CN103685097A - 一种信号处理方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种信号处理方法、装置及系统，可以在需要在较低的采样速率下，对宽带的基带信号进行削峰时，通过插值滤波处理得到采样速率较高的基带信号，使得信号的峰值位置更加准确，通过对采样速率较高的基带信号的削峰，可以准确消除峰值，提高削峰效果，并可以将削峰处理后信号的采样速率变换为第一采样速率，便于后续处理。经过如上处理，可以使得后续进行变频或数模转换处理的信号，相对于直接对基带信号进行削峰得到的用于后续进行变频或数模转换处理的信号，在相同采样点的信号幅值较小，后续进行变频或数模转换处理过程中，需要进行插值滤波操作时，出现峰值再生的可能性降低，使得信号具备良好的抑制峰值再生的能力。

Description

一种信号处理方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种信号处理方法、装置及系统。

背景技术

随着通讯技术的不断发展，对通讯设备的整体效率要求也越来越高。目前由于多用户、多载波、高阶调制等技术的使用，往往使得信号有较高峰均比（PAPR，Peak to Average Power Ratio），这一问题在第三代通信（3G）系统与长期演进（LTE，Long Term Evolution）系统中尤其明显。信号有较高峰均比会导致：1.因信号高峰均比所引起的峰值回退直接影响功放的效率，从而降低整机的效率。2.信号高峰均比也会影响数字预失真（DPD，DigitalPre-Distortion）的性能，进一步限制整机的工作效率。为此，能够降低信号峰均比的削峰技术在通信系统中处于非常重要的地位。

同时，随着通信行业向小型化，小范围覆盖等方向发展，基带直接到射频将是未来发展的一个方向，因此，对基带信号的处理显得越来越重要，对基带信号的削峰处理，在未来的小型化3G系统和LTE系统中有着十分重要的意义。

在部分应用场景，如目前的小型化基站，分布式系统，家庭基站（Femto）等应用场景，由于硬件的限制，尤其是数模转换器（DAC，Digital to AnalogConverter）输入速率的限制，需要在较低的采样速率下对基带信号进行削峰处理。由于在对基带信号的削峰处理中，基带信号的采样速率较低，而在目前的3G系统和LTE系统中，基带信号的带宽相对比较宽，使得根据削峰门限对基带信号进行削峰后，在后续的变频或数-模转换处理中，信号的峰值再生现象十分严重，使得信号的PAPR与互补累积分布函数（CCDF，ComplementaryCumulative Distribution Function）严重恶化，使削峰的效果大打折扣，达不到提高整机效率的目的。因此，如何对宽带的基带信号进行削峰处理，使得在后续的变频或数-模转换处理中，可以抑制信号的峰值再生现象，以提高整机效率，是目前十分迫切需要解决的一个问题。

