CN101645862A - 一种降低信号峰均比的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低信号峰均比的方法，包括：根据中频数字信号计算合成削峰脉冲成型滤波器系数；获取对消脉冲；将中频数字信号进行延时后，与对消脉冲进行运算，输出低峰均比的信号。本发明还公开了一种降低信号峰均比的装置，包括合成削峰脉冲成型滤波器、抽头值计算单元、第一频谱搬移单元、数字滤波单元、第二频谱搬移单元、半带滤波器、延时单元和对消单元，采用本发明能够适应各个载波频点在系统可用频段范围内灵活配置的多载波信号，优化削峰效果、避免信号失真、节省开支。

Description

一种降低信号峰均比的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信系统信号处理技术，具体涉及一种降低信号峰均比的方法及装置。

背景技术

3G无线通信系统为了提高数据传输速率，一般采用四相相移键控(QPSK)、正交幅度调制(QAM)等高阶调制方式进行信号调制。但是，由于采用QPSK、QAM等高阶调制方式对信号进行调制具有非恒包络的特点，所以，经过QPSK、QAM等高阶调制方式调制的信号一般具有较高的峰均比(PAR)，并且，传输多个载波的合成信号时，峰均比将会更高。而具有高峰均比的信号经过数模(DA)变换，并送入功率放大器后，很容易导致功率放大器工作在非线性区域、输出信号产生饱和失真、线性度变差、以及带外功率泄漏。为了避免产生信号失真或造成带外功率泄漏，功率放大器就必须增加回退余量，即功率放大器工作在较低效率的区间，这种情况下，功率放大器的平均功率远小于最大功率，会造成功率放大器的浪费。

通常，如果在信号进入功率放大器前，降低信号的峰均比，即对信号进行削峰(CFR)处理，则可以降低对功率放大器动态范围的要求，从而无需采用昂贵的大动态范围功率放大器，节省开支。

图1为降低信号峰均比的信号发射装置结构图，如图1所示，现有降低信号峰均比的信号发射装置主要包括：数字上变频(DUC)模块、削峰处理(CFR)模块、数模转换(DAC)模块和功率放大器(PA)。其中，

DUC模块，用于对基带数据源送来的基带数字信号进行插值处理，并将输入的数字信号转换为适于削峰处理的中频数字信号，输出至CFR模块；

CFR模块，用于对DUC模块送来的中频数字信号进行削峰处理，降低信号峰均比，并将处理后的低峰均比数字中频信号输出至DAC模块；

DAC模块，用于将CFR模块送来的低峰均比数字中频信号转换为模拟信号，并将转换后的模拟信号频率调整到适合空间传输的射频频段，输出至功率放大器；

PA，用于将DAC模块送来的射频模拟信号进行功率放大，最后经由天线转换为电磁波发射。

图1所示信号发射装置在发射信号时，先由DUC模块将基带数据源送来的多个载波的基带数字信号转换成多载波叠加的中频数字信号，具体地，先对各个载波的基带数字信号进行合适倍率的插值，并通过根升余弦滤波器进行数字滤波，再将各个载波的频谱搬移至中频，最后将搬移后各个载波的中频数字信号进行叠加；CFR模块对所述中频数字信号进行削峰处理，以降低信号峰均比；DAC模块将经过削峰处理后的中频数字信号转换为射频模拟信号；PA对转换后的射频模拟信号进行功率放大，并通过天线转换为电磁波发射。

现有技术中，CFR模块对中频数字信号进行削峰，无论对单载波信号或是多载波信号，均采用一个削峰滤波器，由于采用一个滤波器会在降低载波信号峰均比的同时，不可避免地产生白噪声，并出现误差矢量幅度(EVM)、邻信道功率泄漏率(ACLR)等指标超标等问题，所以，现有降低CDMA系统信号峰均比的方法对单载波信号、或载波频谱连续排布的多载波信号比较有效，而对多载波信号中各个载波的频谱相隔较远的情况，则削峰效果较差。

