CN102299883A - 一种宽频信号波峰削除方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提出了一种宽频信号波峰削除方法包括:第一频段和第二频段的多载波信号在物理层完成各自频段的物理层相位旋转后,进行数字中频滤波,完成各自频段信号的频谱成型后进行频谱搬移到各自的频段;搬移后的多载波信号叠加后,在数字中频完成多载波信号叠加;对叠加后的信号进行多频段、多载波、多模式的削峰处理波峰因子降低CFR操作,输出削峰后的多载波信号。本发明实施例还提出了一种宽频信号波峰削除装置包括频谱搬移模块、叠加模块以及削峰模块。本发明的方法及装置,获得多载波多频段算法,能够适应TD多频段削峰,也能够应用在TD和LTE混合平台上,削峰效果有效,ACPR也没有恶化,具有很高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及数字通信领域,具体而言,本发明涉及一种宽频信号波峰削除方法及装置。
背景技术
TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division MultipleAccess,时分同步的码分多址技术)是ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一,它得到了CWTS及3GPP的全面支持。TD-SCDMA集CDMA、TDMA、FDMA技术优势于一体、系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。它采用了智能天线、联合检测、接力切换、同步CDMA、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、自适应功率调整等技术。
宽带MCPA(MCPA Multi-Carrier Power Amplifier,多载波功放)技术的TD-SCDMA宽带RRU(Radio Remote Unit,射频拉远单元),这一具有划时代意义的产品与解决方案的推出,将进一步推动TD-SCDMA产业的成熟与大规模商用化进程。
射频宽带化是无线通信技术的重要发展方向之一,而MCPA(MultiCarrier Power Amplifier,多载波功放)技术是射频宽带化的关键技术。目前TD-SCDMA应用的频段多而分散,室内、室外频段组合方案十分复杂,这与其它两种3G制式有着明显的不同。过多的频段组合导致了TD-SCDMA现网中RRU设备型号众多,在每一期网络建设中都有多种新型RRU出现,生命周期短,给运营商的网络部署和后续运维带来极大的麻烦。
采用宽带MCPA技术的RRU可以把不同频段组合,将有利于提升RRU这一TD-SCDMA网络中关键设备的成熟度和可靠性,提升网络质量,推动TD-SCDMA从产品到网络再到产业链层面的成熟。
宽带RRU在不同频段的射频输出功率和载波等系统资源完全共享,可以根据运营商的需要和用户发展来进行灵活配置,达到资源最大化利用,同时实现TD-SCDMA向TD-LTE的真正平滑演进,有效保护运营商的长期投资。
A+F的方案有在模拟信号合路的设计实例,此种设计中把A和B通路信号在数字域完全分开,在功放前合并,在功放后再分路以便进行反馈,反馈DPD进行分路切换本振的方法。
对于发射来说,通路上需要解决的是,前向DPD(Digital Pre-Distortion,数字预失真),CFR(Crest Factor Reduction,削峰)问题。同时,还面临大带宽给中频FPGA带来的速率和资源的压力。因此需要找到方法降低带宽,由于F频段覆盖1880-1915MHz的频带,而A频段覆盖2010-2025的频带,因此可以得到:A+F带宽跨度为145MHz,而实际使用带宽只有35M+15M=50M。图1示出了F和A频段的分布以及三阶和五阶交调信号的分布情况。这种宽频的削峰处理(CFR)将是阻碍宽频RRU实现A/F共射频通道的一个瓶颈技术之一。
现有数字中频的削峰技术(CFR)PC-CFR一般用于窄带带宽削峰系统,例如对于TD-SCDMA6载波,9载波等。图2示出了现有技术中对A/F跨频段峰值信号进行削峰处理的削峰前后信号功率对比示意图。但是对于宽频A/F系统的削峰(145MHZ)或者混合平台(TDLTE)的削峰显得不适合。这是由于A/F跨频段峰值信号分布密集,并且峰值间距短,非常容易产生过削或者漏削的情况,导致EVM(Error Vector Magnitude,误差向量幅度)恶化的同时峰值信号还不能有效削除。如图2中所示,实心点“.”表示削峰前信号功率,空心点“。”表示削峰后信号功率,“—”表示削峰门限。从图2中可以看出,采用现有数字中频的削峰技术(CFR)PC-CFR进行削峰处理,存在过削和漏削的问题。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一,特别对解决TD和LTE共平台削峰平台,以及F频段和A频段共平台削峰中过削和漏削问题,提出了一种宽频信号波峰削除方法及装置。
为实现上述目的,本发明实施例的一方面提出了一种宽频信号波峰削除方法,包括:第一频段和第二频段的多载波信号在物理层完成各自频段的物理层相位旋转后,进行数字中频滤波,完成各自频段信号的频谱成型后进行频谱搬移到各自的频段;
第一频段和第二频段频谱搬移后的所述多载波信号完成各自叠加之后,在数字中频完成第一频段和第二频段的多载波信号叠加sFA_band=sF_band(kT)+sA_band(kT);
对叠加后的信号sFA_band进行多频段、多载波、多模式的削峰处理波峰因子降低CFR操作,并输出削峰后的多载波信号。
