CN101060344A - 时分同步码分多址系统中的中频消峰方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TD－SCDMA系统中的中频消峰方法和系统，其中方法包括：步骤a，接收经过数字上变频后的信号，并判断时隙内信号峰值是否超过预设的第一门限值；步骤b，在时隙内信号峰值超过预设的第一门限值时，根据基带信号选择峰值同向码片；步骤c，根据选择的峰值同向码片生成消峰信号；步骤d，将数字上变频后的信号与消峰信号相减，输出消峰后的信号；所述峰值同向码片为对信号峰值出现提供正贡献的码片。本发明在有效地降低信号峰值的同时，对ACLR几乎没有影响，同时由于对峰值同向码片的数量选择较为合适，也不会造成EVM和BER的恶化，同时还具有实现简单、效率高的优点。

Description

时分同步码分多址系统中的中频消峰方法和系统

技术领域

本发明涉及TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code DivisionMultiple Access，时分同步码分多址)移动通信系统，特别是一种TD-SCDMA中的降低峰均比技术。

背景技术

TD-SCDMA中频实现对N频点小区有如下约定：将基带1.28Mcps(每秒兆片)信号进行60倍过采样到76.8Mcps，再调制为主载频96MHz左右，辅载频率为主载频±1.6MHz，RF共用一套发射机。

TD-SCDMA系统N频点小区约定中，一个小区中的多个载波在数字中频进行频谱搬移后合并，RF(Radio Frequency，射频)是共用一套发射机的，这样在天线发射端就会出现由于峰峰迭加产生较强的信号峰均比，峰值功率太大，使得RF发射进行到非线性区，从而引起发射机的ACLR(AdjacentChannel Leakage power Ratio，邻信道泄露功率比)和EVM(Error VectorMagnitude，误差矢量幅度)的恶化，降低系统性能。

现有的降低峰均比的方法主要有：

块编码法，将数据分块进行编码，使不出现峰值或降低峰值概率；

削波法，对幅度大的载波进行消减或压缩；

选择序列法，选择或变换扩频序列，避开峰值；

幅度相位变化法，将构成峰值的信号幅度和相位进行旋转；和

时域数字内插法，在中频信号时域内寻找峰值，并将其直接消除。

然而，在TD-SCDMA标准多载波系统中，时隙有其特殊性，块编码法实现起来非常复杂，很难实用；削波法是对幅度较大的载波或所有载波进行削减或者压缩来降低峰均比，对于系统性能的影响较大，且对ACLR改善较小；选择序列法实现起来复杂，而且扩频序列不应该轻易改变；幅度相位变化法虽然不产生非线性失真，但如果要使得每一次旋转后峰均比最优，必须进行大量的计算并且需要传递边带信息，延时较大且处理复杂，传送边带信息还容易产生误码扩散；普通的时域数字内插法虽然能够较准确的找到峰值并进行消除，但效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效率、实现简单的TD-SCDMA系统中的中频消峰方法和系统，在尽量不影响ACLR，尽量不恶化EVM和BER的情况下，针对TD-SCDMA的时隙结构，symbol和chip特点，降低信号的峰值。

为了实现上述目的，本发明提供了一种TD-SCDMA系统中的中频消峰方法，包括：

步骤a，接收经过数字上变频后的信号，并判断时隙内信号峰值是否超过预设的第一门限值；

步骤b，在时隙内信号峰值超过预设的第一门限值时，根据基带信号选择峰值同向码片；

步骤c，根据选择的峰值同向码片生成消峰信号；

步骤d，将数字上变频后的信号与消峰信号相减，输出消峰后的信号；

所述峰值同向码片为对信号峰值出现提供正贡献的码片。

上述的方法，其中，所述峰值同向码片选择模块具体用于从当前码片、相邻码片和相间码片中选择峰值同向码片。

上述的方法，其中，步骤b中，设定当前码片的区间范围为-30～+30，对于单载波系统，当前码片为峰值同向码片，对于多载波系统，当前码片在频移后与峰值同向则为峰值同向码片；