在一些无线通信系统中，多载波信号中各个载波的频点配置会非常灵活，各个载波的频谱有可能紧邻，也可能在系统可用的频段范围内相隔较远，如相隔200KHz的整数倍，现有降低信号峰均比的方法并不能很好地满足系统要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种降低信号峰均比的方法及装置，能够优化削峰效果、避免信号失真、节省开支。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种降低信号峰均比的方法，该方法包括：

a、根据中频数字信号计算合成削峰脉冲成型滤波器系数，以及中频数字信号中超出削峰门限部分的抽头值；

b、根据步骤a获取的合成削峰脉冲成型滤波器系数和中频数字信号中超出削峰门限部分的抽头值，获取对消脉冲；

c、将步骤a所述中频数字信号进行延时后，与步骤b获取的对消脉冲进行运算，输出低峰均比的信号。

该方法进一步包括：设置原型滤波器；

相应的，步骤a所述计算合成削峰脉冲成型滤波器系数进一步包括：

a11、将原型滤波器的频谱分别搬移至中频数字信号中各个载波对应的频谱，形成多个频谱不同的滤波器；

a12、将步骤a11所述频谱搬移形成的多个滤波器再分别进行+Fs/4的频谱搬移，其中，Fs为中频数字信号的采样速率；

a13、取步骤a12进行+Fs/4频谱搬移后各个滤波器系数的实部，并将获取的各个滤波器实系数分别乘以功率调节因子；

a14、将步骤a13所述乘以功率调节因子后的各个滤波器实系数进行叠加，并将叠加后的实系数除以载波数。

所述原型滤波器为单载波频宽的低通实系数滤波器。

步骤a所述计算抽头值具体为：

a21、求取载波中频数据的模值；

a22、判断步骤a21所述中频数据模值是否大于削峰门限，如果是，则分别计算超出削峰门限部分的抽头值的实部和虚部，并输出抽头值；否则，输出抽头值为0；

a23、获取下一时刻的载波中频数据，返回步骤a21。

步骤a22所述计算抽头值的实部为：将步骤a21所述载波中频数据的模值减去削峰门限的差值与所述载波中频数据实部的乘积，与载波中频数据模值求比值；

所述计算抽头值的虚部为：将步骤a21所述载波中频数据的模值减去削峰门限的差值与所述载波中频数据虚部的乘积，与载波中频数据模值求比值。

步骤b所述获取对消脉冲为：

b1、对步骤a获取的抽头值进行+Fs/4的频谱搬移，并将所述经过频谱搬移后的抽头值与步骤a获取的合成削峰脉冲成型滤波器系数进行卷积运算；其中，Fs为中频数字信号的采样速率；

b2、对步骤b1获取的数据进行-Fs/4的频谱搬移，并将所述经过频谱搬移后的数据与半带滤波器系数进行卷积运算，获取对消脉冲。

步骤c所述运算为：将延时后的中频数字信号减去步骤b获取的对消脉冲。

一种降低信号峰均比的装置，该装置包括：合成削峰脉冲成型滤波器、抽头值计算单元、第一频谱搬移单元、数字滤波单元、第二频谱搬移单元、半带滤波器、延时单元和对消单元，其中，

合成削峰脉冲成型滤波器，用于根据中频数字信号，计算合成削峰脉冲成型滤波器系数；还用于对数据进行数字滤波；

抽头值计算单元，用于根据中频数字信号以及预先设置的削峰门限，计算中频数字信号中超出削峰门限部分的抽头值；

第一频谱搬移单元，用于将抽头值计算单元获取的抽头值进行+Fs/4的频谱搬移后，传送至数字滤波单元；

数字滤波单元，用于将频谱搬移单元传送的数据和合成削峰脉冲成型滤波器系数进行卷积运算，并将得到的数据传送至第二频谱搬移单元；

第二频谱搬移单元，用于将数字滤波单元传送的数据进行-Fs/4的频谱搬移后，传送至对消脉冲获取单元；

对消脉冲获取单元，用于将频谱搬移单元传送的数据与半带滤波器系数进行卷积运算，产生对消脉冲，并将得到的对消脉冲传送至对消单元；

半带滤波器，用于对数据进行半带滤波；

延时单元，用于对中频数字信号进行延时，并将延时后的中频数字信号传送至对消单元；

对消单元，用于对对消脉冲获取单元传送的对消脉冲和延时单元传送的中频数字信号进行运算，降低信号峰均比。

本发明提出的降低信号峰均比的方法及装置，基于峰值抵消原理，针对不同的频点配置不同的削峰方案，所以，能够适应各个载波频点在系统可用频段范围内灵活配置的多载波信号，优化削峰效果、避免信号失真、节省开支。

