CN101146080A

CN101146080A - 一种多载波快速削峰装置及方法

Info

Publication number: CN101146080A
Application number: CNA2007101240341A
Authority: CN
Inventors: 周国勇; 刘晓伟
Original assignee: Shenzhen Guoren Communication Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Powercom Co., Ltd.
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2008-03-19

Abstract

一种多载波快速削峰装置，包括峰值检测单元、脉冲产生单元、延迟单元和加法器，其中峰值检测单元用于检测初始信号的峰值；脉冲产生单元根据算得的幅度和相位，对基本脉冲进行幅度调整和相位旋转，同时产生新的脉冲信号；脉冲产生单元产生的新脉冲信号叠加到延后信号上，对峰值进行抵消。所述脉冲产生单元分为前、后脉冲产生单元；算法为CORDIC算法。本发明还提供了一种多载波快速削峰方法。在本发明中，峰值检测单元对初始信号实时求幅度、相位，判别峰值，用于抵消脉冲的脉冲产生单元分成前、后两部分，提高实时性和处理速度；CORDIC算法只有加、减和移位运算，计算量少，速度快，节省资源，容易实现。

Description

一种多载波快速削峰装置及方法

【技术领域】

本发明涉及多载波通信系统的信号处理领域，尤其是涉及一种用于降低多载波通信系统信号的峰均比的多载波快速削峰装置及方法。

【背景技术】

随着通信技术的迅速发展，无论是对WCDMA、CDMA2000还是TD-SCDMA等通信系统，系统容量的需求都迅猛增加。目前频率资源增加仍然是最根本的扩容手段。在这种情况下，想要提高系统的集成度，降低成本，多载波技术成为必然选择。但是，多载波合路后的信号峰均比比单载波明显提高，要求功率放大器具有更大的线性区域，从而导致功率放大器的效率降低，进而造成功率放大器成本的提高。针对存在的这个问题，在物理器件性能无法提高的情况下，多载波信号削峰作为一种有效的解决方法被各商家、厂家广为采纳并积极研究。

如华为技术有限公司在中国申请的申请号为03109876.2名为《一种多载波信号削波装置及方法》的发明中披露了一种多载波信号削峰方法，该方法通过一个噪声产生单元对接收的多载波合路信号进行峰值提取，产生对应于提取的峰值部分的宽带削波噪声；然后通过宽带噪声处理单元，用于对接收的宽带削波噪声进行频谱成型，并使成型后的频谱的阻带具有设定的抑制度；峰值抵消单元，用于将经过峰值提取和频谱成型的宽带噪声信号结合于经过延迟的多载波合路信号，形成多载波削波信号；子载波功率检测单元，用于检测各个子载波功率的下降情况；以及削波滤波器选择单元，用于根据子载波功率检测单元提供的检测信息对宽带噪声处理单元进行配置。但是该方法存在两大缺点：首先该方法需要一个速度很高的噪声产生单元，必然产生同步问题，计算量大；其次是宽带噪声处理单元，并且采用复滤波器，需要资源多，运算时间上，延迟过大的问题，如果载波不连续，必然需要更多的复滤波系数。

其它如采用基带削峰、基带预处理削峰的方法，由于它们削峰均在数字混频之前，而数字混频的相位不可控制，对多个峰值信号不能达到最佳，因此削峰效果不好，而且这些方法和上述华为技术有限公司所披露的专利一样有个共同缺陷就是计算量非常大且实时性较差。

【发明内容】

鉴于现有技术中存在的一些问题，尤其是在计算量、计算速度等方面存在的问题，本发明的目的是提供一种计算量小、速度快、节省资源的多载波快速削峰装置及方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种多载波快速削峰装置，包括峰值检测单元、脉冲产生单元、延迟单元和加法器，其中

峰值检测单元用于检测初始信号的峰值，在峰值检测单元中采用算法求初始信号的幅度和相位，把超过预定门限的峰值信号分配到脉冲产生单元；

脉冲产生单元根据峰值检测单元算得的幅度和相位，对基本脉冲进行幅度调整和采用算法进行相位旋转，同时产生新的脉冲信号；

脉冲产生单元产生的新脉冲信号通过加法器叠加到经过延迟单元延迟后的延后信号上，对峰值进行抵消。

进一步地，本方案所述的脉冲产生单元分为前脉冲产生单元和后脉冲产生单元，根据峰值检测单元算得的幅度和相位，对基本脉冲进行幅度调整和采用算法进行相位旋转，产生前脉冲信号和后脉冲信号，分别叠加到初始信号和延后信号上，对峰值进行抵消。

