满足通信系统要求。

在以上过程中，滤波器选择单元54根据子载波功率检测单元53提供的一段时间内的子载波信号功率信息，实时调整带通带通滤波器系数，并将实时调整的带通滤波器系数分别发送至各级多载波信号预测单元501和多载波信号滤波单元52中，更新多载波信号预测单元501中的预测滤波器系数和多载波信号滤波单元52中的滤波器系数。

图6为本发明中nCP-CF多载波信号削波装置位置示意图，如图6所示，nCP-CF多载波信号削波装置，即nCP-CF多载波模块602位于合路单元601之后。实际上，nCP-CF多载波模块602也可位于合路单元601之前，此时需增加合路预测单元与nCP-CF多载波模块602协同工作，首先合路预测单元对合路后的信号进行预测，然后nCP-CF多载波模块602对合路预测信号进行n+1级削波和n级预测。

本发明提供的以上技术方案是对完整的信号进行反复削波预测，即信号的硬限幅削波。本发明提出的多级预测技术同样可应用于比较普遍的反向噪声叠加削波的方案中，即基于信号峰值的隔离削波技术，将信号幅值以上的部分作为噪声，通过对噪声进行反复预测调整，然后将经过反复预测调整的噪声反向作用于初始输入信号，最后同样可得到削波后的信号。

图7为本发明中nCP-CF反向噪声叠加信号削波装置的基本结构，如图7所示，nCP-CF反向噪声叠加信号削波装置由一个噪声发生单元71、n个噪声预测调整单元70、一个噪声滤波单元72、一个噪声反向叠加单元73和一个信号延迟单元74组成。其中，噪声发生单元71用于根据预先设定的门限，对接收的信号进行峰值提取，生成对应于提取的峰值部分的削波噪声；噪声预测调整单元70用于对接收的噪声进行预测调整，如果n＝1，则将经过预测调整的削波噪声发送至滤波单元72，如果n＞1，则将经过预测调整的削波噪声发送至下一级噪声预测调整单元70，下一级噪声预测调整单元70继续对接收的削波噪声进行预测调整，该削波噪声为上一级噪声预测调整单元70输出的经过预测调整的削波噪声，直至第n级噪声预测调整单元70对接收的削波噪声进行预测调整，将经过n级预测调整的削波噪声发送至噪声滤波单元72；噪声滤波单元72用于对接收的噪声进行滤波，保证接收的噪声的频谱满足通信系统要求；噪声反向叠加单元73用于将削波噪声信号反向作用于原始输入信号上，从而实现对原始输入信号峰值的限制，达到降低信号峰均比的目的。信号延迟单元74用于对原始输入信号进行时间延迟，以使在噪声反向叠加单元73中处理的原始输入信号与削波噪声的相位能够对准。噪声预测调整单元70由噪声预测单元701和噪声调整单元702组成。其中噪声预测单元701用于对接收的噪声进行滤波预测，然后将经过预测的噪声发送至噪声调整单元702；噪声调整单元702用于根据预先设定的门限和经过预测的噪声，对噪声进行调整。每一级噪声预测调整单元70中预先设定的门限可不相同，即生成多门限的削波噪声；噪声预测调整单元70中预先设定的门限与噪声发生单元71中预先设定的门限可相同也可不同，根据具体应用情况或实现方案的需要进行选择。上述方案既可应用于单载波通信系统，也可应用于多载波通信系统。

图8为本发明中nCP-CF反向噪声叠加信号削波装置的具体结构，如图8所示，nCP-CF反向噪声叠加信号削波装置由一个噪声发生单元81、一个以上的噪声预测调整单元80、一个噪声滤波单元82、一个噪声反向叠加单元83和一个信号延迟单元84组成。下面分别对各部分进行详细介绍。

噪声发生单元81：用于对接收的信号进行峰值提取，生成对应于提取的峰值部分的削波噪声，包括两个平方器811、812，两个削波噪声乘法器813、814和一个噪声比例发生器815。其中，平方器811和平方器812分别用于计算接收信号的I路和Q路的瞬时功率；噪声比例发生器815用于根据预先设定的削波门限，及平方器811和平方器812输出信号的I路和Q路的瞬时功率之和，计算削波噪声比例；削波噪声乘法器813和削波噪声乘法器814用于根据噪声比例发生器815提供的削波噪声比例，得到原始削波噪声，即将接收的信号与噪声比例发生器815提供的削波噪声比例相乘。

设输入的I/Q复信号为i_in+j×q_in，其中，i_in为I路信号，q_in为Q路信号，那么平方器811计算出的I路信号瞬时功率P_i_in＝i_in²，平方器812计算出的Q路信号瞬时功率P_q_in＝q_in²。