附图说明

图1为降低信号峰均比的信号发射装置结构图；

图2为本发明降低信号峰均比的方法流程图；

图3为具体实施例中计算合成削峰脉冲成型滤波器系数的方法流程图；

图4为具体实施例中计算多载波叠加的中频数字信号中超出削峰门限部分抽头值的方法流程图；

图5为两级级联削峰原理图；

图6为本发明降低信号峰均比的装置结构图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：基于峰值抵消原理，针对不同的频点配置不同的削峰方案。下面以降低多载波信号峰均比作为具体实施例，结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明涉及的降低信号峰均比的信号发射装置与现有技术相同，这里不再赘述，仅对CFR模块的处理方法进行描述。图2为本发明降低信号峰均比的方法流程图，如图2所示，本发明降低信号峰均比的方法包括以下步骤：

步骤21：根据DUC模块送来的多载波叠加的中频数字信号，计算合成削峰脉冲成型滤波器系数。

图3为具体实施例中计算合成削峰脉冲成型滤波器系数的方法流程图，如图3所示，本实施例中，计算合成削峰脉冲成型滤波器系数具体包含以下步骤：

步骤211：将原型滤波器的频谱分别搬移至多载波叠加的中频数字信号中各个载波对应的频谱，形成多个频谱不同的滤波器。

这里，原型滤波器一般采用单载波频宽的低通实系数滤波器，且原型滤波器的频谱搬移通过数控振荡器(NCO)实现，经过NCO进行频谱搬移后的滤波器系数会由实系数变为复系数。

一般情况下，将原型滤波器搬移至不同的频谱所形成的滤波器，分别对应不同的滤波器系数，例如，原型滤波器的系数为(A B  C...Z)，则搬移至频谱1、频谱2、......、频谱n后形成的滤波器系数分别为(A1 B1 C1...Z1)、(A2 B2 C2...Z2)、......、(An Bn Cn...Zn)。

步骤212：将步骤211所述频谱搬移形成的滤波器再分别进行+Fs/4的频谱搬移。

这里，Fs为中频数字信号的采样速率，将滤波器进行+Fs/4的频谱搬移，即将滤波器的频谱向正频率方向平移Fs/4。

步骤213：分别取步骤212所述频谱搬移+Fs/4后各个滤波器系数的实部。

步骤214：将步骤213获取的各个滤波器实系数分别乘以功率调节因子。

这里，功率调节因子一般由滤波器所对应载波的相对功率决定。

步骤215：将步骤214所述乘以功率调节因子后的各个滤波器实系数进行叠加。

这里，如果多载波信号具体由载波1、载波2和载波3组成，由步骤214获取的、乘以功率调节因子后的滤波器实系数分别为(AR1 BR1 CR1...ZR1)、(AR2 BR2 CR2...ZR2)和(AR3 BR3 CR3...ZR3)，那么，叠加的结果为：(AR1+AR2+AR3BR1+BR2+BR3CR1+CR2+CR3...ZR1+ZR2+ZR3)

步骤216：将步骤215获取的实系数除以载波数，得到合成削峰脉冲成型滤波器系数。

对于步骤215描述的例子，由于载波数为3，则得到的合成削峰脉冲成型滤波器系数为((AR1+AR2+AR3)/3(BR1+BR2+BR3)/3(CR1+CR2+CR3)/3...(ZR1+ZR2+ZR3)/3)。

