CN103812811A

CN103812811A - 数字信号峰值功率自动控制装置和方法

Info

Publication number: CN103812811A
Application number: CN201210442785.9A
Authority: CN
Inventors: 黄小锋; 介利军; 徐辉; 张占胜
Original assignee: Comba Telecom Systems China Ltd
Current assignee: Comba Network Systems Co Ltd
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: CN103812811B

Abstract

本发明提供一种数字信号峰值功率自动控制装置，该装置包括增益处理模块、输入幅度计算模块、输出幅度计算模块、衰减计算模块、比较模块和增益确定模块；该装置在衰减计算模块中计算得到衰减系数，根据输入幅度计算模块、输出幅度计算模块，在比较模块得到比较结果，最后在增益确定模块中确定增益值，实现对输入信号的增益控制。对应地，本发明还提供一种数字信号峰值功率自动控制方法。本发明能保证输出信号不超过门限值，并且信号的频谱形状基本保持不变，不会影响通信性能。

Description

数字信号峰值功率自动控制装置和方法

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，特别是涉及一种数字信号峰值功率自动控制装置，以及一种数字信号峰值功率自动控制方法。

背景技术

传统的数字通信系统的发射端，普遍采用了多载波信号，以便满足日益增长的通信业务的需求。然而，数字基带信号经过成型滤波、DDC、再合成多载波后，存在峰均比扩展、峰值功率不可控的问题，特别是对于数字直放站系统而言，由于输入功率的不确定，导致信号峰值功率完全不可控。为了限制信号的峰值功率，目前普遍的做法是加入硬消峰的方式，即把大于门限部分的信号峰值直接丢弃，从而限制输出信号的最大峰值功率。图1为硬消峰的应用场景一，硬消峰加在多载波合成模块的后面，确保合成的多载波信号峰值功率是可控的；图2为硬消峰的应用场景二，硬消峰加载DDC后，确保DDC输出后的信号峰值功率是可控的；图3是硬消峰的波形示意图。硬消峰在信号峰值功率比较稳定时，效果较好，当信号峰值功率变化较大时，硬消峰会衰减较多的信号峰值，造成信号频谱恶化严重，从而影响通信性能。

发明内容

基于此，本发明提供一种数字信号峰值功率自动控制装置和方法，本发明能实现自动控制输入信号的峰值功率，保证输出信号不超过门限值，并且信号的频谱形状基本保持不变，不会影响通信性能。

一种数字信号峰值功率自动控制装置，包括：增益处理模块、输入幅度计算模块、输出幅度计算模块、衰减计算模块、比较模块、增益确定模块；

所述增益处理模块用于将输入数字信号与增益值相乘得到输出数字信号，同时将所述输出数字信号反馈至所述输出幅度计算模块；

所述输入幅度计算模块，用于计算所述输入数字信号的输入幅度值，并将所述输入幅度值输出至所述比较模块；

所述输出幅度计算模块，用于计算从所述增益处理模块输入的所述输出数字信号的输出幅度值，并将所述输出幅度值输出至所述比较模块；

所述衰减计算模块，用于根据预设的门限值，以及根据从所述输入幅度计算模块输入的所述输入幅度值，计算衰减系数输出至所述增益确定模块；

所述比较模块，用于比较所述预设的门限值与从所述输入幅度计算模块输入的所述输入幅度值，以及比较所述预设的门限值与从所述输出幅度计算模块输入的所述输出幅度值，将得到的比较结果输出至所述增益确定模块；

所述增益确定模块，用于根据从所述比较模块输入的所述比较结果和从所述衰减计算模块输入的所述衰减系数，确定增益值，并将所述增益值输出至所述增益处理模块。

对应地，本发明还提供了一种数字信号峰值功率自动控制方法。

一种数字信号峰值功率自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将输入数字信号与增益值相乘得到输出数字信号；

计算所述输入数字信号的输入幅度值；

计算所述输出数字信号的输出幅度值；

根据预设的门限值和所述输入幅度值，计算衰减系数；

比较所述预设的门限值与所述输入幅度值，以及比较所述预设的门限值与所述输出幅度值，得到比较结果；

根据所述比较结果和所述衰减系数，确定与所述输入数字信号相乘的增益值。

本发明根据预设的门限值，通过简单的除法计算得到衰减系数，根据衰减系数自动调整增益值，实现了对输入信号的自动增益控制，保证输出信号不超过门限值；本发明通过实时调整增益值，信号的频谱形状基本保持不变，对信号无失真，从而确保通信性能不会降低。

附图说明

图1为硬消峰在一应用装置中的结构示意图。

图2为硬消峰在另一应用装置中的结构示意图。

图3为硬消峰的波形示意图。

图4为本发明数字信号峰值功率自动控制装置在一实施例中的结构示意图。

图5为本发明数字信号峰值功率自动控制装置在一实施例中的波形示意图。

图6为本发明数字信号峰值功率自动控制方法在一实施例中的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图4所示，是本发明数字信号峰值功率自动控制装置在一实施例中的结构示意图，包括增益处理模块402、输入幅度计算模块403、输出幅度计算模块404、衰减计算模块405、比较模块406、增益确定模块407；

在一较佳实施例中，还包括时延模块401，用于对输入数字信号进行延时，将延时后的所述输入数字信号输出至所述增益处理模块402；

可在主信号链路上，先对输入信号I_in/Q_in经过时延模块401进行T个周期的延时，以补偿后续的增益值计算所需的时间；所述周期为时钟周期，由芯片的工作时钟频率决定；时延等于输入幅度计算模块403的时钟周期加上衰减计算模块405的时钟周期。