本发明的实施例另一方面还提出了一种宽频信号波峰削除装置,包括频谱搬移模块、叠加模块以及削峰模块,
所述频谱搬移模块,用于将第一频段和第二频段的多载波信号在物理层完成各自频段的物理层相位旋转后,进行数字中频滤波,完成各自频段信号的频谱成型后进行频谱搬移到各自的频段;
所述叠加模块,用于将来自所述频谱搬移模块的第一频段和第二频段频谱搬移后的所述多载波信号完成各自叠加之后,在数字中频完成第一频段和第二频段的多载波信号叠加sFA_band=sF_band(kT)+sA_band(kT);
所述削峰模块,用于对所述叠加模块叠加后的信号sFA_band进行多频段、多载波、多模式的削峰处理波峰因子降低CFR操作,并输出削峰后的多载波信号。
根据本发明实施例提供的宽频信号波峰削除方法及装置,通过完善和改进PC-CFR算法,获得多载波多频段的(MPC-CFR)算法,此算法能够适应TD-SCDMA多频段(宽频RRU)削峰。也能够应用在TD和LTE混合平台上,不但削峰效果有效,ACPR也没有恶化,具有很高的实用价值,现在已经用于TD-LTE共模平台,将来还会用于宽频RRU的削峰操作。
本发明提出的上述方案,对现有系统的改动很小,不会影响系统的兼容性,而且实现简单、高效。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为A频段和F频段的频率分布示意图;
图2为现有数字中频的削峰技术(PC-CFR)对A/F跨频段峰值信号削峰前后示意图;
图3为根据本发明实施例的宽频信号波峰削除方法的流程框图;
图4为根据本发明实施例的A频段和F频段削峰示意图;
图5为根据本发明实施例的F/A频段削峰后时域示意图;
图6为根据本发明实施例的F/A频段削峰后频域示意图;
图7为根据本发明实施例的峰值信号选取示意图;
图8为根据本发明实施例的F/A间隔频段示意图;
图9为根据本发明实施例的有分配空间时的峰值信号选取示意图;
图10为根据本发明实施例的分配空间为0时的削峰效果图;
图11为根据本发明实施例的分配空间为8时的削峰效果示意图;
图12为根据本发明实施例的有分配空间的F/A频段时域功率削峰前后示意图;
图13为根据本发明实施例的有分配空间的F/A频段频域功率削峰前后示意图;
图14为根据本发明实施例的TD和LTE共模时的削峰处理示意图;
图15为根据本发明实施例的TD和LTE的削峰系数时域幅度图;
图16为根据本发明实施例的TD和LTE的削峰系数频谱图;
图17为根据本发明实施例的TD和LTE的削峰前后频谱对照图;
图18为根据本发明实施例的宽频信号波峰削除装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
为了实现本发明之目的,本发明公开了一种宽频信号波峰削除方法,结合图3所示,该方法包括如下步骤:
S301:第一频段和第二频段的多载波信号在物理层完成各自频段的物理层相位旋转后,进行数字中频滤波,完成各自频段信号的频谱成型后进行频谱搬移到各自的频段。
在本实施例中,第一频段为F频段,第二频段为A频段。具体的说,结合图4所示,TD-SCDMA多载波信号在物理层完成各自频段的物理层相位旋转,降低Midamble信号的功率,然后进行数字中频滤波,完成各自频段信号的频谱成型后搬移到各自的偏移频段。其中,
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FIR滤波器的处理;ωc:是载波的频点;
exp(jφk):多载波独立相位调节因子;Tx_amplit(k):物理层幅度调节因子。
S302:第一频段和第二频段频谱搬移后的多载波信号完成各自叠加之后,在数字中频完成第一频段和第二频段的多载波信号叠加sFA_band=sF_band(kT)+sA_band(kT)。
在步骤301中F频段和A频段完成各自的多载波叠加之后,然后在数字中频完成A/F频段的多载波信号叠加:
S303:对叠加后的信号sFA_band进行多频段、多载波、多模式的削峰处理波峰因子降低CFR操作,并输出削峰后的多载波信号。
对步骤302中叠加后的信号sFA_band进行CFR操作,该削峰操作进行的是多频段,多载波,多模式的削峰处理,即MPC-CFR(Multi-Peak Cancellation CrestFactor Redction)。
其中,MPC-CFR模块内部主要分为七个子模块,包括延时模块、峰值检测模块、峰值定标模块、峰值分配模块、CPG模块、SUM模块和SUBTRACT模块。
具体的说,各个子模块的功能如下:
延时模块:由于产生削峰序列的链路有一个固定的延时,该模块就完成输入数据的固定延时,保持和产生的削峰序列所需要的时间相同,最后同步输入减法模块。
峰值检测模块:峰值点的检测模块,所有高于门限值的部分都进行峰值判别。
峰值定标模块:(|sFA_peak(t)|-A)·exp(j·angle(sFA_peak(t)))|sFA_peak(t)|为检测到的峰值序列;A为门限值,angle(sFA_peak(t))为sFA_peak(t)对应的相位信息,sFA_peak(t)为A/F检测到的峰值信号。
峰值分配模块:将检测到的每一个峰值分配一个削峰脉冲产生器(CPG)模块。
削峰脉冲产生模块(CPG模块):主要存储着固定长度的削峰序列,每一个CPG模块一次只能处理一个峰值点,一旦处于空闲状态时,削峰脉冲控制模块(PEAK_ALLOCATOR模块)就会分配一个峰值给空闲着的CPG模块处理,如果所有CPG模块都无空闲,那么对于接下来检测到的峰值点都不会进行消峰处理。
SUM模块:将所有的CPG模块的输出都相加,形成削峰序列。