信号峰值点在[-30，-3]之间，第一相邻码片与峰值同向时为峰值同向码片，第二相邻码片与峰值反向时为峰值同向码片；

信号峰值点在[+4，30]之间，第一相邻码片与峰值反向时为峰值同向码片，第二相邻码片与峰值同向时为峰值同向码片；

信号峰值点在[-30，-8]之间，第一相间码片与峰值反向时为峰值同向码片，第二相间码片与峰值同向时为峰值同向码片；

信号峰值点在[+8，30]之间，第一相间码片与峰值同向时为峰值同向码片，第二相间码片与峰值反向时为峰值同向码片。

上述的方法，其中，对于单载波系统，待测码片基带数据的实部与当前码片基带数据的实部之积为第一数值，待测码片基带数据的虚部与当前码片基带数据的虚部之积为第二数值，第一数值与第二数值的和值大于0时，待测码片与信号峰值同向；第一数值与第二数值的和值小于0时，待测码片与信号峰值反向。

上述的方法，其中，对于多载波系统，待测码片基带数据与对应频移旋转因子之积的实部与峰值位置的中频数据的实部的乘积为第一数值，待测码片基带数据与对应频移旋转因子之积的虚部与峰值位置的中频数据的虚部的乘积为第二数值，第一数值与第二数值的和值大于0时，待测码片与信号峰值同向；第一数值与第二数值的和值小于0时，待测码片与信号峰值反向。

为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种TD-SCDMA系统中的中频消峰系统，包括：

峰值检测模块，用于接收经过数字上变频后的信号，并判断时隙内信号峰值是否超过预设的第一门限值；

峰值同向码片选择模块，在时隙内信号峰值超过预设的第一门限值时，用于根据基带信号选择峰值同向码片；

消峰信号生成模块，用于根据选择的峰值同向码片生成消峰信号；

消峰模块，用于将数字上变频后的信号与消峰信号相减，输出消峰后的信号；

所述峰值同向码片为对信号峰值出现提供正贡献的码片。

本发明的TD-SCDMA系统中的中频消峰方法和系统，通过选取对信号峰值出现提供正贡献的峰值同向码片来进行消峰处理，在有效地降低信号峰值的同时，对ACLR几乎没有影响，同时由于对峰值同向码片的数量选择较为合适，也不会造成EVM和BER的恶化，同时还具有实现简单、效率高的优点。

附图说明

图1为TD-SCDMA多载波多用户基带数据生成及数字上变频(DUC)的示意图；

图2为单个码片经过变频内插和成形滤波后的信号图形示意图；

图3为本发明的TD-SCDMA系统中的中频消峰系统的结构示意图。

具体实施方式

图1为TD-SCDMA多载波多用户基带数据生成及数字上变频(DUC，Digital Up Converter，)的示意图。

如图1所示，TD-SCDMA基带数据在SF＝16倍扩频后每个符号(symbol)将占用16个码片(chip)，QPSK(Quaternary Phase Shift Keying，四相移相键控)调制后产生I、Q两路信号并进行旋转，中频部分实际上是对I、Q两路信号分别进行DUC变换。

考虑单个时隙情况，波束合并后为864chip的码片级基带信号，假设DUC的单位冲击响应长度为length，则60倍DUC后signal长度为864*60+length-1。

图2为单个码片经过内插和成形滤波后的信号图形，在此将信号划为区间，每个区间对应一码片，对应区间的码片对该区间影响最大，但该码片对旁边几个码片对应的区间(第一相邻码片对应区间、第二相邻码片对应区间、第一相间码片对应区间和第二相间码片对应区间)影响较小。

从图2可以看出，如果某区间内信号出现峰值，贡献最大的是峰值区间对应的码片，在此，为方便描述，将峰值区间对应的码片称为当前码片，为便于判断条件的描述，设定当前码片的区间范围为-30～+30，同时，相邻码片(第一相邻码片、第二相邻码片)也可能有较大贡献，相间码片(第一相间码片、第二相间码片)则可能贡献较小，距离更远的码片贡献则可忽略不计。

峰值同向码片是指经过DUC后，对产生的峰值有正的贡献，或者说在峰值方向有正的投影的基带码片，对于峰值同向码片的判断根据载波数不同有不同的同向判断式，这个将在后面进行详细描述。

本发明的TD-SCDMA系统中的中频消峰系统和方法只采用对信号峰值出现提供正贡献的码片进行处理，而对无贡献或负贡献的码片不加处理，这样不仅有效的消除了峰值，也尽量减少了对性能的影响。

