CN102111372A - 一种基于脉冲抵消方式的削峰方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于脉冲抵消方式的削峰方法，首先，对输入信号源进行过门限检测，检测出大于门限的点集合，用搜峰法搜索出点集合中的峰值点，再用峰值点的幅值触发抵消脉冲生成器，通过抵消脉冲生成器将原信号减去时序信号，从而实现峰值的抵消；由于本发明采用脉冲抵消方式，先检测出大于门限的峰值信号，再用原信号减去峰值信号对应的频谱脉冲，从而降低信号的峰均比，从硬件上可大大节约FPGA的资源，能更好地避免峰值再生和降低信号的峰均比，极大提高了功放的效率。

Description

一种基于脉冲抵消方式的削峰方法

技术领域

本发明涉及高峰均比信号源数字光纤直放站中频板FPGA的信号处理，尤其提供一种基于脉冲抵消方式的削峰方法。

背景技术

如何降低通信行业的网络投资(CapEx)和运营支出(OpEx)已成为业界越来越关注的问题。基于目前的设备与技术，基站消耗的直流功率中仅有一小部分用作发射射频信号。功率放大器的工作效率是一个关于下行链路信号特性的函数。3G制式信号源下行链路信号是一种具有高峰值均值功率比的信号，峰值均值功率比简称为峰均比，可用CF(Crest Factor)或PAR(Peak to Average Power Ratio)表示。这种信号的特性对高功率放大器的工作效率产生了严重的影响，因为高PAR信号中峰值的存在，功率放大器不得不采取回退机制，这样它就无法在其效率最高的状态下进行工作。为了提高工作效率，CFR(Crest Factor Reduction)即削峰算法作为一种新技术，被引入了3G制式基站的RRU部分当中。CFR处于RRU的数字中频部分，经功率放大器发射的信号必先经过CFR模块的处理。经过CFR算法处理过的信号的动态范围将被减小，这使得功率放大器的回退得到缓解，因此提高了功放的工作效率。

3G系统采用多信道传输，高峰均比信号导致功率放大器工作效率大大降低，增加了运营商的运营成本。降低信号峰均比，使各信道信号功率平均分配，在接收端得到质量更好的多信道信号成为必然。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于脉冲抵消方式的削峰方法，从硬件上可大大节约FPGA的资源，能更好地避免峰值再生和降低信号的峰均比，极大提高了功放的效率。

一种基于脉冲抵消方式的削峰方法，对输入信号源进行过门限检测，检测出所有大于门限的点集合，用搜峰法搜索出点集合中的峰值点从而形成时序信号，再用该峰值点的幅值触发抵消脉冲生成器，通过抵消脉冲生成器将原输入信号减去该时序信号，从而实现峰值的抵消。

一种基于脉冲抵消方式的削峰方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将输入的高峰均比信号源分为两路进行数据处理，其中一路送至延迟模块；另一路则发送至Cordic运算模块；系统对所有需要削峰的信号给出跟踪使能检测信号，延迟模块根据此跟踪使能检测信号计算出延迟长度，以达到同步；

步骤2、该Cordic运算模块通过Cordic算法计算出信号源每一点的幅度值，根据预设的削峰检测门限找出所有过门限的点的幅度和相位，并将该运算结果分别发送至峰值检测模块和逻辑运算模块；

步骤3、峰值检测模块对Cordic运算模块的运算结果做峰值搜索，检测出所有大于削峰检测门限的峰值点，并对过门限的相邻点进行峰值比较，找出一段时序段中的最大峰值点，并将运算结果发送至峰值定位模块，由峰值定位模块对检测到的峰值点进行相应的峰值定位，根据预设的定位间隔参数确定峰值的时序间隔，舍去过多峰值点形成时序信号，并将该时序信号中峰值使能信号及峰值使能信号对应的峰值点幅度信息发送至抵消脉冲生成器模块；