设噪声比例发生器815中预先设定的削波门限为Gate，平方器811和平方器812将计算出的瞬时功率发送至噪声比例发生器815，则噪声比例发生器815接收的功率P_in＝P_i_in+P_q_in，噪声比例发生器815根据P_in和Gate，计算削波噪声比例ratio，如果P_in＞Gate，则

否则，noise_ratio＝0。可根据所需的信号削波效果，预先设定削波门限的值。每一级噪声比例发生器815中预先设定的削波门限可相同也可不同，根据具体应用情况或实现方案的需要进行选择。

削波噪声乘法器813、814根据噪声比例发生器815提供的削波噪声比例，计算接收信号的削波噪声，即计算I路削波噪声信号，noise_i＝i_in×noise_ratio，计算单载波Q路削波噪声信号，noise_q＝q_in×ratio。

噪声预测调整单元80：用于对接收的削波噪声进行预测和调整，包括一个对削波噪声进行滤波预测的噪声预测单元801和一个根据预测噪声进行噪声幅度调整的噪声调整单元800。

噪声预测单元801用于对削波噪声进行滤波预测，即噪声预测单元801接收的削波噪声为noise_i和noise_q，则进行滤波预测后输出noise_i_pred和noise_q_pred。噪声预测单元801应用于单载波通信系统时，为低通滤波单元；应用于多载波通信系统时，为带通滤波单元。

噪声调整单元800包括一个噪声幅度调整因子发生器8001、一个噪声延迟单元8002和一个噪声幅度调整单元8003。其中，噪声幅度调整因子发生器8001用于根据接收的削波噪声和经过预测的削波噪声，计算出噪声幅度调整因子，设噪声幅度调整因子发生器8001接收的削波噪声为noise_i和noise_q，则噪声幅度调整因子mag_adj_i＝noise_i/noise_i_pred和mag_adj_q＝noise_q/noise_q_pred；噪声延迟单元8002用于对接收的削波噪声进行时间延迟，以保证削波噪声在进行幅度调整时，能够与噪声幅度调整因子发生器8001输出的相位对准；噪声幅度调整单元8003用于调整噪声幅度，生成经过幅度调整的噪声noise_i_adjusted＝noise_i×mag_adj_i和noise_q_adjusted＝noise_q×mag_adj_q。

如果该nCP-CF信号削波装置中仅包括一个噪声预测调整单元80，则noise_i_adjusted和noise_qa_usted作为噪声滤波单元82接收的削波噪声；如果该nCP-CF信号削波装置中包括一个以上的噪声预测调整单元80，则noise_i_adjusted和noise_q_adjusted作为下一级噪声预测调整单元80中的噪声预测单元801和噪声延迟单元8002接收的削波噪声，直至经过第n级噪声预测调整单元80对接收的削波噪声进行预测调整后，第n级噪声预测调整单元80将经过n级预测调整的削波噪声发送至噪声滤波单元82。

噪声滤波单元82用于对接收的削波噪声进行滤波，保证接收的削波噪声的频谱满足通信系统要求，生成满足频谱要求的削波噪声noise_i_adjusted_filted和noise_q_adjusted_filted。

在实际应用中，噪声预测单元801和噪声滤波单元82可相同也可不同。出于节省系统资源的考虑，噪声预测单元801可采用较少阶数的滤波器，而噪声滤波单元82为了保证接收的削波噪声的频谱满足通信系统要求，可使用较多阶数的滤波器；在不考虑系统资源的情况下，也可使噪声预测单元801与噪声滤波单元82使用相同阶数的滤波器。

噪声反向叠加单元83用于将经过一级以上预测调整的削波噪声信号反向作用于相位对准的原始输入信号上，即生成经过削波的信号i_clipped＝i_in-noise_i_adjusted_filted和q_clipped＝q_in-noise_q_adjusted_filted，从而实现对原始输入信号峰值的限制，达到有效降低信号峰均比的目的。

信号延迟单元84用于对原始输入信号进行延迟，以使在噪声反向叠加单元83中处理的原始输入信号与削波噪声的相位能够对准。

在对应于上述nCP-CF信号削波装置的方法中，首先由噪声发生单元81接收原始I/Q路复信号，生成削波噪声noise_i和noise_q；然后将削波噪声noise_i和noise_q分别发送至噪声预测单元801、噪声幅度调整因子发生器8001和噪声延迟单元8002；噪声预测单元801将生成的noise_i pred和noise_q_pred发送至噪声幅度调整因子发生器8001；噪声幅度调整因子发生器8001根据接收的noise_i、noise_q和noise_i_pred、noise_q_pred，生成噪声幅度调整因子mag_adj_i＝noise_i/noise_i_pred和mag_adj_q＝noise_q/noise_q_pred，然后将mag_adj_i和mag_adj_q发送至噪声幅度调整单元8003。噪声延迟单元8002将接收的noise_i和noise_q进行时间延迟后，发送至噪声幅度调整单元8003，保证噪声幅度调整单元8003中接收的noise_i、noise_q与相对应的mag_adj_i、mag_adj_q的相位对准。噪声幅度调整单元8003根据接收的noise_i、noise_q与mag_adj_i、mag_adj_q，对削波噪声进行幅度调整，生成noise_i_adjusted和noise_q_adjusted。

