CN101442336B - 一种降低峰均比的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种降低峰均比的方法，该方法包括：利用互补序列特性进行相位预编码；在用户数据完成扩频和训练序列码插入后，采用预编码的相位因子对其进行相位旋转。本发明还提供一种降低峰均比的装置。采用本发明的方法和装置，利用互补序列进行相位预编码，解决了多载波TD-SCDMA系统峰均比过高的问题，同时可以满足现有系统的改动要求，大大节省了基带存储相位因子的空间，同时避免了不必要的相关运算。

Description

一种降低峰均比的方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种降低峰均比的方法及装置。

背景技术

对于TD-SCDMA系统，降低移动通信系统中的峰均比，使用多载波技术，可以使基站设备能够支持更多的用户量或提供更大的覆盖范围，提高系统容量，从而使基站数目和站址大幅度减少，使系统运营商减少投资。

根据现有TD-SCDMA多载波方案，对于同一小区支持的多个载波有如下约定：主载波和辅载波使用相同的扰码和基本MIDAMBLE(训练序列)码，对于多载波小区，射频端共用一套发射机。各个载波的基本MIDAMBLE码位置是完全对齐的，同时每个载波的基本MIDAMBLE码都为相同的二进制序列向量。由于TD-SCDMA是同步系统，在发射端基本MIDAMBLE码部分就会出现由于峰峰叠加而产生较强的较大的峰值功率，使整个时隙信号峰均比太大。具体的，多载波的中频信号描述如下：

$\underset{\‾}{s_{\mathrm{IF}}}\left(\mathrm{kT}\right)=(\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N_K}{\mathrm{\Σ}}}{d}_n^{\left(c\right)}f(t-n{T}_c)\·\exp \left(j{\mathrm{\ω}}_c\mathrm{kT}\right))$

其中：c＝1，...C表示的是载波数目；n＝1，...NK表示的是基带用户数目；d表示的是基带数据，包括扩频数据和MIDAMBLE码；f(t)可以认为是滤波器的处理。如果基带数据是MIDAMBLE码，由于不同载波仅仅相差一个频率偏差，

此频率偏差带来的相位偏差远远小于180度，即， $\frac{2\mathrm{\&pi;\&Delta;f}}{f_s}<<\mathrm{\&pi;},$ 其中Δf是不同载波间的最大频差，一般小于15MHZ；f_s是不同中频的速率，一般取值是76.8MHZ；因此，由于不同载波间相位偏差小，导致MIDAMBLE码部分的数据叠加后峰值功率就会显著增加。

为了降低信号峰均比，在现有技术中有一种降低峰均比的方法：在物理层进行多载波多用户的自适应相位旋转来降低MIDAMBLE码部分的功率。多个载波内的多用户数据依次排开，组成一个N*K的子序列集合，进入峰值优化相位选择装置进行相位的选择，每一个用户对应一个相位因子。由于在基带以用户为最小单位进行相位旋转，这样子序列的个数就会大大增加，子序列个数的增加意味着PAR(Peak to Average Ratio，峰均比)的降低将更加有效。但是，该现有技术提出的物理层自适应滤波虽然每一次都可以使得峰均比降低，但是运算量大，占用的存储空间大，阻碍了实现在现有芯片上的实用性。

为此，现有技术还有一种提出在基带根据用户数目或者载波数的不同找到合适的相位旋转因子组，每一组相位旋转因子组都与载波数以及用户数对应的方法。该方法在每一次进行相位旋转时，都根据载波数以及用户数找到唯一对应的相位因子。但是，这种每一种情况对应一组相位因子的方法，虽然可以降低PAR，但是存在存储空间大、判断难度高和控制复杂等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的问题是提出一种降低峰均比的方法及装置，解决了多载波TD-SCDMA峰均比过高的问题，同时可以满足现有系统的改动，并且增加的乘法运算量和存储空间都很少。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