发明内容

本发明实施例提供一种信号处理方法、装置及系统，使得对宽带的基带信号进行削峰处理后，保证后续信号在进行变频或数模转换处理时，具备良好的抑制峰值再生的能力。

一种信号处理装置，所述装置包括：

插值滤波单元，用于对接收到的基带信号进行插值倍数为L倍的插值滤波处理，所述L为大于1的正数；

限幅削峰单元，用于对插值滤波单元进行插值滤波处理后得到的信号进行削峰处理；

抽取滤波单元，用于将限幅削峰单元进行削峰处理后得到的信号的采样速率变换为第一采样速率。

一种信号处理系统，所述系统包括如上所述的信号处理装置，还包括数模转换器：

数模转换器，用于将经所述信号处理装置处理后得到的信号转换为模拟信号。

一种信号处理方法，所述方法包括：

对接收到的基带信号进行插值倍数为L倍的插值滤波处理，所述L为大于1的正数；

对进行插值滤波处理后得到的信号进行削峰处理；

将进行削峰处理后得到的信号的采样速率变换为第一采样速率。

根据本发明实施例提供的方案，可以在对基带信号进行削峰处理前，通过插值滤波处理提高基带信号的采样率，然后对经过插值滤波处理后的信号进行削峰处理，并可以对经过削峰处理后的信号的采样速率进行变换，从而可以在需要在较低的采样速率下，对宽带的基带信号进行削峰时，通过插值滤波处理得到采样速率较高的基带信号，使得信号的峰值位置更加准确，通过对采样速率较高的基带信号的削峰，可以准确消除峰值，提高削峰效果，并可以将削峰处理后信号的采样速率变换为第一采样速率，便于后续处理。经过如上处理，可以使得后续进行变频或数模转换处理的信号，相对于直接对基带信号进行削峰得到的用于后续进行变频或数模转换处理的信号，在相同采样点的信号幅值较小，后续进行变频或数模转换处理过程中，需要进行插值滤波操作时，出现峰值再生的可能性降低，使得信号具备良好的抑制峰值再生的能力，保证信号具有较低的PAPR。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的信号处理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的限幅削峰单元的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的限幅削峰子单元的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的信号处理方法的步骤流程图；

图5为本发明实施例二提供的信号处理过程的示意图；

图6为本发明实施例三提供的CCDF曲线示意图；

图7为本发明实施例三提供的CCDF曲线示意图；

图8为本发明实施例四提供的信号处理系统的结构示意图；

图9（a）、图9（b）和图9（c）为本发明实施例四提供的数字链路的结构示意图。

具体实施方式

相比现有技术中直接对基带信号进行削峰，并对削峰后得到的信号进行变频或数模转换的方案，本发明通过创新的基带削峰方法，可以使得宽带的基带信号削峰后，在采样速率不变的前提下，显著降低信号的PAPR，并且使信号具有良好的抑制峰值再生的特性，克服了后续变频或数模转换处理中使得信号PAPR和CCDF恶化的情况出现，能很好的应用在Femto等小型化设备中。

下面通过说明书附图和各实施例对本发明方案进行说明。

实施例一、

本发明实施例一提供一种信号处理装置，该装置的结构可以如图1所示，包括：

插值滤波单元11用于对接收到的基带信号进行插值倍数为L倍的插值滤波处理，所述L为大于1的正数；限幅削峰单元12用于对插值滤波单元进行插值滤波处理后得到的信号进行削峰处理；抽取滤波单元13用于将限幅削峰单元进行削峰处理后得到的信号的采样速率变换为第一采样速率。

第一采样速率可以是后续处理需要的采样速率，如，第一采样速率是数模转换器需要的采样速率，也可以不是后续处理需要的采样速率，如，第一采样速率是插值滤波单元接收到的基带信号的采样速率，此时进一步的，为了实现与后续处理需要的采样速率的匹配，所述装置还可以包括数字上变频单元14：

数字上变频单元14用于将抽取滤波单元变换后得到的所述第一采样速率的信号变换为第二采样速率的信号。

具体的，如图2所示，所述限幅削峰单元12可以包括M个依次级联的限幅削峰子单元120，所述M为正整数，如图3所示，每个限幅削峰子单元可以包括区域峰值检测模块1201、脉冲队列产生模块1202、延时模块1203和峰值对消模块1204，其中：

区域峰值检测模块1201用于在设定削峰时长内接收输入信号，从接收到的输入信号中搜索信号幅度超过检峰门限、且信号幅值最大的最大信号，记录该最大信号在所述输入信号中的位置以及该最大信号的信号幅值，并将该最大信号发送至所述脉冲队列产生模块；

脉冲队列产生模块1202用于在所述最大信号的位置，根据所述最大信号的信号幅值生成对消脉冲，并将所述对消脉冲发送给所述峰值对消模块；具体的，脉冲队列产生模块在生成对消脉冲时，可以根据设定的削峰处理后需要达到的PAPR目标以及所述最大信号的信号幅值确定对消脉冲。