同时，由于在中频消峰处理中如果引入过多的码片进行消峰处理将会对EVM和BER(Bit Error Ratio，误码率)产生较大的影响，因此，本发明的中频消峰系统和方法仅选取5个码片来进行中频消峰的处理，即当前码片、第一相邻码片、第二相邻码片、第一相间码片和第二相间码片。

当然，在精度要求、设备复杂度允许的情况，也可以选取更多或更少的码片来进行处理。

对于峰值同向码片的选择，包括单载波和多载波两种情况，下面分别进行说明，对于多载波的情况，以三载波为例进行说明。

如图1所示，对于单载波，当前码片一定入选，而相邻码片和相间码片根据判断条件入选。

对于三载波，当前码片如果在频移后与峰值同向则入选，而相邻码片和相间码片根据判断条件入选。

相邻码片的入选判断条件如下：

在当前码片的区间范围为-30～+30的情况下，包括以下情况：

峰值点在[-30，-3.4)之间，第一相邻码片与峰值同向时入选，第二相邻码片与峰值反向时入选；

峰值点在[-3.4，+3.4]之间，第一相邻码片与第二相邻码片均不入选，此区间称为盲区；

峰值点在(+3.4，30]之间，第一相邻码片与峰值反向时入选，第二相邻码片与峰值同向时入选。

但由于峰值点只会出现在整数位置，因此，上述的情况也可描述为：

峰值点在[-30，-4]之间，第一相邻码片与峰值同向时入选，第二相邻码片与峰值反向时入选；

峰值点在[-3，+3]之间，第一相邻码片与第二相邻码片均不入选，此区间称为盲区；

峰值点在[4，30]之间，第一相邻码片与峰值反向时入选，第二相邻码片与峰值同向时入选。

相间码片入选判断条件如下：

在当前码片的区间范围为-30～+30的情况下，包括以下情况：

峰值点在[-30，-8]之间，第一相间码片与峰值反向时入选，第二相间码片与区间峰值同向时入选；

峰值点在[-7，+7]之间，第一相间码片与第二相间码片均不入选，此区间称为盲区；

峰值点在[+8，30]之间，第一相间码片与峰值同向时入选，第二相间码片与峰值反向时入选。

根据载波的不同，对于峰值同向码片可根据不同的判断式来判断是否为峰值同向码片。

对于单载波系统，同向判断条件如下：

real(send_burst(dchip))*real(send_burst(nchip))

+imag(send_burst(dchip))*imag(send_burst(nchip))＞0

其中，send_burst(dchip)表示dchip的基带数据，send_burst(nchip)表示当前码片的基带数据，dchip表示当前进行判断的码片。

对于三载波系统，因为每个载波频移不一样，所以峰值区间对应的码片未必有正贡献，而旁边的码片相位也发生变化，在此引入频移旋转因子，代表码片经过频移后旋转了多少相位，同向概念也扩展为频移后的码片相位与峰值相位的一致性，同向判断条件如下：

real(send_burst(dchip)*rotate_factor)*real(send_signal(pos))

+real(send_burst(dchip)*rotate_factor)*real(send_signal(pos))＞0

其中，send_burst(dchip)表示dchip的基带数据，send_signal表示中频数据，pos为峰值位置，rotate_factor为频移旋转因子。

rotate_factor＝exp(2πj*(pos+(dchip-nchip)*60)*deviation)/rate)

其中，devation为中心频率的偏移量，rate为传输速率，nchip为当前码片。

本发明的TD-SCDMA系统中的中频消峰系统如图3所示，包括：

峰值检测模块31，用于接收经过DUC后的信号，并判断时隙内信号峰值是否超过预设的第一门限值；

峰值同向码片选择模块32，在时隙内信号峰值超过预设的第一门限值时，用于根据基带突发(burst)信号从当前码片、相邻码片和相间码片中选择峰值同向码片；

消峰信号生成模块33，用于根据选择的峰值同向码片生成最终的消峰信号；

消峰模块34，用于将数字上变频后的信号与消峰信号相减，并输出消峰后的信号。

本发明的TD-SCDMA系统中的中频消峰方法对于单载波而言，包括以下步骤：

步骤41，峰值检测模块接收经过DUC后的信号；

步骤42，峰值检测模块判断时隙内信号峰值是否超过预设的第一门限值，如果是进入步骤43，否则返回步骤42检测下一信号；

步骤43，峰值同向码片选择模块根据基带突发(burst)信号从当前码片、相邻码片和相间码片中选择峰值同向码片；

步骤44，消峰信号生成模块根据选择的峰值同向码片生成消峰信号；

步骤45，消峰模块接收经过DUC后的信号，并利用消峰信号消减峰值同向码片，并输出所有码片后返回步骤41。

其中，步骤42具体包括：

步骤421，计算时隙内信号均值average：

$\mathrm{average}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{signal}\left(n\right)\right|}^2$