步骤4、该抵消脉冲生成器模块设置与输入信号频谱相匹配的原型滤波器，通过抵消脉冲生成器模块产生用于完成峰值削减的抵消脉冲信号；

步骤5、抵消脉冲生成器模块将该抵消脉冲信号发送给逻辑运算模块，由逻辑运算模块将该抵消脉冲信号与由Cordic运算模块输入的原输入信号的相位进行匹配，然后将CORDIC运算求出的I和Q值发送至逻辑减操作模块与来自延迟模块的原始信号源做相应的逻辑减操作，输出低峰均比信号。

所述的步骤4中该峰值检测模块检测到峰值后，第一个峰值被分配给第一个抵消脉冲生成器工作并标示此抵消脉冲生成器被占用；当后续峰值到来时，依次检测抵消脉冲生成器的状态并分配一个可用抵消脉冲生成器给此峰值；当所有的抵消脉冲生成器均被占用时，到达的峰值不能被抵消则在后续算法迭代时处理。

本发明采用脉冲抵消方式，先检测出大于门限的峰值信号，再用原信号减去峰值信号对应的频谱脉冲，从而降低信号的峰均比，能更好的完成中频板的设计目标及测试指标，极大提高功放的效率。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种基于脉冲抵消方式的削峰方法，具体实现如下：

步骤1、将输入的高峰均比信号源分为两路进行数据处理，其中一路送至延迟模块6；另一路则发送至Cordic运算模块1；系统对所有需要削峰的信号给出跟踪使能检测信号，延迟模块6根据此使能信号计算出延迟长度，以达到同步；

步骤2、该Cordic运算模块1通过Cordic算法计算出信号源每一点的幅度值，根据预设的削峰检测门限找出所有过门限的点的幅度和相位，并将该运算结果分别发送至峰值检测模块2和逻辑运算模块5；

步骤3、峰值检测模块2对Cordic运算模块1的运算结果做峰值搜索，检测出所有大于削峰检测门限的峰值点，并对过门限的相邻点进行峰值比较，找出一段时序段中的最大峰值点，并将运算结果发送至峰值定位模块3，由峰值定位模块3对检测到的峰值点进行相应的峰值定位，根据预设的定位间隔参数确定峰值的时序间隔，舍去过多峰值点形成时序信号，并将该时序信号中峰值使能信号及峰值使能信号对应的峰值点幅度信息发送至抵消脉冲生成器模块4；

步骤4、该抵消脉冲生成器模块4设置与输入信号频谱相匹配的原型滤波器41和抵消脉冲生成器42，通过抵消脉冲生成器模块4产生用于完成峰值削减的抵消脉冲信号；

步骤5、抵消脉冲生成器模块4将该抵消脉冲信号发送给逻辑运算模块5，由逻辑运算模块5将该抵消脉冲信号与由Cordic运算模块1输入的原输入信号的相位进行匹配，然后将CORDIC运算求出的I和Q值发送至逻辑减操作模块7与来自延迟模块6的原始信号源做相应的逻辑减操作，输出低峰均比信号。

所述的步骤4中该峰值检测模块2检测到峰值后，第一个峰值被分配给第一个抵消脉冲生成器42工作并标示此抵消脉冲生成器42被占用；当后续峰值到来时，依次检测抵消脉冲生成器的状态并分配一个可用抵消脉冲生成器给此峰值；当所有的抵消脉冲生成器均被占用时，到达的峰值不能被抵消则在后续算法迭代时处理。

为了完成峰值太近信号的削峰，峰值定位模块3中设置定位间隔参数控制进入抵消脉冲生成器42中峰值的间隔，以免峰值再生及抵消脉冲生成器资源的浪费。

本发明中输入信号源为复信号，幅度和角度的计算非常重要。对角度和幅度的旋转计算在数字领域尤其是数字通信领域是一种应用非常广泛的计算，如果用传统的除法器、乘法器等计算方法，需要占用大量的FPGA资源，这样就不能满足要求，需要考虑其他的算法实现这种类型的计算。CORDIC算法是一种循环迭代算法，基本思想是通过一系列固定的、与运算基数有关的角度不断偏摆迭代以逼近所需的旋转角度。CORDIC算法在硬件电路的实现上只用到了加法器和移位器，这样就大大节约了FPGA的资源，从而可以满足要求。