一种降低峰均比的方法，该方法包括：

利用互补序列特性进行相位预编码；

在用户数据完成扩频和训练序列码插入后，采用预编码的相位因子对其进行相位旋转。

相应的，该方法在相位旋转前还包括：

为多个载波上的多个用户统一编号，并将有数据发送的用户依次排序，然后为所述排序的用户统一分配顺序排列的预编码相位因子。

相应的，当所述有数据发送的用户不发送数据后，标记该用户对应的预编码相位因子为未被使用；

当有新用户接入时，为该新用户选择顺序最靠前的未被使用的预编码相位因子进行相位旋转。

相应的，所述用户的编号根据频点从小到大依次排列。

相应的，所述互补序列为复数互补序列。

相应的，所述互补序列为格雷互补序列。

相应的，该方法进一步包括：

根据载波数预存若干个旋转相位，每一个旋转相位对应一个用户。

相应的，在多天线系统中，每根天线都以所述预编码相位因子在波束赋性进行各自的相位旋转。

一种降低峰均比的装置，包括对用户数据进行扩频和训练序列码插入的扩频和插入模块，该装置进一步包括：编码模块和相位旋转模块；

所述编码模块用于利用互补序列特性进行相位预编码；

所述相位旋转模块用于在所述扩频和插入模块对用户数据进行处理后，采用编码模块预编码后的相位因子对用户数据进行相位旋转。

相应的，该装置进一步包括：编号模块；

所述编号模块用于为多个载波上的多个用户统一编号，并将有数据发送的用户依次排序，然后为所述排序的用户统一分配顺序排列的预编码相位因子。

相应的，所述编号模块进一步包括：标记单元和选择单元；

所述标记单元用于当所述有数据发送的用户不发送数据后，标记该用户对应的预编码相位因子为未被使用；

所述选择单元用于当有新用户接入时，为该新用户选择顺序最靠前的未被使用的预编码相位因子进行相位旋转。

可以看出，采用本发明的方法和装置，利用互补序列进行相位预编码，解决了多载波TD-SCDMA系统峰均比过高的问题，同时可以满足现有系统的改动要求，大大节省了基带存储相位因子的空间，同时避免了不必要的相关运算。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图；

图2是本发明方法实施例中单天线系统利用预编码进行相位旋转降低PAR的示意图；

图3是本发明方法实施例中多天线系统利用预编码进行相位旋转降低PAR的示意图；

图4是本发明实施例3多载波多用户连续编号的示意图；

图5是本发明装置的示意框图。

具体实施方式

本发明的基本思想在于利用互补序列进行相位预编码，来降低TD-SCDMA中MIDAMBLE码的功率，进而降低系统的PAR。

为此，本发明提供一种降低峰均比的方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101：利用互补序列特性进行相位预编码；

步骤102：在用户数据完成扩频和训练序列码插入后，采用预编码的相位因子对其进行相位旋转。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明的方法进行详细说明。具体的，实施例1，在本发明实施例中采用一种互补序列(CP，Complementary sequences)来进行相位预编码。例如，一个正交的格雷互补序列Golay，其使用递归的方法定义如下：

$H_{2N}^C=\frac{1}{\sqrt{2N}}\left[\begin{array}{cc}{H}_N^C& {\stackrel{\&OverBar;}{H}}_N^C\\ H_N^C& -{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_N^C\end{array}\right],$ $H_2^C=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}+& +\\ +& -\end{array}\right]$

其中

是由H_N ^C组成，只是右边一半列与左边取反，例如：如果

$H_N^C=\left[\begin{array}{cc}{A}_N& B_N\end{array}\right],$ 则 ${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_N^C=\left[\begin{array}{cc}{A}_N& -B_N\end{array}\right],$ 则 $H_4^C=\left[\begin{array}{c}{c}^{\left(1\right)}\\ c^{\left(2\right)}\\ c^{\left(3\right)}\\ c^{\left(4\right)}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}+& +& +& -\\ +& -& +& +\\ +& +& -& +\\ +& -& -& -\end{array}\right]$