延时模块1203用于延时指定时间后，将所述输入信号发送到所述峰值对消模块；

峰值对消模块1204用于利用所述对消脉冲对延时模块发送的输入信号进行削峰处理，并输出削峰处理后的信号。

当然，所述限幅削峰单元中的每个限幅削峰子单元除了通过如上所述的方式（四个模块协同工作）搜索每个设定的削峰时长内的最大信号，并针对该最大信号进行削峰处理之外，还可以通过其他方式来进行削峰处理，在此不再一一赘述。

所述M可以为1，即限幅削峰单元中可以包括一个限幅削峰子单元。但由于硬件上的限制，一个限幅削峰子单元的处理能力是有限的，可能无法处理输入信号中每个设定削峰时长内的最大信号，此时，限幅削峰单元中也可以包括多个限幅削峰子单元，利用多级限幅削峰子单元保证针对每个设定削峰时长内的最大信号的削峰处理。

需要说明的是，本实施例提供的装置可以通过现场可编程门阵列（FPGA，Field Programmable Gate Array），数字信号处理器（DSP，Digital SignalProcessing）或特殊应用集成电路（ASIC，Appication Specific Integrated Circuit）等硬件器件来实现。

与本发明实施例一基于同一发明构思，提供以下的方法。

实施例二、

本发明实施例二提供一种信号处理方法，该方法的步骤流程可以如图4所示，包括：

步骤101、进行插值滤波处理。

在本实施例中，插值滤波单元在接收到宽带的基带信号后，可以对该基带信号进行插值倍数为L倍的插值滤波处理，所述L为大于1的正数。插值倍数一般根据具体的需要而具体选择。当对低采样率的宽带基带信号进行插值到更高的采样率时，基带信号在时域上变得更加平滑，同时也会使得信号出现新的峰值。

信号处理过程示意图可以如图5所示，图5中的线条1表示插值滤波单元接收到的宽带基带信号，图5中的线条2表示进行插值滤波后得到的信号，图5中的线条3表示削峰门限，根据图5可以看出，相比线条1，线条2出现了高于削峰门限的信号幅值（形成了峰值），出现了峰值再生。

步骤102、进行削峰处理。

宽带基带信号在进行插值滤波处理后，限幅削峰单元可以进行削峰处理。削峰的目的是降低信号的PAPR，使得后续可以得到更高的功放效率。较优的，限幅削峰单元可以在设定削峰时长内接收所述插值滤波处理后得到的输入信号，从接收到的输入信号中搜索信号幅度超过检峰门限、且信号幅值最大的最大信号，记录该最大信号在所述输入信号中的位置以及该最大信号的信号幅值；在所述最大信号的位置，根据所述最大信号的信号幅值生成对消脉冲；具体的，所述对消脉冲可以根据设定的削峰处理后需要达到的PAPR目标确定；将所述插值滤波处理后得到的输入信号延时指定时间后，利用所述对消脉冲对所述延时后的输入信号进行削峰处理，并输出削峰处理后的信号。

限幅削峰单元中级联的限幅削峰子单元的数量可以根据需要设定，一般的，可以设定为2~4个。

限幅削峰子单元中的4个模块有机配合工作，可以在信号误差向量幅度（EVM）影响很小的情况下，对信号的峰值进行削减，使得信号幅值都在削峰门限以下，有效降低信号的PAPR。

利用限幅削峰单元进行削峰处理后得到的信号可以如图5中的线条4所示，经过削峰处理后，经过插值滤波处理后得到的信号（线条2表示的信号）的幅值均降到了削峰门限以下。

步骤103、进行抽取滤波处理。

在进行削峰处理后，抽取滤波单元可以对信号的采样速率进行变换，如，可以将削峰处理后信号的采样速率变换为插值滤波单元接收到的基带信号的采样速率，也可以将削峰处理后信号的采样速率变换为后续DAC需要的采样速率，实现与DAC采样速率的匹配。