SUBTRACT模块:用原始信号经过DELAY模块后,减去SUM模块形成的削峰序列,得到的结构为CFR模块的最终输出结果。
根据上述对MPC-CFR模块的说明,可以得到削峰处理的数学模型如下:
sFA_cfr(t)=sFA_band(t)-spc_noise(t)。
其中,hFA(n)为F频段和A频段削峰系数,此系数根据F频段和A频段各自的TD-SCDMA的载波个数叠加后生成。该削峰系数hFA(n)的生成是在原型削峰系数生成模块中完成,包括:
hFA(n)=hF_band(n)·exp(jωFt)+hA_band(n)·exp(jωAt)
其中,filter_f的生成方式如下:
filter_f=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′。
上述公式中,运算符.*表示两个矩阵点乘运算,运算符′为对矩阵进行转置,这些运算符号与通常的数学运算符号意义相同,后文不再赘述。此外,本申请中调用的函数,例如firls等,均为Matlab软件中的函数,为本领域技术人员所熟悉,也不再赘述。
但是对于频段F和频段A频段跨度比大,原型削峰滤波器系数hFA(n)叠加的载波数:I(n)=IF(n)+IA(n)过多。因此,采用上述方式生成的削峰系数hFA(n)不适合宽频削峰。
为解决上述问题,本实施例采用对F频段和A频段各自频段的削峰系数的频带先扩展,然后再叠加生成削峰系数hFA(n),包括:
filter_fF/A=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′。
F1和F2频段先根据载波数量扩展后再生成滤波器系数filter_f,计算削峰系数hFA(n)如下:hFA(n)=filter_fF(n)·exp(jωFt)+filter_fA(n)(n)·exp(jωAt)。
图5和图6分别示出了TD-SCDMA的F/A频段信号,采样频率FS=92.16MHz时削峰后在时域和频域的示意图。在图5中,横轴为序列索引表,纵轴为幅度。在图6中,横轴为频率,单位为MHz;纵轴为功率,单位为dB。
其中,sFA_peak为大于检测门限的峰值信号,此信号由峰值脉冲分配模块检测得到。对于多频段系统sFA_peak需要满足下面4个条件才能最终能确定是确实需要削除的峰值信号。检测该峰值信号sFA_peak包括以下步骤:
1)设置峰值检测器的检测门限值,其中,检测门限值大于削峰门限值A。具体的说,宽频MPC-CFR处理需要设置两个门限,一个检测门限,一个削峰门限,检测门限稍微高于削峰门限。上述设置可以使得宽频PC-CFR算法忽视刚刚超过门限的峰值,以更多的精力关注超过门限一定距离的峰值。从而达到有效降低峰值再生的可能,降低EVM的恶化。
2)峰值检测器检测信号sFA_band的峰值信号时,检测到一个峰值信号tmp_sFA_peak,则启动计数器,如果在采样周期内出现低于检测门限值的信号,则查找前面超过检测门限值的最大数值,该最大数值为峰值信号sFA_peak。
对于F/A跨频段信号处理:削峰操作在检测到峰值信号时,如果检测到一个峰值信号tmp_sFA_peak,则先启动计数器。如果在N个采样周期内出现了低于门限的信号,此时查找前面超过门限的最大数值,该最大数值即为sFA_peak。具体的说,如果出现低于门限的信号出现,需要查找前面的峰值功率点作为检测到的sFA_peak,这样就可以有效的检测到相应的峰值信号。在本实施例中,N=32。
图7示出了峰值信号选取的示意图。在图7中,“。”表示输入信号幅度,“—”表示检测门限。横轴为采样周期,纵轴为信号幅度。结合图7所示,在第5个时钟周期出现一个峰值信号,随后3个周期内出现了低于门限的信号,此时可以确定第3个采样点出现的信号作为检测到的sFA_peak。
3)峰值检测器在检测到峰值tmp_sFA_peak之后,在采样周期内,出现更大的峰值信号则选择所述更大的峰值信号作为sFA_peak,如果在采样周期内没有出现更大的峰值则选择当前峰值点tmp_sFA_peak作为sFA_peak。
峰值检测器在检测到峰值tmp_sFA_peak之后,在N个采样周期内出现了更大的峰值信号就选择这个更大的峰值信号作为sFA_peak。如果在N个采样周期内没有出现更大的峰值就选择当前峰值点tmp_sFA_peak作为sFA_peak。通过上述方式可以优先考虑最高的峰值点进行峰值操作,能更有效的抑制高峰值点的信号功率。在本实施例中,N=32。
结合图7所示,在第12个采样周期的时候出现峰值设置为tmp_sFA_peak,暂时不选择,在随后的第3个采样周期后出现一个更大的峰值,并且在那之后没有再出现更高的峰值,则那个峰值作为sFA_peak。
4)检测到一个峰值点sFA_peak之后,启动计数器N1,如果N1在规定的采样周期内再次出现满足条件的峰值信号,则忽略后面这个峰值信号,继续寻找后面的峰值信号。
由于F/A间隔较宽的频段,结合图8所示,F/A间隔频段为95MHz。这样叠加后的F/A信号呈现一种高密度过门限的峰值点,这是由于F/A是不相邻的频段,此时时域信号功率呈现“窄峰值分布”。“窄峰值分布”由于频域分布和时域的峰值分布呈现倒数,频域越宽,时域越窄。
此时需要设置分配空间(alloc_spacing)。分配空间的目的是阻止峰值的过多削除。设置分配空间的方法包括:检测到一个峰值点sFA_peak之后,启动计数器N1,如果N1在规定的采样周期内,即分配空间内再次出现满足条件的峰值信号,则忽略后面这个峰值信号,继续寻找后面的峰值信号。也就是在分配空间内只能出现对一个峰值信号进行削峰操作。
