CN101350646A - 一种用于智能天线系统降低峰值功率的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于智能天线系统降低峰值功率的装置与方法，其中的装置包括脉冲成形模块和数字上变频模块、多天线多载波联合削峰模块，K组转换模块和功率放大器；方法为：对不同载波的不同天线通道的基带数据分别进行脉冲成形和数字上变频处理；将经过数字上变频后不同载波不同天线通道的信号进行多天线多载波联合削峰处理；将经过多天线多载波联合削峰处理后的按天线通道输出信号进行D/A转换，并送入信号功率放大器放大后送入天线发射。采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，能够有效减小削峰对智能天线波束赋形的影响，且具有实现简单、对削峰效果影响小的优点。

Description

一种用于智能天线系统降低峰值功率的装置与方法

技术领域

本发明涉及无线通信中的智能天线领域，尤其涉及采用多根天线进行波束赋形的智能天线系统的中频信号削峰处理。

背景技术

3G无线通信系统大多数采用了码分多址(CDMA)方式，同时为了提高数据传输速率而多采用4相相移调制(QPSK)及积分调幅调制(QAM)等高阶调制方式。然而由于CDMA信号以及QPSK及QAM等高阶调制方式的非恒包络特点，导致经过调制后的CDMA信号具有较高的峰均比(PAR)，而且当发送多个载波的合成信号时，峰均比就会更高。高峰均比信号经过DA数模变换后送入射频功率放大器，而为了保证高峰均比的信号不失真并避免带外功率泄漏，射频功率放大器就必须增加回退余量，使得最大功率会远远大于平均功率，导致功率放大器经常工作在较低效率的区间，造成射频单元的浪费；若不增加回退余量，就会导致功率放大器工作在非线性区域，输出信号会产生饱和失真，会引起输出信号的线性度变差。如果在进入功率放大器前对输入信号的峰均比进行必要的降低，则可以降低对射频功率放大器动态范围的要求而无需采用昂贵的大动态范围功率放大器，大大降低功率放大器单元的成本。

另外若无线通信系统采用了智能天线技术，则对各个天线通道的信号进行相互独立的削峰处理就会带来改变用户赋形的波束形状及指向的不良影响。因为智能天线之所以能够产生指向特定用户的波束是依赖于各个天线之间用户信号的相位差，而对各个天线通道的信号进行相互独立的削峰会导致各个天线之间用户信号的相位差关系发生改变，导致波束赋形的效果降低，增加了小区内的干扰。以往的各种降低信号峰值功率的方法和装置都是用于单天线系统的，而没有考虑到智能天线这种多天线系统中各天线信号相位的依赖关系以及削峰对波束赋形的影响。

现有的各种降低信号峰均比的技术主要有硬削峰、峰值窗函数、信号叠加、编码方式、相位调整等，其中以信号叠加这种方法应用最为广泛。但这种方法改变了多用户多载波合成信号的幅度和相位，而这种改变可以映射为每个载波每个用户的信号幅度和相位发生了改变。而且在智能天线系统中由于各个天线通道的多用户多载波合成信号又不相同，所以独立削峰时对于每个载波每个用户的信号幅度和相位的影响也不相同。这样经过各个天线通道独立削峰后，各个用户信号在各个天线上的相位差关系就会发生不同程度的改变，从而可能影响到部分或全部用户的波束形状和指向。而且随着相位差改变的天线数目越多、改变量越大这种影响会越大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有的降低信号峰值功率技术中对于智能天线波束赋形影响较大的缺点，将智能天线以及削峰处理联合进行考虑，有效减小削峰对智能天线波束赋形的影响。

为实现本发明要解决的技术问题，本发明提供的一种用于智能天线系统降低峰值功率的装置，在用K根天线发射N载波信号时，包括K*N组脉冲成形模块和数字上变频模块，一个多天线多载波联合削峰模块，K组D/A转换模块和功率放大器；其中，

每组脉冲成形模块和数字上变频模块对接收到的一个载波一个天线通道的I路及Q路基带信号进行根升余弦成形滤波，完成脉冲成形，并进行数字上变频后，送给多天线多载波联合削峰模块；

多天线多载波联合削峰模块，对经过数字上变频后的各个天线各个载波信号进行联合削峰处理，并输出经过削峰后的数字中频信号；

每组D/A转换模块和功率放大器将从多天线多载波联合削峰模块输出的一个天线通道的数字中频离散信号转换为连续的模拟信号，并进行功率放大后输送给发射天线。

上述装置中的多天线多载波联合削峰模块包括：K*N个延时模块；K个峰值检测模块；2N个相位调整器；一个判决及控制模块；K个削峰模块；2K个加法器；

同一个载波中每一个天线通道的信号分成两路，其中

一路经过一个延时模块进行延时处理后，同一个载波的各个天线通道的信号共同进入一个相位调整器进行相位调整；相位调整器按天线通道输出信号，各载波的相同天线通道信号通过一个相加器相加后，再经过一个削峰模块进行削峰处理，最后通过天线发射；