以将削峰处理后信号的采样速率变换为插值滤波单元接收到的基带信号的采样速率为例，如图5所示，经过抽取滤波操作可以得到如图5所示的信号。

由图5可以看出，经过插值滤波处理、削峰处理和抽取滤波处理后，最终得到的信号（线条5表示的信号）相对于原始的基带信号（线条1表示的信号），具有相同的频谱特性，但在时域上已经不相同。即使对线条5表示的信号进行变频或数模转换时，对线条5表示的信号进行插值操作产生峰值再生的可能性，也低于对线条1表示的信号（由于需要进行削峰的宽带基带信号（线条1表示的信号）的信号幅度均低于削峰门限，因此，直接对该宽带基带信号进行削峰处理后得到的信号与该宽带基带信号相同）进行插值操作产生峰值再生的可能性，线条5表示的信号具有良好的抑制峰值再生的特性，后续继续进行变频或数模转换不会对信号的CCDF曲线产生较大影响。

当然，在本实施例中，还可以进一步对抽取滤波单元变换采样速率后得到的信号的采样速率进一步进行变换，则本实施例还可以包括步骤104：

步骤104、进行采样速率变换。

为了匹配后续处理，如DAC需要的采样速率，在本步骤中，可以对抽取滤波单元变换采样速率后得到的信号的采样速率进一步进行变换。具体的，可以是利用数字处理装置中的数字上变频单元执行本步骤，也可以是在DAC中包括数字上变频单元，利用该数字上变频单元执行本步骤。而由于依次经过插值滤波处理、削峰处理和抽取滤波处理后的信号具有良好的抑制峰值再生的特性，在本步骤中进行变频操作也不会对信号的CCDF曲线产生较大影响。

下面通过一个具体的实例对现有技术提供的对宽带基带信号直接削峰得到的信号、和本发明提供的对宽带基带信号依次进行插值滤波处理、削峰处理和抽取滤波处理得到的信号，进行插值处理得到的信号的CCDF曲线和PAPR进行比较说明。

实施例三、

具体的，如图6所示，按照现有技术，对采样速率为30.72Msps的长期演进（LTE）20M的宽带基带信号（线条1）直接进行削峰处理，削峰后其CCDF曲线为线条2。如果把削峰后的信号插值到245.76Msps，由于峰值再生，如线条3所示，CCDF曲线严重恶化，信号的PAPR由插值处理前的6.412db恶化到了7.689db。

而如图7所示，利用本发明提供的方案，对采样速率为30.72Msps的LTE20M的宽带基带信号（线条1）进行信号处理（依次进行插值滤波处理、削峰处理和抽取滤波处理），信号处理后得到的CCDF曲线（线条2（实线））和把信号处理后得到的信号插值到245.76Msps得到的CCDF曲线（线条3（虚线））基本没有发生变化，且插值处理后信号的PAPR为6.927db，也优于直接进行削峰处理后进行插值到245.76Msps得到的信号的PAPR，在性能上可以大约提高0.8~1db。

由此也证实，利用本发明提供的信号处理方法对宽带基带信号进行处理，可以使得处理后的信号具有良好的抑制峰值再生的能力，确保削峰的效果，从而保证后续的功放效率。

进一步的，本发明还提供以下的系统和数字链路。

实施例四、

本发明实施例四提供一种信号处理系统，如图8所示，该系统除了包括如实施例一提供的信号处理装置21，还包括数模转换器22：

数模转换器22用于将经所述信号处理装置处理后得到的信号转换为模拟信号。

当然，所述系统还可以进一步包括射频功放装置23，射频功放装置与数模转换器连接，用于将所述数模转换器转换后得到的模拟信号进行功率放大后输出。

具体的，本实施例可以提供以下的数字链路方案。

在信号处理装置中，抽取滤波单元变换后的采样速率可以是数模转换器需要的采样速率，则数字链路可以如图9（a）所示，将抽取滤波单元输出的信号输入到数模转换器中。

在信号处理装置中，抽取滤波单元变换后的采样速率也可以是插值滤波单元接收到的基带信号的采样速率，则数字链路可以如图9（b）所示，将抽取滤波单元输出的信号输入到数字上变频单元，由数字上变频单元来匹配数模转换器的输入速率要求。