如果与nCP-CF反向噪声叠加信号削波方法相对应的nCP-CF反向噪声叠加信号削波装置中仅包括一个噪声预测调整单元80，则噪声幅度调整单元8003将noise_i_adjusted和noise_q_adjusted发送至噪声滤波单元82；如果该nCP-CF反向噪声叠加信号削波装置中包括一个以上的噪声预测调整单元80，则噪声幅度调整单元8003将noise_i_adjusted和noise_q_adjusted发送至下一级噪声预测调整单元80中的噪声预测单元801、噪声幅度调整因子发生器8001和噪声延迟单元8002，继续对削波噪声进行预测调整，直至削波噪声经过n级预测调整，最后第n级噪声预测调整单元80将经过n级预测调整的削波噪声发送至噪声滤波单元82。

噪声滤波单元82对削波噪声进行滤波，生成满足频谱要求的削波噪声，然后将最后生成的削波噪声发送至噪声反向叠加单元83。噪声反向叠加单元83将削波噪声反向作用于经过时间延迟的原始输入信号，生成经过削波的信号，最终实现对原始输入信号峰值的限制，达到有效降低信号峰均比的目的。

本发明中应用的级联削波预测(nCP)技术与现有技术中的级联削波滤波(nCF)技术具有明显不同之处，nCF技术是对输入信号进行多次削波滤波，而nCP技术实际上只对输入信号进行多次削波操作，预测只是用来生成每一级的削波比例(ratio)，只有在最后才对经多次削波后的输入信号进行一次限制频谱扩散的滤波。因此，nCP技术可大大降低nCF技术中对每次削波后的信号进行滤波引起的所有输入信号的改变，进而导致的信号码域性能的恶化。具体原因如下：每次削波只改变超过门限的样点，而滤波是对所有样点进行一定长度的加权计算，从而会将削波后的样点的变化扩散到其他未超过门限的样点，导致每次的CF都会对信号码域性能有较大损伤，使得nCF技术不能在实际应用中有效运用。

图9A至图9G为本发明中应用nCP-CF技术信号的变化示意图，如图9所示，图9A为原始输入信号，图9B为经过第一次削波的信号，图9C为对经过一次削波的信号进行预测后的输出信号，图9D为经过n次削波的信号，图9E为对经过n次削波信号进行预测后的输出信号，图9F为经过n+1次削波的信号，图9G为最后滤波得到的信号，虽然预测后的信号与原始信号的差别较大，但是对原始信号进行的多次削波只对超过门限的被削点有影响。在nCP-CF技术中只有唯一的一次滤波过程是针对削波后的输入信号进行的，多次的CP过程对信号码域性能的改变不显著，而对抑制信号的峰均比十分有效。

图10为本发明中信号峰均比与信号码域误差随n的变化示意图，如图10所示，信号峰均比指标越小越好，信号码域误差指标越负越好，随递归次数n的增加，信号码域误差指标的恶化比率要小于峰均比指标的改善比率。由此可见，在以同等信号码域误差性能为前提的条件下，nCP-CF技术的削波优势显而易见，nCP-CF技术能够大大降低信号的峰均比。将CPCF技术中的削波预测(CP)部分重复进行多次，从而通过削波预测对输入信号峰值的影响反复预测，可以有效降低输入信号峰值。

本发明可根据具体的通信系统和实现资源情况进行剪裁和修改，可为节省系统资源，采用CP-CF技术获得良好的信号削波效果；也可在nCP-CF过程中的n+1次信号削波，采用不同的削波门限。经过剪裁的nCP-CF技术更能够符合具体应用和实际方案的需要，并且能够获得很高的性能。

总之，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。

Claims (13)

1、一种信号削波装置，包括一个用于对输入信号进行一次滤波处理和削波处理的滤波削波处理单元，其特征在于该装置进一步包括：预测削波处理单元，用于对输入信号进行大于一次的预测处理和削波处理，并将前一次预测处理和削波处理的输出信号作为后一次预测处理和削波处理的输入信号、将经过最后一次预测处理和削波处理的输出信号发送至所述滤波削波处理单元。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述预测削波处理单元的输入信号为完整载波信号，所述预测削波处理单元进一步包括：