本发明采用峰值检测与峰值定位二级搜峰很好地避免了峰值密集造成峰值再生问题，同时可以有效地降低系统计算量。首次峰值检测检测出大于门限的峰值点，二次峰值定位根据定位间隔参数确定峰值的时序间隔，舍去过多峰值点。通过此两级搜峰后进入后续模块的峰值点较少。若一段时序内峰值点比较稀疏可更好地避免峰值再生。

本发明根据输入高峰均比信号源原始频谱，采用等纹波方式设计抵消脉冲生成器的原型滤波器，能较好的满足原始信号源频谱对带内波动，阻带抑制度及过渡带宽度等的要求，实现抵消脉冲生成器频谱与输入信号源频谱的较好匹配。

对于多载波系统首先要设计匹配单个输入信号源的原型滤波器，此处采用等波纹滤波器设计此抵消脉冲生成器，然后对此原型滤波器进行相应的载波搬移。进行载波搬移时h(k)需满足下面的公式：

$h\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\π}(k-(N/2))f_i/f_s}g\left(k\right)---k=\mathrm{0,1,2}......N-1$

此式中M代表载波的个数，N为滤波器长度，f_i为第i路的载波频率，f_s为采样频率，g(k)为原型滤波器。

本发明的精神在于：对输入信号源进行过门限检测，检测出大于门限的点集合，用搜峰法搜索出点集合中的峰值点，再用峰值点的幅值触发抵消脉冲生成器，通过抵消脉冲生成器将原信号减去时序信号，从而实现峰值的抵消。

以上所述，仅是本发明结构较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于脉冲抵消方式的削峰方法，其特征在于：对输入信号源进行过门限检测，检测出所有大于门限的点集合，用搜峰法搜索出点集合中的峰值点从而形成时序信号，再用该峰值点的幅值触发抵消脉冲生成器，通过抵消脉冲生成器将原输入信号减去该时序信号，从而实现峰值的抵消。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲抵消方式的削峰方法，其特征在于具体包括以下步骤：

步骤1、将输入的高峰均比信号源分为两路进行数据处理，其中一路送至延迟模块；另一路则发送至Cordic运算模块；系统对所有需要削峰的信号给出跟踪使能检测信号，延迟模块根据此跟踪使能检测信号计算出延迟长度，以达到同步；

步骤2、该Cordic运算模块通过Cordic算法计算出信号源每一点的幅度值，根据预设的削峰检测门限找出所有过门限的点的幅度和相位，并将该运算结果分别发送至峰值检测模块和逻辑运算模块；

步骤3、峰值检测模块对Cordic运算模块的运算结果做峰值搜索，检测出所有大于削峰检测门限的峰值点，并对过门限的相邻点进行峰值比较，找出一段时序段中的最大峰值点，并将运算结果发送至峰值定位模块，由峰值定位模块对检测到的峰值点进行相应的峰值定位，根据预设的定位间隔参数确定峰值的时序间隔，舍去过多峰值点形成时序信号，并将该时序信号中峰值使能信号及峰值使能信号对应的峰值点幅度信息发送至抵消脉冲生成器模块；

步骤4、该抵消脉冲生成器模块设置与输入信号频谱相匹配的原型滤波器，通过抵消脉冲生成器模块产生用于完成峰值削减的抵消脉冲信号；

步骤5、抵消脉冲生成器模块将该抵消脉冲信号发送给逻辑运算模块，由逻辑运算模块将该抵消脉冲信号与由Cordic运算模块输入的原输入信号的相位进行匹配，然后将CORDIC运算求出的I和Q值发送至逻辑减操作模块与来自延迟模块的原始信号源做相应的逻辑减操作，输出低峰均比信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于脉冲抵消方式的削峰方法，其特征在于：所述的步骤4中该峰值检测模块检测到峰值后，第一个峰值被分配给第一个抵消脉冲生成器工作并标示此抵消脉冲生成器被占用；当后续峰值到来时，依次检测抵消脉冲生成器的状态并分配一个可用抵消脉冲生成器给此峰值；当所有的抵消脉冲生成器均被占用时，到达的峰值不能被抵消则在后续算法迭代时处理。

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