对于宽频F/A信号,分配空间不应设置为零值。图9示出了有分配空间时峰值信号的选取。在图9中,“。”表示输入信号幅度,“—”表示检测门限。横轴为采样周期,纵轴为信号幅度。如图9中所示,分配空间设置为6,在第5个采样周期出现峰值选择进行削除,在第8个采样周期内再次出现峰值将不被选择。
结合图10和图11,分析引入分配空间带来的益处。图10示出了分配空间为0时的削峰效果图。在图10和图11中,“。”表示输入信号幅度,“.”表示削峰输出信号,“—”表示检测门限。
如图10中所示,分配空间为0,即ALLOC SPACE=0时,由于满足峰值检测条件,所以第二个峰值检测后再次削除,导致前面的峰值呈现过削的情况出现。
如图11中所示,分配空间为8,即ALLOC SPACE=8时,不会有峰值过削的情况出现。
当然“分配空间”的引入,导致出现漏削的可能。但是MPC-CFR采用的是多级削峰,第一级漏削的信号将会被第二级削峰器完成峰值的效果。经过上述一系列峰值选择优化以及削峰系数的优化后,F/A频段的信号峰值被有效削除。
图12示出了有分配空间的F/A频段时域功率削峰前后示意图。图13示出了有分配空间的F/A频段频域功率削峰前后示意图。在图12中,横轴为数据序列,纵轴为功率。在图13中,横轴为频率,纵轴为功率。结合图12和图13可以看出,通过本实施例采用的方法,可以使得F/A多频段在削峰后峰值既可以有效削除,频谱也没有恶化。
本方面实施例的上述方式是在TD-SCDMA下,进行削峰处理。本发明进一步提供对于宽频存在的另一种方式:多模方式的削峰处理。在本实施例中,多模方式的削峰处理为TD和LTE共存时进行削峰处理。
对于TD和LTE共存,LTE-TDD采用单载波,1200个子载波的有效带宽为18MHZ,其中每一个子载波15KHZ,信号分配的发射带宽为20MHZ。对于宽频PC-CFR在设计原型削峰系数的频谱时,设计的原型削峰系数通带变窄,使得削峰前后信号的ACPR不会由于过削而恶化。
图14示出了TD和LTE共模时的削峰处理示意图。结合图14所示,当TD和LTE共平台削峰处理时,对于TD-SCDMA的原型系数处理如下:
filter_f=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′。
对于LTE-TDD由于采用的是单载波,现在LTE有效带宽是18MHZ,发射带宽是20MHZ。filter_fLTE为LTE的滤波器系数,获得filter_fLTE的方式包括:
1)
filter_fLTE=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′。
2)首先,计算滤波器阶数,
[N,Fo,Ao,W]=firpmord([Fpass,Fstop]/(Fs/2),[1 0],[Dpass,Dstop]),
其中,通带截止频率Fpass=7.67(MHz),阻带截止频率Fstop=9.7(MHz);通带波纹Dpass=10^(pass_db/20)-1,其中pass_db=0.1,表明通带波纹是0.1dBc;阻带衰减Dstop=10^(stop_db/20),其中stop_db=-70;表明阻带衰减需要有70dBc的抑制。信号的采样频率是Fs,根据中频速率确定,例如Fs=92.16(MHz)。
根据firpmord计算得到的滤波器阶数N,,标准频率Fo,频带的幅度Ao以及权重W,调用函数firpm计算滤波器系数filter_fLTE,
filter_fLTE=firpm(N,Fo,Ao,W,{dens});
其中,dens=40。
在设置削峰原型系数的频谱时,通带变窄,使得削峰前后信号的ACPR不会由于削峰而恶化。此时TD和LTE共存时的削峰系数为:
hTD_LTE(n)=hTD(n)·exp(jωTDn)+filter_fLTE(n)(n)·exp(jωLTEn)。
图15示出了TD和LTE共模时的削峰处理示意图。在图15中,“.”表示TD的削峰系数,“。”表示LTE的削峰系数,“—”表示TD和LTE共模的削峰系数。图中横轴为采样周期,纵轴为信号幅度。图16为TD和LTE的削峰系数频谱图。图17为TD和LTE的削峰前后频谱对照图。从图17中可以发现,频谱没有发生恶化。
由于TD和LTE共存,峰值分布比较密集,所以采用多级削峰装置对众多的峰值信号进行削除。
实验效果显示对于连续的宽频移动通信系统经管峰值分布比较多,但并不是很密集,分配空间可以小一些。同时削峰的级数可以增加,增大削峰的处理效果。
根据用户需要,支持共模方式的同时需要支持单模方式。本发明的实施例采用PC-CFR,在支持共模方式的同时支持单模方式,对削峰系数设置零值来完成。
具体的说,TD和LTE可以共存,也可以单独削峰。当仅仅打开TD-SCDMA系统时,则LTE的原型削峰系数设置为零值,
即,hTD_LTE(n)=hTD(n)·exp(jωTDn)+zeros(1,255),
其中,zeros为Matlab中的零函数,zeros(1,255)表示1行255列的零矩阵。当仅仅打开LTE系统时,则TD的原型削峰系数设置为零值,
即,hTD_LTE(n)=filter_fLTE(n)(n)·exp(jωLTEn)。
因此,仅通过调整削峰系数,即可完成TD和LTE共存的共同削峰,或者仅TD削峰,或者仅LTE的削峰操作。
根据本发明实施例提供的宽频信号波峰削除方法,通过完善和改进PC-CFR算法,获得多载波多频段的(MPC-CFR)算法,此算法能够适应TD-SCDMA多频段(宽频RRU)削峰。也能够应用在TD和LTE混合平台上,不但削峰效果有效,ACPR也没有恶化,具有很高的实用价值,现在已经用于TD-LTE共模平台,将来还会用于宽频RRU的削峰操作。