步骤422，根据时隙内信号均值average和目标PAR计算预设的第一门限值thershold：

                   threshold＝average*10^PAR/10

步骤423，根据时隙内每个码片对应的峰值区间信号detect_signal计算信号峰值detect_peak：detect_signal＝send_signal((nchip-1)*60+length/2-30+1～nchip*60+length/2-30)

                   detect_peak＝MAX(|detect_signal|²)

步骤424，判断信号峰值detect_peak是否超过threshould，如果是进入步骤43，否则选择下一码片后返回步骤421。

步骤44具体包括如下步骤：

步骤441，对峰值同向码片序列进行内插处理，然后再经过成形滤波器进行滤波后，获得插值信号interp_signal；

峰值同向码片是码片级的基带信号，首先进行同上变频一样采用60倍的内插处理，然后再进行成形滤波从而得到插值信号interp_signal。这里的成形滤波是为了使消峰信号与待消峰处理的原信号具有一致的频谱特性，以便在消峰处理后不至于影响原信号的频谱特性，此成形滤波器可以是具有根升余弦特性的冲击响应序列，序列的长度可根据可根据硬件实际能力和波形来截取。

步骤442，根据插值信号interp_signal、消峰比例cut_ratio和预留峰值系数获取该峰值同向码片的消峰信号cut_signal；

$\mathrm{cut}\_\mathrm{ratio}=\sqrt{\frac{\det \mathrm{ect}\_\mathrm{peak}-\mathrm{threshold}}{\det \mathrm{ec}\_\mathrm{peak}}}$

         cut_signal＝interp_signal*cut_ratio*1.05

步骤442中的预留峰值系数为1.05。由于选取的同向码片只是对峰值影响较大的码片，还有些影响较小的码片未考虑。为了保证确实的将峰值消除，必须加大消除幅度，经仿真证实预留峰值系数设置为1.05能在最小EVM恶化条件下，达到峰值消除目的。

本发明的TD-SCDMA系统中的中频消峰方法对于多载波而言，包括以下步骤：

步骤51，峰值检测模块接收经过数字上变频后的信号；

步骤52，峰值检测模块判断时隙内信号峰值是否超过预设的第一门限值，如果是进入步骤53，否则返回步骤52检测下一信号；

步骤53，同向码片选择模块根据基带burst信号从当前码片、相邻码片和相间码片中选择对应载波的峰值同向码片；

步骤54，消峰信号生成模块分别根据各个载波的峰值同向码片生成对应载波的消峰信号，并对所有消峰信号进行频移合并处理；

步骤55，消峰模块接收经过DUC后的信号，并利用频移合并处理后的消峰信号消减峰值同向码片，并输出所有码片后返回步骤41。

其中步骤51、52与步骤41、42完全相同，在此不再赘述。

其中，步骤54具体包括如下步骤：

步骤541，将对应载波的峰值同向码片序列进行内插处理，然后再经过成形滤波器进行滤波后，获取对应载波的插值信号interp_signal(i)；

步骤542，根据对应载波的插值信号interp_signal、消峰比例cut_ratio和预留峰值系数获取对应载波的峰值同向码片的消峰信号cut_signal(i)；

$\mathrm{cut}\_\mathrm{ratio}=\sqrt{\frac{\det \mathrm{ect}\_\mathrm{peak}-\mathrm{threshold}}{\det \mathrm{ec}\_\mathrm{peak}}}$

         cut_signal(i)＝interp_singnal(i)*cut_ratio*1.05

其中，步骤542中的预留峰值系数为1.05，i＝1、2、3。

步骤543，对对应载波的峰值同向码片的消峰信号cut_signal(i)进行移频合并处理获取最终的消峰信号cut_signal。

       cut_signal＝cut_signal1*rotate_factor1

       +cut_signal2*rotate_factor2+cut_signal3*rotate_factor3

对于双载波或超过三载波以上的系统，处理方式与三载波基本相同，其区别仅在于处理载波数目的不同而已。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种TD-SCDMA系统中的中频消峰方法，其特征在于，包括：