当然，匹配数模转换器的输入速率要求的功能也可以由数模转换器来实现，数字链路可以如图9（c）所示，数模转换器可以包括数字上变频单元和数模转换单元，该数字上变频单元将经所述信号处理装置的抽取滤波单元处理后得到的第一采样速率的信号变换为第二采样速率的信号，数模转换单元，用于将经该数字上变频单元变换后得到的第二采样速率的信号转换为模拟信号（此时，信号处理装置可以无需包括数字上变频单元）。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：

插值滤波单元，用于对接收到的基带信号进行插值倍数为L倍的插值滤波处理，所述L为大于1的正数；

限幅削峰单元，用于对插值滤波单元进行插值滤波处理后得到的信号进行削峰处理；

抽取滤波单元，用于将限幅削峰单元进行削峰处理后得到的信号的采样速率变换为第一采样速率。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括数字上变频单元：

数字上变频单元，用于将抽取滤波单元变换后得到的所述第一采样速率的信号变换为第二采样速率的信号。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述限幅削峰单元包括M个依次级联的限幅削峰子单元，所述M为正整数，每个限幅削峰子单元包括区域峰值检测模块、脉冲队列产生模块、延时模块和峰值对消模块，其中：

区域峰值检测模块，用于在设定削峰时长内接收输入信号，从接收到的输入信号中搜索信号幅度超过检峰门限、且信号幅值最大的最大信号，记录该最大信号在所述输入信号中的位置以及该最大信号的信号幅值，并将该最大信号发送至所述脉冲队列产生模块；

脉冲队列产生模块，用于在所述最大信号的位置，根据所述最大信号的信号幅值生成对消脉冲，并将所述对消脉冲发送给所述峰值对消模块；具体的，脉冲队列产生模块可以根据设定的削峰处理后需要达到的PAPR目标，确定对消脉冲；

延时模块，用于延时指定时间后，将所述输入信号发送到所述峰值对消模块；

峰值对消模块，用于利用所述对消脉冲对延时模块发送的输入信号进行削峰处理，并输出削峰处理后的信号。

4.一种信号处理系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1~3任一所述的信号处理装置，还包括数模转换器：

数模转换器，用于将经所述信号处理装置处理后得到的信号转换为模拟信号。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括射频功放装置：

射频功放装置，用于将所述数模转换器转换后得到的模拟信号进行功率放大后输出。

6.一种信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：

对接收到的基带信号进行插值倍数为L倍的插值滤波处理，所述L为大于1的正数；

对进行插值滤波处理后得到的信号进行削峰处理；

将进行削峰处理后得到的信号的采样速率变换为第一采样速率。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述第一采样速率的信号变换为第二采样速率的信号。

8.如权利要求6或者7所述的方法，其特征在于，所述对进行插值滤波处理后得到的信号进行削峰处理具体包括：

在设定削峰时长内接收所述插值滤波处理后得到的输入信号，从接收到的输入信号中搜索信号幅度超过检峰门限、且信号幅值最大的最大信号，记录该最大信号在所述输入信号中的位置以及该最大信号的信号幅值；

在所述最大信号的位置，根据所述最大信号的信号幅值生成对消脉冲；具体的，所述对消脉冲可以根据设定的削峰处理后需要达到的PAPR目标确定；

将所述插值滤波处理后得到的输入信号延时指定时间后，利用所述对消脉冲对所述延时后的输入信号进行削峰处理，并输出削峰处理后的信号。

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