步骤22：根据预先设置的削峰门限，计算多载波叠加的中频数字信号中超出削峰门限部分的抽头值。

图4为具体实施例中计算多载波叠加的中频数字信号中超出削峰门限部分抽头值的方法流程图，如图4所示，本实施例中，计算超出削峰门限部分的抽头值的流程具体包含以下步骤：

步骤221：求取载波中频数据的模值。

这里，如果获取的载波中频数据为I+j*Q，则其模值 $A=\sqrt{I^2+Q^2}.$

步骤222：判断步骤221获取的中频数据模值是否大于削峰门限Thr，如果是，则执行步骤223；否则，执行步骤224。

这里，Thr一般根据系统配置预先进行设置。

步骤223：分别计算超出削峰门限部分的抽头值的实部I_out和虚部Q_out，执行步骤225。

这里，I_out＝I*(A-Thr)/A，其中，I为步骤221所获取载波中频数据的实部，A为所述载波中频数据的模值；

Q_out＝Q*(A-Thr)/A，其中，Q为步骤221所获取载波中频数据的虚部。

步骤224：抽头值的实部I_out和虚部Q_out均取0，执行步骤225。

步骤225：输出抽头值A_out＝I_out+j*Q_out。

步骤226：获取下一时刻的中频数据，返回步骤221。

这里，获取中频数据的速率即为中频数据的采样速率Fs。

步骤23：对步骤22获取的抽头值进行+Fs/4的频谱搬移，并将所述经过频谱搬移后的抽头值与步骤21所获取的合成削峰脉冲成型滤波器系数进行卷积运算，即进行数字滤波。

步骤24：对步骤23获取的数据进行-Fs/4的频谱搬移，并将所述经过频谱搬移后的数据与半带(HB)滤波器系数进行卷积运算，获取对消脉冲。

这里，将滤波器进行-Fs/4的频谱搬移，即将滤波器的通带的中心频点向负频率方向平移Fs/4。举例来说，如果某一载波的中心频点为f₀，那么，经过步骤23所述+Fs/4的频谱搬移，这个载波的中心频点变为f₀+Fs/4，经与合成削峰脉冲成型滤波器系数进行卷积再进行-Fs/4的频谱搬移后，-f₀-Fs/4处会存在信号，而实际需要用到的信号仅为f₀处的信号，所以通过半带滤波器将-f₀-Fs/4处的信号滤掉。

步骤25：将步骤21所述多载波叠加的中频数字信号进行延时后，与步骤24获取的对消脉冲进行运算，输出低峰均比的信号。

这里，具体的延时时间取决于系统硬件进行处理的延时时间。例如，系统硬件执行步骤21～步骤24需要时间t，那么，本步骤便需要将DUC模块送来的多载波叠加的中频数字信号延时时间t，再与步骤24获取的数据叠加，所述运算具体为：延时后的中频数字信号减去步骤24获取的对消脉冲。

本发明所述的削峰流程还可以多级级联进行削峰，以两级级联削峰为例，其原理如图5所示，前一级输出的低峰均比信号作为下一级的输入信号，所以，经过多级级联削峰，能够更有效地降低信号峰均比。

图6为本发明降低信号峰均比的装置结构图，如图6所示，本发明降低信号峰均比的装置主要包括：合成削峰脉冲成型滤波器、抽头值计算单元、第一频谱搬移单元、数字滤波单元、第二频谱搬移单元、半带滤波器、延时单元和对消单元，其中，

合成削峰脉冲成型滤波器，用于根据中频数字信号，计算合成削峰脉冲成型滤波器系数；对数据进行数字滤波；

抽头值计算单元，用于根据中频数字信号以及预先设置的削峰门限，计算中频数字信号中超出削峰门限部分的抽头值；

第一频谱搬移单元，用于将抽头值计算单元获取的抽头值进行+Fs/4的频谱搬移后，传送至数字滤波单元；

数字滤波单元，用于将频谱搬移单元传送的数据和合成削峰脉冲成型滤波器系数进行卷积运算，并将得到的数据传送至第二频谱搬移单元；

第二频谱搬移单元，用于将数字滤波单元传送的数据进行-Fs/4的频谱搬移后，传送至对消脉冲获取单元；

对消脉冲获取单元，用于将频谱搬移单元传送的数据与半带滤波器系数进行卷积运算，产生对消脉冲，并将得到的对消脉冲传送至对消单元；

半带滤波器，用于对数据进行半带滤波；

延时单元，用于对中频数字信号进行延时，并将延时后的中频数字信号传送至对消单元；

对消单元，用于对对消脉冲获取单元传送的对消脉冲和延时单元传送的中频数字信号进行运算，降低信号峰均比。

这里，合成削峰脉冲成型滤波器计算合成削峰脉冲成型滤波器系数的具体方法如步骤211～步骤216所述。

对消单元对对消脉冲获取单元传送的对消脉冲和延时单元传送的中频数字信号进行运算具体为：延时单元传送的中频数字信号减去对消脉冲获取单元传送的对消脉冲。

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 (8)