步骤a，接收经过数字上变频后的信号，并判断时隙内信号峰值是否超过预设的第一门限值；

步骤b，在时隙内信号峰值超过预设的第一门限值时，根据基带突发信号选择峰值同向码片；

步骤c，根据选择的峰值同向码片生成消峰信号；

步骤d，将数字上变频后的信号与消峰信号相减，输出消峰后的信号；

所述峰值同向码片为对信号峰值出现提供正贡献的码片。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述峰值同向码片选择模块具体用于从当前码片、相邻码片和相间码片中选择峰值同向码片。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤b中，设定当前码片的区间范围为-30～+30，对于单载波系统，当前码片为峰值同向码片，对于多载波系统，当前码片在频移后与峰值同向则为峰值同向码片；

信号峰值点在[-30，-3]之间，第一相邻码片与峰值同向时为峰值同向码片，第二相邻码片与峰值反向时为峰值同向码片；

信号峰值点在[+4，30]之间，第一相邻码片与峰值反向时为峰值同向码片，第二相邻码片与峰值同向时为峰值同向码片；

信号峰值点在[-30，-8]之间，第一相间码片与峰值反向时为峰值同向码片，第二相间码片与峰值同向时为峰值同向码片；

信号峰值点在[+8，30]之间，第一相间码片与峰值同向时为峰值同向码片，第二相间码片与峰值反向时为峰值同向码片。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于单载波系统，待测码片基带数据的实部与当前码片基带数据的实部之积为第一数值，待测码片基带数据的虚部与当前码片基带数据的虚部之积为第二数值，第一数值与第二数值的和值大于0时，待测码片与信号峰值同向；第一数值与第二数值的和值小于0时，待测码片与信号峰值反向。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于单载波系统，步骤c具体是，对峰值同向码片序列进行内插处理，然后再经过成形滤波器进行滤波获得插值信号，并将插值信号、消峰比例和预留峰值系数三者的乘积作为进行消峰处理的消峰信号。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于多载波系统，待测码片基带数据与对应频移旋转因子之积的实部与峰值位置的中频数据的实部的乘积为第一数值，待测码片基带数据与对应频移旋转因子之积的虚部与峰值位置的中频数据的虚部的乘积为第二数值，第一数值与第二数值的和值大于0时，待测码片与信号峰值同向；第一数值与第二数值的和值小于0时，待测码片与信号峰值反向。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于多载波系统，步骤c具体包括：

步骤c1，分别获取各载波的消峰信号；

步骤c2，将各载波的消峰信号进行频移合并处理后获取进行消峰处理的消峰信号。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤a中的预设门限值threshold＝average*10^PAR/10，其中，average为时隙内信号均值，PAR为预设的信号峰均比参数。

9.一种TD-SCDMA系统中的中频消峰系统，其特征在于，包括：

峰值检测模块，用于接收经过数字上变频后的信号，并判断时隙内信号峰值是否超过预设的第一门限值；

峰值同向码片选择模块，在时隙内信号峰值超过预设的第一门限值时，用于根据基带突发信号选择峰值同向码片；

消峰信号生成模块，用于根据选择的峰值同向码片生成消峰信号；

消峰模块，用于将数字上变频后的信号与消峰信号相减，并输出消峰后的信号；

所述峰值同向码片为对信号峰值出现提供正贡献的码片。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述峰值同向码片选择模块具体用于从当前码片、相邻码片和相间码片中选择峰值同向码片。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述峰值同向码片选择模块具体用于根据以下条件选择峰值同向码片：

设定当前码片的区间范围为-30～+30，对于单载波系统，当前码片为峰值同向码片，对于多载波系统，当前码片在频移后与峰值同向则为峰值同向码片；

信号峰值点在[-30，-3]之间，第一相邻码片与峰值同向时为峰值同向码片，第二相邻码片与峰值反向时为峰值同向码片；

信号峰值点在[+4，+30]之间，第一相邻码片与峰值反向时为峰值同向码片，第二相邻码片与峰值同向时为峰值同向码片；

信号峰值点在[-30，-8]之间，第一相间码片与峰值反向时为峰值同向码片，第二相间码片与峰值同向时为峰值同向码片；

信号峰值点在[+8，+30]之间，第一相间码片与峰值同向时为峰值同向码片，第二相间码片与峰值反向时为峰值同向码片。

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