本发明还公开了一种宽频信号波峰削除装置,结合图18所示,该装置100包括频谱搬移模块110、叠加模块120以及削峰模块130。
具体的说,频谱搬移模块110,用于将第一频段和第二频段的多载波信号在物理层完成各自频段的物理层相位旋转后,进行数字中频滤波,完成各自频段信号的频谱成型后进行频谱搬移到各自的频段。
在本实施例中,第一频段为F频段,第二频段为A频段。具体的说,结合图4所示,频谱搬移模块110将TD-SCDMA多载波信号在物理层完成各自频段的物理层相位旋转,降低Midamble信号的功率,然后进行数字中频滤波,完成各自频段信号的频谱成型后搬移到各自的偏移频段。其中,
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FIR滤波器的处理;ωc:是载波的频点;
exp(jφk):多载波独立相位调节因子;Tx_amplit(k):物理层幅度调节因子。
叠加模块120,用于将来自频谱搬移模块110的第一频段和第二频段频谱搬移后的多载波信号完成各自叠加之后,在数字中频完成第一频段和第二频段的多载波信号叠加sFA_band=sF_band(kT)+sA_band(kT)。
频谱搬移模块110将F频段和A频段完成各自的多载波叠加之后,叠加模块120在数字中频完成A/F频段的多载波信号叠加:
宽频信号波峰削除装置100还包括削峰模块130,用于对叠加模块120叠加后的信号sFA_band进行多频段、多载波、多模式的削峰处理波峰因子降低CFR操作,并输出削峰后的多载波信号。
对叠加模块120叠加后的信号sFA_band进行CFR操作,该削峰操作进行的是多频段,多载波,多模式的削峰处理,即MPC-CFR。其中,MPC-CFR模块内部主要分为七个子模块,包括延时模块、峰值检测模块、峰值定标模块、峰值分配模块、CPG模块、SUM模块和SUBTRACT模块。
具体的说,各个子模块的功能如下:
延时模块:由于产生削峰序列的链路有一个固定的延时,该模块就完成输入数据的固定延时,保持和产生的削峰序列所需要的时间相同,最后同步输入减法模块。
峰值检测模块:峰值点的检测模块,所有高于门限值的部分都进行峰值判别。
峰值定标模块:(|sFA_peak(t)|-A)·exp(j·angle(sFA_peak(t)))|sFA_peak(t)|为检测到的峰值序列;A为门限值,angle(sFA_peak(t))为sFA_peak(t)对应的相位信息,sFA_peak(t)为A/F检测到的峰值信号。
峰值分配模块:将检测到的每一个峰值分配一个削峰脉冲产生器(CPG)模块。
削峰脉冲产生模块(CPG模块):主要存储着固定长度的削峰序列,每一个CPG模块一次只能处理一个峰值点,一旦处于空闲状态时,削峰脉冲控制模块就会分配一个峰值给空闲着的CPG模块处理,如果所有CPG模块都无空闲,那么对于接下来检测到的峰值点都不会进行消峰处理。
SUM模块:将所有的CPG模块的输出都相加,形成削峰序列。
SUBTRACT模块:用原始信号经过DELAY模块后,减去SUM模块形成的削峰序列,得到的结构为CFR模块的最终输出结果。
根据上述对MPC-CFR模块的说明,削峰模块130可以得到削峰处理的数学模型如下:
sFA_cfr(t)=sFA_band(t)-spc_noise(t)。
其中,hFA(n)为F频段和A频段削峰系数,此系数根据F频段和A频段各自的TD-SCDMA的载波个数叠加后生成。该削峰系数hFA(n)的生成是在原型削峰系数生成模块中完成,包括:
hFA(n)=hF_band(n)·exp(jωFt)+hA_band(n)·exp(jωAt)
其中,filter_f的生成方式如下:
filter_f=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′。
但是对于频段F和频段A频段跨度比大,原型削峰滤波器系数hFA(n)叠加的载波数:I(n)=IF(n)+IA(n)过多。因此,采用上述方式生成的削峰系数hFA(n)不适合宽频削峰。
为解决上述问题,本实施例提出的削峰模块130对F频段和A频段各自频段的削峰系数的频带先扩展,然后再叠加生成削峰系数hFA(n),包括:
filter_fF/A=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′。
F1和F2频段先根据载波数量扩展后再生成滤波器系数filter_f,计算削峰系数hFA(n)如下:hFA(n)=filter_fF(n)·exp(jωFt)+filter_fA(n)(n)·exp(jωAt)。
图5和图6分别示出了TD-SCDMA的F/A频段信号,采样频率FS=92.16MHz时削峰后在时域和频域的示意图。在图5中,横轴为序列索引表,纵轴为幅度。在图6中,横轴为频率,单位为MHz;纵轴为功率,单位为dB。
其中,sFA_peak为大于检测门限的峰值信号,此信号由峰值脉冲分配模块检测得到。对于多频段系统sFA_peak需要满足下面4个条件才能最终能确定是确实需要削除的峰值信号。削峰模块130检测该峰值信号sFA_peak包括以下步骤:
1)设置峰值检测器的检测门限值,其中,检测门限值大于削峰门限值A。具体的说,宽频MPC-CFR处理需要设置两个门限,一个检测门限,一个削峰门限,检测门限稍微高于削峰门限。上述设置可以使得宽频PC-CFR算法忽视刚刚超过门限的峰值,以更多的精力关注超过门限一定距离的峰值。从而达到有效降低峰值再生的可能,降低EVM的恶化。
2)峰值检测器检测信号sFA_band的峰值信号时,检测到一个峰值信号tmp_sFA_peak,则启动计数器,如果在采样周期内出现低于检测门限值的信号,则查找前面超过检测门限值的最大数值,该最大数值为峰值信号sFA_peak。