容易得到： ${\stackrel{\&OverBar;}{H}}_N^C\&CenterDot;{\left[{\stackrel{\&OverBar;}{H}}_N^C\right]}^T=I_N,$ 因此对于长度均为K的互补序列{A_i}和{B_i}的自相关函数有：

$\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&alpha;}}_i{\mathrm{\&alpha;}}_{i+k}+\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&beta;}}_i{\mathrm{\&beta;}}_{i+k}=\left\{\begin{array}{cc}2K& k=0\\ <<2K,& k\&NotEqual;0\end{array}\right.$

此时的序列随着K的增加，自相关性就显得更加尖锐。由于互补序列具有较低的互相关函数，尖锐的自相关特性有助于降低信号的PAR：不同载波不同用户使用这些相位因子进行多载波多用户叠加时，由于这些多载波用户的MIDAMBLE码都是基于同一个MIDAMBLEID循环移位得来的，由于叠加过程中的这组相位因子相关性弱，所以叠加后的幅度低，因此非常适合降低MIDAMBLE的峰值功率。此外，本领域人员了解本发明并不局限于格雷互补序列，其他的互补序列只要满足上述条件，具有很高的自相关性和较低的互相关性即可，在此不再赘述。

另外，在本实施例中此时的相位因子不够丰富，为了使得旋转因子丰富，本发明实施例2在实数的CP序列的基础上增加了复数的CP序列，即，采用的相位是基于 $\&PlusMinus;k\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}...k=\left\{\mathrm{0,1,2,3}\right\},$ 具体如下：

$H_4^C=\left[\begin{array}{c}{c}^{\left(1\right)}\\ c^{\left(2\right)}\\ c^{\left(3\right)}\\ c^{\left(4\right)}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& j& 1& -j\\ 1& -j& 1& j\\ j& 1& -j& 1\\ j& -1& -1& -j\end{array}\right]$

这种基于旋转序列的互补序列丰富了相位因子，使得PAR降低更加有效，同时选择了合适的角度而并没有增加算法的复杂度。

具体的，对于TD-SCDMA系统来说，一旦系统确定，载波的个数也就确定；基于固定相位的旋转是按照时隙来完成，一个时隙上的一个载波最多有8个用户；如果N个载波就一共有8N个旋转相位。所以可以事先预存8N个随机旋转相位，每一个随机相位的取值对应一个用户；例如对于6个载波的系统，最多可以容纳的用户数量是48个，为此预先定义48个互补序列如下图所示：

用户索引	1	2	3	4	5	6	7	8
									取值	1	j	1	-j	1	j	-1	j
用户索引	9	10	11	12	13	14	15	16
									取值	1	j	1	-j	-1	-j	1	-j
用户索引	17	18	19	20	21	22	23	24
									取值	1	j	1	-j	1	j	-1	j
用户索引	25	26	27	28	29	30	31	32

取值	-1	-j	-1	J	1	j	-1	j
									用户索引	33	34	35	36	37	38	39	40
取值	1	j	1	-j	1	j	-1	j
									用户索引	41	42	43	44	45	46	47	48
取值	1	j	1	-j	-1	-j	1	-j

48个随机序列可以满足6载波的各种配置要求。

在进行相位预编码后，采用预编码的相位因子对完成扩频和训练序列码插入后的用户数据进行相位旋转，具体的：

如图2所示，以单天线为例：由于多载波系统中都使用同一个基本MIDAMBLE ID，不同载波间的频率偏移不足以使得MIDAMBLE部分的功率达到峰峰抵消的作用，同时不同用户间的循环移位也无法有效的降低MIDAMBLE的峰值功率，所以在用户数据完成扩频和MIDAMBLE插入后，乘上预编码因子，以该预编码因子进行相位旋转，可使得MIDAMBLE的功率分配随机化、互相关性减弱，从而使不同用户MIDAMBLE的互相关的功率降低；扩频后的信号乘上相位因子exp(jθ_c，n)，然后再完成多载波多用户叠加处理，具体如下：