削波单元，用于根据预先设定的削波门限对输入信号进行削波，并将经过削波的信号发送至信号预测单元，

信号预测单元，用于对输入信号进行滤波预测；

所述滤波削波处理单元进一步包括：

削波单元，用于根据预先设定的削波门限对经过削波预测的输入信号进行削波处理，并将经过削波的信号发送至滤波单元，

滤波单元，用于对输入信号进行滤波，得到输出信号。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述预测削波处理单元中的削波单元进一步包括：

平方器，用于计算输入信号的瞬时功率，并将计算出的输入信号瞬时功率发送至削波比例发生器；

削波比例发生器，用于根据预先设定的削波门限和输入的瞬时功率，计算削波比例，并将计算出的削波比例发送至削波乘法器；

削波乘法器，用于将输入的削波比例与输入信号相乘，生成经过削波处理的信号。

4、根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述完整载波信号为单载波信号时，所述预测削波处理单元中的信号预测单元为单载波信号预测单元，所述滤波削波处理单元中的滤波单元为单载波滤波单元。

5、根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述完整载波信号为多载波信号时，所述预测削波处理单元中的信号预测单元为多载波信号预测单元，所述滤波削波处理单元中的滤波单元为多载波滤波单元，该装置进一步包括：

子载波功率检测单元，用于检测多载波信号中各子载波信号功率是否下降以及下降的功率等级，并将子载波信号功率检测信息发送至滤波器选择单元；

滤波器选择单元，用于根据输入的子载波信号功率检测信息，对所述预测削波处理单元中的多载波信号预测单元及所述滤波削波处理单元中的多载波滤波单元的滤波器系数进行配置。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述预测削波处理单元的输入信号为削波噪声信号，所述预测削波处理单元进一步包括：

噪声预测单元，用于对输入的削波噪声信号进行预测，并将经过预测的削波噪声信号发送至噪声调整单元，

噪声调整单元，用于根据经过预测的削波噪声信号，对输入的削波噪声信号进行调整；

所述滤波削波处理单元进一步包括：

噪声滤波单元，用于对输入的经过预测调整的削波噪声信号进行滤波，

信号延迟单元，用于对原始输入完整信号进行时间延迟，

噪声反向叠加单元，用于将输入的经过预测调整的削波噪声信号反向作用于经过时间延迟的原始输入完整信号。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于该装置进一步包括：噪声发生单元，用于对接收的原始输入完整信号进行峰值提取，生成对应于提取的峰值部分的削波噪声信号。

8、根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述预测削波处理单元中的噪声调整单元进一步包括：

噪声幅度调整因子发生器，用于根据输入的削波噪声信号和经过预测的削波噪声信号，计算噪声幅度调整因子，并将计算出的噪声幅度调整因子发送至噪声幅度调整单元；

噪声延迟单元，用于对输入的削波噪声进行时间延迟；

噪声幅度调整单元，用于根据输入的噪声幅度调整因子，对经过时间延迟的输入的削波噪声信号进行幅度调整。

9、一种基于权利要求1所述的信号削波装置进行的信号削波方法，其特征在于该方法包含以下步骤：

A、对输入信号进行大于一次的预测处理和削波处理；

B、对所述进行大于一次的预测处理和削波处理后得到的信号进行一次削波处理和一次滤波处理，得到输出信号。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述输入信号为完整载波信号时，所述步骤A中一次预测处理和削波处理的过程进一步包含以下步骤：

A11、计算削波比例；

A12、将步骤A11中计算出的削波比例与输入信号相乘，计算出削波信号；

A13、对步骤A12中得到的削波信号进行滤波预测。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述输入信号为完整多载波信号时，所述步骤A进一步包括：实时检测多载波信号中各子载波信号功率是否下降以及下降的功率等级的信息，根据检测信息配置滤波器系数，并在步骤A13中使用所述滤波器系数对削波信号进行滤波。

12、根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述输入信号为削波噪声信号，

所述步骤A中一次预测处理和削波处理的过程进一步包括：对输入的削波噪声信号进行预测，然后根据预测的削波噪声信号对输入的噪声信号进行幅度调整；

所述步骤B进一步包括：对所述进行大于一次的预测处理和幅度调整处理后得到的削波噪声信号进行一次滤波处理，并将得到的输出信号反向作用于经过时间延迟的原始输入信号，得到输出信号。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述步骤A中的幅度调整进一步包含：根据输入的削波噪声信号和经过预测的削波噪声信号，计算出噪声幅度调整因子；根据上一步骤得到的噪声幅度调整因子，对经过时间延迟的输入的削波噪声信号进行幅度调整。

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