对于F/A跨频段信号处理:削峰操作在检测到峰值信号时,如果检测到一个峰值信号tmp_sFA_peak,则先启动计数器。如果在N个采样周期内出现了低于门限的信号,此时查找前面超过门限的最大数值,该最大数值即为sFA_peak。具体的说,如果出现低于门限的信号出现,需要查找前面的峰值功率点作为检测到的sFA_peak,这样就可以有效的检测到相应的峰值信号。在本实施例中,N=32。
图7示出了峰值信号选取的示意图。在图7中,“。”表示输入信号幅度,“—”表示检测门限。横轴为采样周期,纵轴为信号幅度。结合图7所示,在第5个时钟周期出现一个峰值信号,随后3个周期内出现了低于门限的信号,此时可以确定第3个采样点出现的信号作为检测到的sFA_peak。
3)峰值检测器在检测到峰值tmp_sFA_peak之后,在采样周期内,出现更大的峰值信号则选择所述更大的峰值信号作为sFA_peak,如果在采样周期内没有出现更大的峰值则选择当前峰值点tmp_sFA_peak作为sFA_peak。
峰值检测器在检测到峰值tmp_sFA_peak之后,在N个采样周期内出现了更大的峰值信号就选择这个更大的峰值信号作为sFA_peak。如果在N个采样周期内没有出现更大的峰值就选择当前峰值点tmp_sFA_peak作为sFA_peak。通过上述方式可以优先考虑最高的峰值点进行峰值操作,能更有效的抑制高峰值点的信号功率。在本实施例中,N=32。
结合图7所示,在第12个采样周期的时候出现峰值设置为tmp_sFA_peak,暂时不选择,在随后的第3个采样周期后出现一个更大的峰值,并且在那之后没有再出现更高的峰值,则那个峰值作为sFA_peak。
4)检测到一个峰值点sFA_peak之后,启动计数器N1,如果N1在规定的采样周期内再次出现满足条件的峰值信号,则忽略后面这个峰值信号,继续寻找后面的峰值信号。
由于F/A间隔较宽的频段,结合图8所示,F/A间隔频段为95MHz。这样叠加后的F/A信号呈现一种高密度过门限的峰值点,这是由于F/A是不相邻的频段,此时时域信号功率呈现“窄峰值分布”。“窄峰值分布”由于频域分布和时域的峰值分布呈现倒数,频域越宽,时域越窄。
此时需要设置分配空间(alloc_spacing)。分配空间的目的是阻止峰值的过多削除。设置分配空间的方法包括:检测到一个峰值点sFA_peak之后,启动计数器N1,如果N1在规定的采样周期内,即分配空间内再次出现满足条件的峰值信号,则忽略后面这个峰值信号,继续寻找后面的峰值信号。也就是在分配空间内只能出现对一个峰值信号进行削峰操作。
对于宽频F/A信号,分配空间不应设置为零值。图9示出了有分配空间时峰值信号的选取。在图9中,“。”表示输入信号幅度,“—”表示检测门限。横轴为采样周期,纵轴为信号幅度。如图9中所示,分配空间设置为6,在第5个采样周期出现峰值选择进行削除,在第8个采样周期内再次出现峰值将不被选择。
结合图10和图11,分析引入分配空间带来的益处。图10示出了分配空间为0时的削峰效果图。在图10和图11中,“。”表示输入信号幅度,“.”表示削峰输出信号,“—”表示检测门限。
如图10中所示,分配空间为0,即ALLOC SPACE=0时,由于满足峰值检测条件,所以第二个峰值检测后再次削除,导致前面的峰值呈现过削的情况出现。
如图11中所示,分配空间为8,即ALLOC SPACE=8时,不会有峰值过削的情况出现。
当然“分配空间”的引入,导致出现漏削的可能。但是MPC-CFR采用的是多级削峰,第一级漏削的信号将会被第二级削峰器完成峰值的效果。经过上述一系列峰值选择优化以及削峰系数的优化后,F/A频段的信号峰值被有效削除。
图12示出了有分配空间的F/A频段时域功率削峰前后示意图。图13示出了有分配空间的F/A频段频域功率削峰前后示意图。在图12中,横轴为数据序列,纵轴为功率。在图13中,横轴为频率,纵轴为功率。结合图12和图13可以看出,通过本实施例采用的方法,可以使得F/A多频段在削峰后峰值既可以有效削除,频谱也没有恶化。
本方面实施例的上述方式是在TD-SCDMA下,进行削峰处理。本发明进一步提供对于宽频存在的另一种方式:多模方式的削峰处理。在本实施例中,削峰模块130对多模方式的削峰处理为TD和LTE共存时进行削峰处理。
对于TD和LTE共存,LTE-TDD采用单载波,1200个子载波的有效带宽为18MHZ,其中每一个子载波15KHZ,信号分配的发射带宽为20MHZ。对于宽频PC-CFR在设计原型削峰系数的频谱时,设计的原型削峰系数通带变窄,使得削峰前后信号的ACPR不会由于过削而恶化。
图14示出了TD和LTE共模时的削峰处理示意图。结合图14所示,当TD和LTE共平台削峰处理时,削峰模块130对于TD-SCDMA的原型系数处理如下:
filter_f=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′。
对于LTE-TDD由于采用的是单载波,现在LTE有效带宽是18MHZ,发射带宽是20MHZ。filter_fLTE为LTE的滤波器系数,获得filter_fLTE的方式包括:
1)
filter_fLTE=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′。
2)首先,计算滤波器阶数,
[N,Fo,Ao,W]=firpmord([Fpass,Fstop]/(Fs/2),[1 0],[Dpass,Dstop]),