$\underset{\&OverBar;}{S_{\mathrm{IF}}}\left(\mathrm{kT}\right)=(\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{N_K}{\mathrm{\&Sigma;}}}(d_n^{\left(c\right)}\&CenterDot;\exp \left(j{\mathrm{\&theta;}}_{c,n}\right))f(t-n{T}_c)\&CenterDot;\exp \left(j{\mathrm{\&omega;}}_c\mathrm{kT}\right))$

而对于多天线系统来说，用户的相位预编码在波束赋形之前进行，然后采用预编码银子完成多天线多载波多用户的相位旋转，具体的如图3所示：例如智能天线，由于每一根天线上用户的波束赋形因子是随机的，并且不同天线上赋形因子不同，不同天线上的随机相位已经使得MIDAMBLE的功率降低；此时再加入固定相位因子便不会使得MIDAMBLE码的功率再次提高。而如果某一根天线上多载波用户的波束赋形因子相位一致，则系统的PAR会很高，这时采用上述固定的预编码相位因子可以再次使得PAR降低，同时既没有破坏波束赋形因子，也没有增大算法的复杂度；具体处理如下：

$\underset{\&OverBar;}{S_{\mathrm{IF}}}\left(\mathrm{kT}\right)=(\underset{c=1}{\overset{C}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{N_K}{\mathrm{\&Sigma;}}}(d_n^{\left(c\right)}\&CenterDot;\exp \left(j{\mathrm{\&theta;}}_{c,n}\right)\mathrm{Tx}\_b{f}_{c,n}^{\mathrm{ka}})f(t-n{T}_c)\&CenterDot;\exp \left(j{\mathrm{\&omega;}}_c\mathrm{kT}\right)),1\&le;\mathrm{ka}\&le;\mathrm{Ka}$

此外，对于本发明实施例1和2来说，还可以根据载波数预存若干个旋转相位，每个相位对应一个用户。所述预存的相位也可以如上述实施例1所述，利用互补序列进行预编码，在此不再赘述。

另外，虽然通过仿真时在大多数情况下都可以有效的降低信号的PAR；但是，有时通过仿真找到这组预编码因子不能有效降低PAR的盲区(例如在系统每一个载波上只有一个用户的时候，互补序列的优势得不到体现)，不过这些盲区可以通过特定的预编码因子组来弥补。物理层只要简单的存储几组预编码因子组就可以有效的降低所有情况下多载波用户的PAR，优选的情况下盲区的预编码因子组不超过10组。

同时，对于预编码因子的存储可以基于如下考虑：如果预编码因子只是1和-1，那么1个比特就可以表示1个预编码相位(1表示相位因子为1，0表示相位因子为0)，而48个预编码相位只需要48个比特；如果预编码因子只是1，-1，j，-j，那么2个比特就可以表示1个预编码相位(11表示1，10表示0，01表示j，00表示-j)，48个预编码相位只需要92个比特即可，依此类推，不再赘述。

除此之外，实施例3在本发明实施例1的基础上，在相位旋转前还可以为多个载波上的多个用户统一编号，并将有数据发送的用户依次排序，然后为所述排序的用户统一分配顺序排列的预编码相位因子；当所述有数据发送的用户不发送数据后，标记该用户对应的预编码相位因子为未被使用；当有新用户接入时，为该新用户选择顺序最靠前的未被使用的预编码相位因子进行相位旋转。