进一步地，本方案中在峰值检测单元中与脉冲产生单元中所采用的算法为CORDIC算法。

在本方案中，峰值检测单元对初始信号实时求幅度、相位，判别峰值，脉冲产生单元把脉冲信号旋转到峰值的相位，叠加到信号中，减少信号的峰值；同时把用于抵消脉冲的脉冲产生单元分成前、后两部分，提高实时性和处理速度；其中在求幅度、相位和旋转时采用CORDIC算法，CORDIC算法只有加、减和移位运算，计算量少，速度快，节省资源，容易实现。

进一步地，作为一种优选方案，所述多载波快速削峰装置还包括更新单元，该更新单元用于更新脉冲信号，调整基本脉冲的频谱功率大小，使之与载波之间的功率成正比，解决多载波之间功率不平衡的问题。

并且，本方案中所述更新单元的更新速度比初始信号的速度慢一个数量级。

本方案中的更新单元是一个可选单元，更新单元的更新速度与基带信号的速度是同一个数量级，比初始信号的速度慢一个数量级，这样节约很多硬件资源；其功能是调整基本脉冲的频谱功率大小，使之与载波之间的功率成正比，结果是各个载波的矢量误差(EVM)一样。

本发明还提供了一种多载波快速削峰方法的方案，此方法包括以下步骤：

a、首先峰值检测单元对初始信号采用CORDIC算法旋转求幅度和相位，然后进行判别是否超过预定的门限，如果超过预定门限并且为局部最大值，则锁存该初始信号的幅度和相位；

b、步骤a中锁存的幅度和相位触发传至脉冲产生单元，脉冲产生单元根据a步骤中求得的幅度和相位，对基本脉冲采用CORDIC算法进行幅度调整和相位旋转，产生新的脉冲信号；

c、步骤b中的所产生的新脉冲信号与步骤a中经过延迟单元的延后信号叠加，对峰值进行抵消，完成第一级削峰。

作为一种优选方案，所述步骤b中产生的新脉冲信号分为前脉冲信号和后脉冲信号两部分，所述前、后脉冲信号分别与初始信号和延后信号叠加，对峰值进行抵消，完成第一级削峰。

进一步地，在所述步骤b中还包括：脉冲信号更新步骤，此步骤为对基本脉冲进行更新，调整基本脉冲的频谱功率大小，使之与载波之间的功率成正比，解决多载波之间功率不平衡的问题。

进一步地，在所述步骤a中，会出现若干超过预定门限的局部最大值，峰值检测单元可以锁存此若干峰值信息，同时脉冲产生单元或前、后脉冲产生单元产生对应个数的脉冲信号或前、后脉冲信号与之配适完成峰值抵消；其中，若同时出现的初始信号大于硬件处理个数，则不再处理更多新的峰值信息，留待下一级削峰处理。

同时，由于在完成所述第一级削峰后会出现新的峰值，或者还有没处理的峰值，藉此级联所述各装置，进行多级削峰处理，以达到更好的削峰效果。

【附图说明】

图1是本发明快速多载波削峰装置的基本结构图；

图2是本发明快速多载波削峰装置中前、后脉冲处理单元的原理结构图；

图3是本发明快速多载波削峰装置中峰值检测单元的原理结构图；

图4是本发明快速多载波削峰装置级联的结构示意图；

图5为CORDIC算法求模叠代2次示意图；

图6是本发明快速多载波削峰装置中的前脉叠加示意图；

图7是本发明快速多载波削峰装置中的后脉叠加示意图。

【具体实施方式】

本发明的目的是提供一种计算量小、速度快、节省资源的多载波快速削峰装置及方法。

以下首先结合装置的具体实施例以及附图详述本发明。

如图1所示，一种多载波快速削峰装置，它主要包括以下几个部分：峰值检测单元、前脉冲产生单元、后脉冲产生单元、延迟单元和链路上的两个加法器。

图1结合图3，峰值检测单元对信号X2采用CORDIC算法旋转求幅度(假设为幅度A)，其中，信号X2是信号X1与前脉冲单元产生的信号PA的叠加；然后根据算得的结果进行判别是否超过预定的门限(假设为Lv)，如果超过Lv并且为局部最大值，就锁存该峰值信息即幅度(A-Lv)和相位Φ。

图1结合图2，锁存的幅度和相位触发传至前、后脉冲产生单元，根据该幅度(A-Lv)和相位Φ，前、后脉冲产生单元对基本脉冲进行幅度调整和相位旋转，产生前脉冲信号PA和后脉冲信号Pb，并分别通过各自链路上的加法器叠加到信号X1和经过延迟单元延迟的延后信号X3上，对峰值进行抵消。

进一步地，作为优选实施例，在本发明提供的削峰装置中，峰值检测单元对初始信号(信号X2)实时求幅度、相位，判别峰值，前、后脉冲产生单元把脉冲信号旋转到峰值的相位，叠加到信号中，减少信号的峰值；同时把用于抵消脉冲的脉冲产生单元分成前、后两部分，提高实时性和处理速度；其中在求幅度、相位和旋转时采用CORDIC算法，CORDIC算法只有加、减和移位运算，计算量少，速度快，节省资源，容易实现。