其中,通带截止频率Fpass=7.67(MHz),阻带截止频率Fstop=9.7(MHz);通带波纹Dpass=10^(pass_db/20)-1,其中pass_db=0.1,表明通带波纹是0.1dBc;阻带衰减Dstop=10^(stop_db/20),其中stop_db=-70;表明阻带衰减需要有70dBc的抑制。信号的采样频率是Fs,根据中频速率确定,例如Fs=92.16(MHz)。
根据firpmord计算得到的滤波器阶数N,,标准频率Fo,频带的幅度Ao以及权重W,调用函数firpm计算滤波器系数filter_fLTE,
filter_fLTE=firpm(N,Fo,Ao,W,{dens});
其中,dens=40。
在设置削峰原型系数的频谱时,通带变窄,使得削峰前后信号的ACPR不会由于削峰而恶化。此时,削峰模块130得到TD和LTE共存时的削峰系数为:
hTD_LTE(n)=hTD(n)·exp(jωTDn)+filter_fLTE(n)(n)·exp(jωLTEn)。
图15示出了TD和LTE共模时的削峰处理示意图。在图15中,“.”表示TD的削峰系数,“。”表示LTE的削峰系数,“—”表示TD和LTE共模的削峰系数。图中横轴为采样周期,纵轴为信号幅度。图16为TD和LTE的削峰系数频谱图。图17为TD和LTE的削峰前后频谱对照图,横轴为频率,单位为MHz;纵轴为功率,单位为dB。从图17中可以发现,频谱没有发生恶化。
由于TD和LTE共存,峰值分布比较密集,所以采用多级削峰装置对众多的峰值信号进行削除。
实验效果显示对于连续的宽频移动通信系统经管峰值分布比较多,但并不是很密集,分配空间可以小一些。同时削峰的级数可以增加,增大削峰的处理效果。
根据用户需要,支持共模方式的同时需要支持单模方式。本发明的实施例采用PC-CFR,在支持共模方式的同时支持单模方式,对削峰系数设置零值来完成。
具体的说,TD和LTE可以共存,也可以单独削峰。当仅仅打开TD-SCDMA系统时,则LTE的原型削峰系数设置为零值,
即,hTD_LTE(n)=hTD(n)·exp(jωTDn)+zeros(1,255)。
当仅仅打开LTE系统时,则TD的原型削峰系数设置为零值,
即,hTD_LTE(n)=filter_fLTE(n)(n)·exp(jωLTEn)。
因此,仅通过调整削峰系数,即可完成TD和LTE共存的共同削峰,或者仅TD削峰,或者仅LTE的削峰操作。
根据本发明实施例提供的宽频信号波峰削除装置,通过完善和改进PC-CFR算法,获得多载波多频段的(MPC-CFR)算法,此算法能够适应TD-SCDMA多频段(宽频RRU)削峰。也能够应用在TD和LTE混合平台上,不但削峰效果有效,ACPR也没有恶化,具有很高的实用价值,现在已经用于TD-LTE共模平台,将来还会用于宽频RRU的削峰操作。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种宽频信号波峰削除方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一频段和第二频段的多载波信号在物理层完成各自频段的物理层相位旋转后,进行数字中频滤波,完成各自频段信号的频谱成型后进行频谱搬移到各自的频段;
第一频段和第二频段频谱搬移后的所述多载波信号完成各自叠加之后,在数字中频完成第一频段和第二频段的多载波信号叠加sFA_band=sF_band(kT)+sA_band(kT);
对叠加后的信号sFA_band进行多频段、多载波、多模式的削峰处理波峰因子降低CFR操作,并输出削峰后的多载波信号。
2.如权利要求1所述的宽频信号波峰削除方法,其特征在于,对叠加后的信号sFA_band进行多频段、多载波、多模式的削峰处理波峰因子降低CFR操作包括:
对所述叠加后的信号sFA_band通过以下公式进行削峰处理:
sFA_cfr(t)=sFA_band(t)-spc_noise(t),其中hFA(n)为第一频段和第二频段的削峰系数,A为削峰门限值,sFA_peak(t)为所述叠加后的信号sFA_band检测到的峰值信号。
3.如权利要求2所述的宽频信号波峰削除方法,其特征在于,所述第一频段和第二频段的削峰系数hFA(n)通过以下方式获得:
对所述第一频段和第二频段各自频段的削峰系数的频带先扩展,然后再叠加生成削峰系数hFA(n)。
4.如权利要求3所述的宽频信号波峰削除方法,其特征在于,对所述第一频段和第二频段各自频段的削峰系数的频带先扩展,然后再叠加生成削峰系数hFA(n)包括以下方式:
第一频段和第二频段先根据载波数量扩展后再生成滤波器系数filter_fF/A,
filter_fF/A=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′,其中,
计算削峰系数hFA(n)如下:
hFA(n)=filter_fF(n)·exp(jωFt)+filter_fA(n)(n)·exp(jωAt)。
5.如权利要求2所述的宽频信号波峰削除方法,其特征在于,检测所述峰值信号sFA_peak(t)包括以下步骤:
设置峰值检测器的检测门限值,其中,所述检测门限值大于削峰门限值A;
峰值检测器检测信号sFA_band的峰值信号时,检测到一个峰值信号tmp_sFA_peak,则启动计数器,如果在采样周期内出现低于检测门限值的信号,则查找前面超过检测门限值的最大数值,所述最大数值为峰值信号sFA_peak;
峰值检测器在检测到峰值tmp_sFA_peak之后,在采样周期内,出现更大的峰值信号则选择所述更大的峰值信号作为sFA_peak,如果在采样周期内没有出现更大的峰值则选择当前峰值点tmp_sFA_peak作为sFA_peak;