1、一种降低信号峰均比的方法，其特征在于，该方法包括：

a、根据中频数字信号计算合成削峰脉冲成型滤波器系数，以及中频数字信号中超出削峰门限部分的抽头值；

b、根据步骤a获取的合成削峰脉冲成型滤波器系数和中频数字信号中超出削峰门限部分的抽头值，获取对消脉冲；

c、将步骤a所述中频数字信号进行延时后，与步骤b获取的对消脉冲进行运算，输出低峰均比的信号。

2、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：设置原型滤波器；

相应的，步骤a所述计算合成削峰脉冲成型滤波器系数进一步包括：

a11、将原型滤波器的频谱分别搬移至中频数字信号中各个载波对应的频谱，形成多个频谱不同的滤波器；

a12、将步骤a11所述频谱搬移形成的多个滤波器再分别进行+Fs/4的频谱搬移，其中，Fs为中频数字信号的采样速率；

a13、取步骤a12进行+Fs/4频谱搬移后各个滤波器系数的实部，并将获取的各个滤波器实系数分别乘以功率调节因子；

a14、将步骤a13所述乘以功率调节因子后的各个滤波器实系数进行叠加，并将叠加后的实系数除以载波数。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述原型滤波器为单载波频宽的低通实系数滤波器。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a所述计算抽头值具体为：

a21、求取载波中频数据的模值；

a22、判断步骤a21所述中频数据模值是否大于削峰门限，如果是，则分别计算超出削峰门限部分的抽头值的实部和虚部，并输出抽头值；否则，输出抽头值为0；

a23、获取下一时刻的载波中频数据，返回步骤a21。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤a22所述计算抽头值的实部为：将步骤a21所述载波中频数据的模值减去削峰门限的差值与所述载波中频数据实部的乘积，与载波中频数据模值求比值；

所述计算抽头值的虚部为：将步骤a21所述载波中频数据的模值减去削峰门限的差值与所述载波中频数据虚部的乘积，与载波中频数据模值求比值。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b所述获取对消脉冲为：

b1、对步骤a获取的抽头值进行+Fs/4的频谱搬移，并将所述经过频谱搬移后的抽头值与步骤a获取的合成削峰脉冲成型滤波器系数进行卷积运算；其中，Fs为中频数字信号的采样速率；

b2、对步骤b1获取的数据进行-Fs/4的频谱搬移，并将所述经过频谱搬移后的数据与半带滤波器系数进行卷积运算，获取对消脉冲。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c所述运算为：将延时后的中频数字信号减去步骤b获取的对消脉冲。

8、一种降低信号峰均比的装置，其特征在于，该装置包括：合成削峰脉冲成型滤波器、抽头值计算单元、第一频谱搬移单元、数字滤波单元、第二频谱搬移单元、半带滤波器、延时单元和对消单元，其中，

合成削峰脉冲成型滤波器，用于根据中频数字信号，计算合成削峰脉冲成型滤波器系数；还用于对数据进行数字滤波；

抽头值计算单元，用于根据中频数字信号以及预先设置的削峰门限，计算中频数字信号中超出削峰门限部分的抽头值；

第一频谱搬移单元，用于将抽头值计算单元获取的抽头值进行+Fs/4的频谱搬移后，传送至数字滤波单元；

数字滤波单元，用于将频谱搬移单元传送的数据和合成削峰脉冲成型滤波器系数进行卷积运算，并将得到的数据传送至第二频谱搬移单元；

第二频谱搬移单元，用于将数字滤波单元传送的数据进行-Fs/4的频谱搬移后，传送至对消脉冲获取单元；

对消脉冲获取单元，用于将频谱搬移单元传送的数据与半带滤波器系数进行卷积运算，产生对消脉冲，并将得到的对消脉冲传送至对消单元；

半带滤波器，用于对数据进行半带滤波；

延时单元，用于对中频数字信号进行延时，并将延时后的中频数字信号传送至对消单元；

对消单元，用于对对消脉冲获取单元传送的对消脉冲和延时单元传送的中频数字信号进行运算，降低信号峰均比。

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