进一步地，作为优选实施例，在本发明提供的削峰装置中，还提供了一个可选的更新单元，该更新单元用于更新脉冲信号，调整前、后脉冲产生单元中基本脉冲的频谱功率大小，解决多载波之间功率不平衡的问题。其中，更新单元的更新速度与基带信号的速度是同一个数量级，比初始信号的速度慢一个数量级，这样节约很多硬件资源；使用更新单元的直接效果就是各个载波的矢量误差(EVM)达到了一样，防止功率小的载波的矢量误差(EVM)超出范围。

需要解释的是，在本发明提供的削峰装置中，只用到一个脉冲产生信号单元，而不分前、后两部分，同样也能够完成削峰的预期目的，只不过削峰效果以及实时性、速度等方面都较差，因此，本实施例中采用较优的前、后脉冲信号产生单元；由于采用了前、后脉冲产生单元，则对应的初始信号就较只有脉冲产生单元之时有了区别，定义相对于削峰检测单元的初始信号为信号X2，相对于前脉冲产生单元的初始信号为X1。

同时由于前、后脉冲信号产生单元产生的用于抵消峰值的脉冲信号具有一定长度，在一个脉冲没有结束时又可能出现多个超出门限的局部最大值，因此，峰值检测单元可以锁存多个峰值信息，同时脉冲产生单元或前、后脉冲产生单元产生对应个数的脉冲信号或前、后脉冲信号与之配适完成峰值抵消。如果脉冲产生结束，就清除该峰值信息，以便锁存新的峰值信息，在此过程中，如果同时存在的脉冲大于一个数量(硬件能处理的个数)，则不再处理更多新的峰值信息，留待下一级削峰处理。

由于在完成所述第一级削峰后会出现新的峰值(图6、图7所示，第一级削峰后仍然残留有未完全消除的新峰值)，或者还有没处理的峰值，藉此级联本发明提供的削峰装置，再根据需要设置不同的门限，进行多级削峰处理(如图4所示，N级削峰处理，N＝1，2，3......在实际操作中，一般采用2-4级)，以达到更好的削峰效果。

再结合装置具体实施例以及附图详述本发明所提供的削峰方法之具体实施例。

本发明提供的一种多载波快速削峰方法，此方法包括以下步骤：

a、首先利用峰值检测单元对信号X2采用CORDIC算法旋转求幅度和相位，然后根据算得的结果进行判别是否超过预定的门限(假设为Lv)，如果超过Lv并且为局部最大值，就锁存该峰值信息即幅度(A-Lv)和相位Φ；

b、步骤a中锁存的幅度和相位触发传至前、后脉冲产生单元，根据该幅度(A-Lv)和相位Φ，前、后脉冲产生单元对基本脉冲进行幅度调整和相位旋转，产生前脉冲信号PA和后脉冲信号Pb；

c、更新单元对前、后脉冲产生单元中的基本脉冲进行更新，调整基本脉冲的频谱功率大小，使之与载波之间的功率成正比，以解决多载波之间功率不平衡的问题；

d、步骤b中的所产生的前脉冲信号PA和后脉冲信号Pb，分别通过各自链路上的加法器叠加到信号X1和经过延迟单元延迟的延后信号X3上，对峰值进行抵消，完成第一级削峰。

在本方法中，所提到的基本脉冲的最大值大小一定，且相位是0，即虚部为0。要求是能量最小，且集中在信号带宽内，因此该基本脉冲是带宽一定的脉冲信号。

同样，由于步骤b中前、后脉冲信号产生单元产生的用于抵消峰值的脉冲信号具有一定长度，在一个脉冲没有结束时又可能出现多个超出门限的局部最大值，因此，峰值检测单元可以锁存多个峰值信息，同时前、后脉冲产生单元产生对应个数前、后脉冲信号与之配适完成峰值抵消。如果脉冲产生结束，就清除该峰值信息，以便锁存新的峰值信息，在此过程中，如果同时存在的脉冲大于一个数量(硬件能处理的个数)，则不再处理更多新的峰值信息，留待下一级削峰处理。

同样，在完成所述第一级削峰后会出现新的峰值，或者还有没处理的峰值，藉此级联本发明提供的削峰装置，再根据需要设置不同的门限，进行多级削峰处理(如图4所示，N级削峰处理，N＝1，2，3......)，以达到更好的削峰效果。

在本发明提供的装置以及方法中，本发明巧妙的将用于抵消脉冲的脉冲产生单元分成两部分，提高实时处理能力，采用CORDIC算法，减少计算量，提高处理速度；合理的将削峰装置分成高速部分：检测单元中、采用前脉冲产生单元和后脉冲处理单元，低速部分：更新单元，这样充分利用资源。