检测到一个峰值点sFA_peak之后,启动计数器N1,如果N1在规定的采样周期内再次出现满足条件的峰值信号,则忽略后面这个峰值信号,继续寻找后面的峰值信号。
6.如权利要求1所述的宽频信号波峰削除方法,其特征在于,当TD和LTE共平台削峰处理时,削峰系数为:
hTD_LTE(n)=hTD(n)·exp(jωTDn)+filter_fLTE(n)(n)·exp(jωLTEn),
其中,hTD(n)为TD-SCDMA的原型削峰系数,
filter_f=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′;
filter_fLTE为LTE的滤波器系数,
filter_fLTE=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′。
7.如权利要求6所述的宽频信号波峰削除方法,其特征在于,当仅打开TD-SCDMA系统时,则LTE系统的原型削峰系数设置为零值,
hTD_LTE(n)=hTD(n)·exp(jωTDn)+zeros(1,255);
当仅打开LTE系统时,则TD-SCDMA系统的原型削峰系数设置为零值,
hTD_LTE(n)=filter_fLTE(n)(n)·exp(jωLTEn)。
8.一种宽频信号波峰削除装置,其特征在于,包括频谱搬移模块、叠加模块以及削峰模块,
所述频谱搬移模块,用于将第一频段和第二频段的多载波信号在物理层完成各自频段的物理层相位旋转后,进行数字中频滤波,完成各自频段信号的频谱成型后进行频谱搬移到各自的频段;
所述叠加模块,用于将来自所述频谱搬移模块的第一频段和第二频段频谱搬移后的所述多载波信号完成各自叠加之后,在数字中频完成第一频段和第二频段的多载波信号叠加sFA_band=sF_band(kT)+sA_band(kT);
所述削峰模块,用于对所述叠加模块叠加后的信号sFA_band进行多频段、多载波、多模式的削峰处理波峰因子降低CFR操作,并输出削峰后的多载波信号。
9.如权利要求8所述的宽频信号波峰削除装置,其特征在于,所述削峰模块对叠加后的信号sFA_band进行多频段、多载波、多模式的削峰处理波峰因子降低CFR操作包括:
所述削峰模块对所述叠加后的信号sFA_band通过以下公式进行削峰处理:
sFA_cfr(t)=sFA_band(t)-spc_noise(t),其中hFA(n)为第一频段和第二频段的削峰系数,A为削峰门限值,sFA_peak(t)为所述叠加后的信号sFA_band检测到的峰值信号。
10.如权利要求9所述的宽频信号波峰削除装置,其特征在于,所述第一频段和第二频段的削峰系数hFA(n)通过以下方式获得:
所述削峰模块对所述第一频段和第二频段各自频段的削峰系数的频带先扩展,然后再叠加生成削峰系数hFA(n)。
11.如权利要求10所述的宽频信号波峰削除装置,其特征在于,所述削峰模块对所述第一频段和第二频段各自频段的削峰系数的频带先扩展,然后再叠加生成削峰系数hFA(n)包括以下方式:
第一频段和第二频段先根据载波数量扩展后再生成滤波器系数filter_fF/A,
filter_fF/A=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′,其中,
计算削峰系数hFA(n)如下:
hFA(n)=filter_fF(n)·exp(jωFt)+filter_fA(n)(n)·exp(jωAt)。
12.如权利要求9所述的宽频信号波峰削除装置,其特征在于,所述削峰模块检测所述峰值信号sFA_peak(t)包括:
所述削峰模块设置峰值检测器的检测门限值,其中,所述检测门限值大于削峰门限值A;
峰值检测器检测信号sFA_band的峰值信号时,检测到一个峰值信号tmp_aFA_peak,则启动计数器,如果在采样周期内出现低于检测门限值的信号,则查找前面超过检测门限值的最大数值,所述最大数值为峰值信号sFA_peak;
峰值检测器在检测到峰值tmp_sFA_peak之后,在采样周期内,出现更大的峰值信号则选择所述更大的峰值信号作为sFA_peak,如果在采样周期内没有出现更大的峰值则选择当前峰值点tmp_sFA_peak作为sFA_peak;
检测到一个峰值点sFA_peak之后,启动计数器N1,如果N1在规定的采样周期内再次出现满足条件的峰值信号,则忽略后面这个峰值信号,继续寻找后面的峰值信号。
13.如权利要求8所述的宽频信号波峰削除装置,其特征在于,当TD和LTE共平台,所述削峰模块削峰处理时,削峰系数为:
hTD_LTE(n)=hTD(n)·exp(jωTDn)+filter_fLTE(n)(n)·exp(jωLTEn),
其中,hTD(n)为TD-SCDMA的原型削峰系数,
filter_f=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′;filter_fLTE为LTE的滤波器系数,
filter_fLTE=firls(cfr_naps-1,[0 f1 f2 1],[1 1 0 0],[1 0]).*kaiser(cfr_naps,5)′。
14.如权利要求13所述的宽频信号波峰削除装置,其特征在于,当仅打开TD-SCDMA系统时,则LTE系统的原型削峰系数设置为零值,
hTD_LTE(n)=hTD(h)·exp(jωTDn)+zeros(1.255);
当仅打开LTE系统时,则TD-SCDMA系统的原型削峰系数设置为零值,
hTD_LTE(n)=filter_fLTE(n)(n)·exp(jωLTEn)。
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