另一路共同经过另一个相位调整器进行相位调整后，相位调整器按天线通道输出信号，各载波的相同天线通道信号通过另一个相加器相加，然后经过一个峰值检测模块对其信号瞬时功率是否超过预定的门限进行检测，检测结果送到判决及控制模块，判决与控制模块根据峰值检测的结果调整当前各个相位调整器的相位调整值。

本发明提供的一种用于智能天线系统降低峰值功率的方法，包括以下步骤：

第一步、对不同载波的不同天线通道的基带数据分别进行脉冲成形和数字上变频处理；

第二步、将经过数字上变频后不同载波不同天线通道的信号进行多天线多载波联合削峰处理；

第三步、将经过多天线多载波联合削峰处理后的按天线通道输出信号进行D/A转换，并送入信号功率放大器放大后送入天线发射。

上述方法中：

所述第一步进一步包括：

对不同载波的不同天线通道的基带数据进行脉冲成形；

将经过脉冲成形后的信号按照由各个载波频率间隔关系而设定的调频频率进行数字上变频。

所述第二步进一步包括：将经过数字上变频后不同载波不同天线通道的信号分成两路，其中：

一路进行相位调整；将经过相位调整后的信号按照天线通道进行叠加；按照不同的天线通道分别进行峰值功率检测，当检测到某个通道的当前瞬时功率超过某一门限时，相应通道的检测模块送出指示信号；判决及控制模块根据各个通道的功率超限指示情况来决定各个载波的相位调整量，并向各个载波相位调整器分别送出的相位调整控制信号；

另一路经过一定的时延后进行相位调整处理，相位调整角度由判决及控制模块决定；经过延时并相位调整后的信号按照天线通道进行叠加，即将不同载波的相同天线通道的信号进行叠加，然后送入削峰模块；将分别经过多载波削峰的各天线通道信号输出。

所述第三步进一步包括：

将经过多天线多载波联合削峰处理后的信号进行D/A转换处理，将其转换成适合于功率放大器的模拟信号；

利用功率放大器将各个天线的射频信号进行功率放大。

采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，能够有效减小削峰对智能天线波束赋形的影响，且具有实现简单、对削峰效果影响小的优点。

附图说明

图1是本发明中装置的系统结构框图；

图2是各载波信号经过上变频的频谱图；

图3是多天线多载波联合削峰模块内部结构示意图；

图4是同相与异相矢量叠加结果对比图；

图5是判决及控制模块工作流程图。

具体实施方式

本发明的要点是：根据预先估计各载波信号合成后各个天线通道的瞬时峰值情况，对各个载波的信号分别进行相位旋转，且同一载波的不同天线通道的相位旋转角度相同，以降低其合成信号的峰值功率，并保证用户信号在不同天线通道之间的相位差不变，然后再将经过相位旋转后的各载波信号合并，再对这个已经初步降低了峰值功率的合成信号按天线通道分别进行进一步的削峰处理。

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

如图1所示，本例以6载波的TD-SCDMA系统为例，即载波数N＝6，采用有8根天线的智能天线进行波束赋形，即天线通道数K＝8；

首先在脉冲成形模块101中对不同载波的不同天线通道的基带数据分别进行脉冲成形，本例中采用根升余弦函数进行脉冲成形；

在数字上变频模块102中将经过脉冲成形后的信号按照由各个载波频率间隔关系而设定的调频频率进行数字上变频，此过程的频谱示意图如图2所示；

将经过数字上变频后不同载波不同天线通道的信号送入多天线多载波联合削峰模块103中进行处理；

将经过多天线多载波联合削峰模块103处理后的信号送入D/A转换器104进行D/A转换；

将D/A转换器104输出的模拟信号送入功率放大器105进行功率放大；

最后将信号通过天线106发射出去。

上述多天线多载波联合削峰模块103的内部结构和对信号的处理过程如图3所示：

经过数字上变频后不同载波不同天线通道的信号按照不同载波在相位调整器301中进行相位调整，将属于相同载波的不同天线通道信号旋转相同的相位，但不同载波之间的相位调整可以相同也可不同；

在加法器302中将经过相位调整后的信号按照天线通道进行叠加，即将不同载波的相同天线通道的信号进行叠加。将同相信号相位调整后再叠加能够降低合成信号功率的原理图如图4所示；

在峰值检测模块303中按照不同的天线通道分别进行瞬时功率检测，当检测到某个通道的当前瞬时功率超过某一门限P_{Threshold_1}时，相应通道的检测模块送出指示信号。这里不同天线通道的峰值功率检测模块可采用相同的门限值，也可不相同；

判决及控制模块304根据各个通道的功率超限指示情况来决定各个载波的相位调整量，并分别向各个载波相位调整器301及各个载波相位调整器305发送相位调整控制信号，其中各个载波相位调整器301及各个载波相位调整器305中相同载波采用相同的相移角度。例如相位调整器301与相位调整器305的第1载波的相移角度均为θ₁，即 ${\mathrm{\β}}_1=e^{i{\mathrm{\θ}}_1}.$

经过数字上变频后不同载波不同天线通道的信号在延时模块306中经过一定的时延(时延可以为一个中频采样周期)后按照不同载波在相位调整器305中进行相位调整处理，相位调整角度由判决及控制模块304决定。