下面简介本发明装置以及方法中利用CORDIC算法求幅度和相位：

如图3是峰值检测单元的基本结构图，采用CORDIC求幅度A和相位Φ，A＝kua*|X2|，其中kua为固定比例系数，不必进行调整，只需调整削峰门限。不妨令峰值信号为X_pk，对应的幅度为A_pk。图5是进行两次叠代的示意图，一般叠代6次就可以满足精度要求。

相位信息有三个方面：

a、xi0与xq0的初始大小，xi0>＝xq0为0， xi0<xq0为1；

b、xi0与xq0的符号，1为负，0为正。

c、每次叠代的旋转方向，比如顺时针为1，逆时针为0；

图5叠代两次的相位信息为：[0 0 0 1 0]。

图2是前后脉冲产生单元，采用CORDIC进行旋转，达到很少的计算和高速度，旋转与求幅度和相位类似，这里就不详细介绍了。由于对相位做上述三方面的细分，一般角度旋转3次就可以满足精度要求。下面说明一下，CORDIC算法带来的系数问题：

旋转后的抵消脉冲：P2＝(A_pk-Lv)*kub*P1∠Φ

＝(kua*|X_pk|-Lv)*kub*P1∠Φ

＝(|X_pk|-Lv/kua)*(kua*kub*P1)∠Φ

令Lv＇＝Lv/kua P1＇＝kua*kub*P1，则

P2＝(|X_pk|-Lv＇)*P1＇∠Φ，只要对门限Lv和基本脉冲P1进行修正，就可以消除CORDIC算法带来的增益变化，没有计算的增加。其中在本发明中，如图2所示，前脉冲产生单元的幅度、相位均以A以及后缀A标示，前脉冲产生单元的幅度、相位均以B以及后缀B标示。

以上所述的仅是本发明方法与装置的较佳实施方式，其描述较为具体和详细，并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，在本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出若干改动或修饰为等同变化的等效实施例，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种多载波快速削峰装置，包括峰值检测单元、脉冲产生单元、延迟单元和加法器，其中

脉冲产生单元产生的新脉冲信号通过加法器叠加到经过延迟单元的延后信号上，对峰值进行抵消。

2.根据权利要求1所述的一种多载波快速削峰装置，其特征在于，所述的脉冲产生单元分为前脉冲产生单元和后脉冲产生单元，根据峰值检测单元算得的幅度和相位，对基本脉冲进行幅度调整和采用算法进行相位旋转，产生前脉冲信号和后脉冲信号，分别叠加到初始信号和延后信号上，对峰值进行抵消。

3.根据权利要求1或2所述的一种多载波快速削峰装置，其特征在于，在峰值检测单元中与脉冲产生单元中所采用的算法为CORDIC算法。

4.根据权利要求3所述的一种多载波快速削峰装置，其特征在于，所述多载波快速削峰装置还包括更新单元，该更新单元用于更新基本脉冲，调整基本脉冲的频谱功率大小，使之与载波之间的功率成正比，解决多载波之间功率不平衡的问题。

5.根据权利要求4所述的一种多载波快速削峰装置，其特征在于，所述更新单元的更新速度比初始信号的速度慢一个数量级。

6.一种多载波快速削峰方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

b、步骤a中锁存的幅度和相位触发传至脉冲产生单元，脉冲产生单元根据a步骤中求得的幅度和相位，对基本脉冲进行幅度调整和采用CORDIC算法进行相位旋转，产生新的脉冲信号；

7.根据权利要求6所述的一种多载波快速削峰方法，其特征在于，所述步骤b中产生的新脉冲信号分为前脉冲信号和后脉冲信号两部分，所述前、后脉冲信号分别与初始信号和延后信号叠加，对峰值进行抵消，完成第一级削峰。

8.根据权利要求6或7所述的一种多载波快速削峰方法，其特征在于，在所述步骤b中进一步包括：脉冲信号更新步骤，此步骤为对基本脉冲进行更新，调整基本脉冲的频谱功率大小，使之与载波之间的功率成正比，解决多载波之间功率不平衡的问题。

9.根据权利要求8所述的一种多载波快速削峰方法，其特征在于，在所述步骤a中，会出现若干超过预定门限的局部最大值，峰值检测单元可以锁存此若干峰值信息，同时脉冲产生单元或前、后脉冲产生单元产生对应个数的脉冲信号或前、后脉冲信号与之配适完成峰值抵消；其中，若同时出现的初始信号大于硬件处理个数，则不再处理更多新的峰值信息，留待下一级削峰处理。

10.根据权利要求9所述的一种多载波快速削峰方法，其特征在于，在完成所述第一级削峰后会出现新的峰值，或者还有没处理的峰值，藉此级联所述各装置进行多级削峰处理。