具体的，采用多载波多用户统一编号：根据当前时隙上每一个载波的用户分配情况，为每一个载波上的用户进行统一编号，然后为多载波的用户统一分配预编码因子：

以6个载波为例，将有发送数据的所有载波所有用户根据频点从小到大的顺序依次排列，再根据载波编号和每一个载波中用户的编号依次编排成一个6个载波中唯一标示的用户编号，此即是多载波连续编号；在给每一个时隙发送数据之前，必须要了解当前时隙上6个载波哪个载波有数据，并且每一个载波的用户数，这样就可以给六个载波的用户统一编号。具体编号如图4所示，其中C1U1表示第1个载波上的第1个用户、C2U2表示第2个载波上的第2个用户，依此类推。统一编号使得多载波用户可以按照顺序依次选择预编码因子，可以大大简化算法的复杂度和调度处理，同时节省预编码因子组的存储空间，在大多数情况下都可以有效的降低信号的PAR。

此外，当一个用户通话结束或有原发送数据的用户不再发送数据后，此用户对应的预编码因子被空出来，标记此预编码因子为未被使用；当有新用户接入时，需为此用户寻找一个预编码因子进行相位旋转，编码因子挑选的规则是选择最靠前的未被使用的预编码因子；这样的规则可以最大程度的保证预编码因子连续被使用。

可以看出，采用本发明的方法，解决了多载波TD-SCDMA系统峰均比过高的问题，同时可以满足现有系统的改动要求，大大节省了基带存储相位因子的空间，同时避免了不必要的相关运算。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件来完成，且所述的程序存储于特定存储介质中。

基于上述思想，本发明还提供一种降低峰均比的装置，如图5所示，该装置包括对用户数据进行扩频和训练序列码插入的扩频和插入模块501、编码模块502和相位旋转模块503；

所述编码模块502用于利用互补序列特性进行相位预编码；

所述相位旋转模块503用于在所述扩频和插入模块501对用户数据进行处理后，采用编码模块502预编码后的相位因子对用户数据进行相位旋转。

此外，该装置还可包括编号模块；所述编号模块用于为多个载波上的多个用户统一编号，并将有数据发送的用户依次排序，然后为所述排序的用户统一分配顺序排列的预编码相位因子。

所述编号模块还可进一步包括：标记单元和选择单元；

所述标记单元用于当所述有数据发送的用户不发送数据后，标记该用户对应的预编码相位因子为未被使用；

所述选择单元用于当有新用户接入时，为该新用户选择顺序最靠前的未被使用的预编码相位因子进行相位旋转。

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 (7)

1.一种降低峰均比的方法，其特征在于，该方法包括：

利用互补序列特性进行相位预编码；

在用户数据完成扩频和训练序列码插入后，为多个载波上的多个用户统一编号，并将有数据发送的用户依次排序，然后为所述排序的用户统一分配顺序排列的预编码相位因子，采用所述预编码相位因子对所述用户数据进行相位旋转；

其中，在进行分配预编码相位因子的过程中，当所述有数据发送的用户不发送数据后，标记该用户对应的预编码相位因子为未被使用；

当有新用户接入时，为该新用户选择顺序最靠前的未被使用的预编码相位因子进行相位旋转。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述用户的编号根据频点从小到大依次排列。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

所述互补序列为复数互补序列。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述互补序列为格雷互补序列。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

根据载波数预存若干个旋转相位，每一个旋转相位对应一个用户。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在多天线系统中，每根天线都以所述预编码相位因子在波束赋形进行各自的相位旋转。

7.一种降低峰均比的装置，包括对用户数据进行扩频和训练序列码插入的扩频和插入模块，其特征在于，该装置进一步包括：编码模块和相位旋转模块； 

所述编码模块，用于利用互补序列特性进行相位预编码；

编号模块，用于为多个载波上的多个用户统一编号，并将有数据发送的用户依次排序，然后为所述排序的用户统一分配顺序排列的预编码相位因子；

所述编号模块中，包括：标记单元，用于当所述有数据发送的用户不发送数据后，标记该用户对应的预编码相位因子为未被使用；及选择单元，用于当有新用户接入时，为该新用户选择顺序最靠前的未被使用的预编码相位因子进行相位旋转；

所述相位旋转模块，用于在所述扩频和插入模块对用户数据进行处理后，采用编码模块预编码后的相位因子对用户数据进行相位旋转。 

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