将经过延时及相位调整后的信号在加法器307中按照天线通道进行叠加，即将不同载波的相同天线通道的信号进行叠加，然后送入削峰模块308；

在削峰模块308中可以采用各种多载波削峰方法，例如采用峰值窗函数法，其中的功率门限P_{Threshold_2}可以与峰值检测模块303中的门限P_{Threshold_1}相同，也可不同。

将经过削峰模块308处理后的各天线通道信号作为多天线多载波联合削峰模块103的输出。

判决及控制模块304内的处理过程如图5所示：

501：初始化判决及控制模块304，包括获取门限P_{Threshold_1}及K_Threshold，获取多组相位设置以备切换，并将各个载波相位调整器301及305的相移角度设为初始值(A组相位调整角)，本例中将各载波相移角度均设为0度，即A组相移系数为β₁＝L＝β_N＝1

502：判决及控制模块304根据峰值功率检测模块303的检测结果判断当前的N(本例中N＝6)路天线通道中有m路的瞬时功率超过门限。

503：判断m是否大于门限值K_Threshold(要求1≤K_Threshold≤N，本例中K_Threshold＝4)。若m＜K_Threshold，则不改变相移角度。

504：若m≥K_Threshold，则控制相位调整器301及305采用另一组不同的相移角(如B组)取代当前的相移角(如A组)。

Claims (6)

1、一种用于智能天线系统降低峰值功率的装置，其特征在于，用K根天线发射N载波信号时，包括K*N组脉冲成形模块和数字上变频模块，一个多天线多载波联合削峰模块，K组D/A转换模块和功率放大器；其中，

每组脉冲成形模块和数字上变频模块对接收到的一个载波一个天线通道的I路及Q路基带信号进行根升余弦成形滤波，完成脉冲成形，并进行数字上变频后，送给多天线多载波联合削峰模块；

多天线多载波联合削峰模块，对经过数字上变频后的各个天线各个载波信号进行联合削峰处理，并输出经过削峰后的数字中频信号；

每组D/A转换模块和功率放大器将从多天线多载波联合削峰模块输出的一个天线通道的数字中频离散信号转换为连续的模拟信号，并进行功率放大后输送给发射天线。

2、权利要求1所述的用于智能天线系统降低峰值功率的装置，其特征在于，所述多天线多载波联合削峰模块包括：K*N个延时模块；K个峰值检测模块；2N个相位调整器；一个判决及控制模块；K个削峰模块；2K个加法器；

同一个载波中每一个天线通道的信号分成两路，其中

一路经过一个延时模块进行延时处理后，同一个载波的各个天线通道的信号共同进入一个相位调整器进行相位调整；相位调整器按天线通道输出信号，各载波的相同天线通道信号通过一个相加器相加后，再经过一个削峰模块进行削峰处理，最后通过天线发射；

另一路共同经过另一个相位调整器进行相位调整后，相位调整器按天线通道输出信号，各载波的相同天线通道信号通过另一个相加器相加，然后经过一个峰值检测模块对其信号瞬时功率是否超过预定的门限进行检测，检测结果送到判决及控制模块，判决与控制模块根据峰值检测的结果调整当前各个相位调整器的相位调整值。

3、一种用于智能天线系统降低峰值功率的方法，包括以下步骤：

第一步、对不同载波的不同天线通道的基带数据分别进行脉冲成形和数字上变频处理；

第二步、将经过数字上变频后不同载波不同天线通道的信号进行多天线多载波联合削峰处理；

第三步、将经过多天线多载波联合削峰处理后的按天线通道输出信号进行D/A转换，并送入功率放大器放大后送入天线发射。

4、权利要求3所述的用于智能天线系统降低峰值功率的方法，其特征在于，所述第一步进一步包括：

对不同载波的不同天线通道的基带数据进行脉冲成形；

将经过脉冲成形后的信号按照由各个载波频率间隔关系而设定的调频频率进行数字上变频。

5、权利要求3所述的用于智能天线系统降低峰值功率的方法，其特征在于，所述第二步进一步包括：将经过数字上变频后不同载波不同天线通道的信号分成两路，

一路进行相位调整；将经过相位调整后的信号按照天线通道进行叠加；按照不同的天线通道分别进行峰值功率检测，当检测到某个通道的当前瞬时功率超过某一门限时，相应通道的检测模块送出指示信号；判决及控制模块根据各个通道的功率超限指示情况来决定各个载波的相位调整量，并向各个载波相位调整器分别送出的相位调整控制信号；

另一路经过一定的时延后进行相位调整处理，相位调整角度由判决及控制模块决定；经过延时并相位调整后的信号按照天线通道进行叠加，即将不同载波的相同天线通道的信号进行叠加，然后送入削峰模块；将分别经过多载波削峰的各天线通道信号输出。

6、权利要求3所述的用于智能天线系统降低峰值功率的方法，其特征在于，所述第三步进一步包括：

将经过多天线多载波联合削峰处理后的信号进行D/A转换处理，将其转换成适合于功率放大器的模拟信号；

利用功率放大器将各个天线的射频信号进行功率放大。

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