所述增益处理模块402用于将输入数字信号与增益值相乘得到输出数字信号，同时将所述输出数字信号反馈至所述输出幅度计算模块404；

经过T个周期延时后的信号输入到增益处理模块402，进行信号的增益控制，将输入信号I_in/Q_in与当前生效的增益值Gain相乘，转换为输出信号I_out/Q_out后输出；同时将得到的输出信号I_out/Q_out再反馈至输出幅度计算模块404。

所述输入幅度计算模块403，用于计算所述输入数字信号的输入幅度值，并将所述输入幅度值输出至所述比较模块406；

在一较佳实施例中，所述输入幅度计算模块403，具体用于计算所述输入数字信号每个采样点的输入幅度值，计算公式为：

其中A_in为所述输入幅度值，I_in为所述输入数字信号的基带同相分量，Q_in为所述输入数字信号的基带正交分量。

所述输出幅度计算模块404，用于计算从所述增益处理模块402输入的所述输出数字信号的输出幅度值，并将所述输出幅度值输出至所述比较模块406；

在一较佳实施例中，所述输出幅度计算模块404，具体用于计算所述输出数字信号每个采样点的输出幅度值，计算公式为：

其中A_out为所述输出幅度值，I_out为所述输出数字信号的基带同相分量，Q_out为所述输出数字信号的基带正交分量。

所述衰减计算模块405，用于根据预设的门限值，以及根据从所述输入幅度计算模块403输入的所述输入幅度值，计算衰减系数输出至所述增益确定模块407；

在一较佳实施例中，所述衰减计算模块405中的所述衰减系数计算方法为：

Fr=K/A_in；其中，Fr为所述衰减系数；K为所述预设的门限值，代表信号链路所允许的最高峰值点；

衰减系数的计算思路及原理如下：

设输入信号的输入幅度值为A_in，允许输出信号的最高峰值幅度为K，且A_in大于K时，衰减系数的计算公式为：

Fr=K/A_in；

这样输出信号的输出幅度值A_out计算公式为：

A_out=Fr×A_in=K/A_in×A_in=K；

因此，本发明只需用简单的除法运算，即可实现对较大峰值功率的信号的衰减。

所述比较模块406，用于比较所述预设的门限值与从所述输入幅度计算模块403输入的所述输入幅度值，以及比较所述门限值与从所述输出幅度计算模块404输入的所述输出幅度值，将得到的比较结果输出至所述增益确定模块407；

在一较佳实施例中，所述比较模块406具体用于：将所述预设的门限值K与所述输入幅度值A_in或与所述输出幅度值A_out进行比较：

若所述输入数字信号一个采样点的输入幅度值A_in大于所述门限值K，则比较结果为信号大于门限；

若所述输入数字信号连续N个采样点的输入幅度值A_in都小于所述门限值K，则比较结果为信号小于门限；其中，所述N为预设的采样点判断个数，可根据实际需要设定；

若所述输出数字信号连续N个采样点的输出幅度值A_out都小于所述门限值K，则比较结果为信号小于门限；

所述输入数字信号与增益值进行相乘后得到的所述输出数字信号需反馈至输出幅度计算模块404，计算当前输出数字信号的幅度值，目的是为了能及时调整增益值Gain的大小；如果判断到输出数字信号的输出幅度值A_out持续都比门限值K小时，代表增益处理模块402当前对输入信号A_in的衰减量太大了，需要适当地增大增益值Gain，恢复部分衰减；

若所述输入数字信号一个采样点的输入幅度值A_in等于所述门限值K，则比较结果为信号等于门限。

所述增益确定模块407，用于根据从所述比较模块406输入的所述比较结果和从所述衰减计算模块405输入的所述衰减系数，确定增益值，并将所述增益值输出至所述增益处理模块402；

在一较佳实施例中，所述增益确定模块407具体用于：

当比较结果为所述信号大于门限时，如果当前采样点的所述衰减系数Fr比当前生效的所述增益值Gain小，则更新当前生效的所述增益值Gain为所述当前采样点的所述衰减系数Fr；如果当前采样点的所述衰减系数Fr比当前生效的所述增益值Gain大，则保持当前生效的所述增益值Gain不变；

当比较结果为判断所述信号小于门限时，则增大当前生效的所述增益值并更新；可根据预设的恢复参数，对当前生效的所述增益值进行恢复计算，更新所述增益值；

根据比较结果得知信号小于门限，代表增益处理模块402当前对输入数字信号的衰减量太大了，需要适当地增大增益值Gain，可设定为每次恢复当前衰减量（1-Gain）的一半，即当前生效的增益值为Gain，则更新Gain=Gain+(1-Gain)/2=(1+Gain)/2；

当判断所述信号等于门限，则保持当前生效的所述增益值Gain不变。

下面以一个具体的实施例进一步说明本发明：

如下表，以10个采样点为例，当前预设的门限值为5，预设的采样点判断个数为4，在第1个采样点前，当前生效的增益值Gain为2/3;

采样点	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											A_in	6	7	10	8	4	3	2	1	4	3
Fr	5/6	5/7	1/2	5/8	5/4	5/3	5/2	5/1	5/4	5/3
											Gain	2/3	2/3	1/2	1/2	1/2	1/2	1/2	3/4	3/4	3/4
A_out	4	4.6	5	4	2	1.5	1	0.75	3	2.25

第1个采样点的输入幅度值为6，比较结果为信号大于门限，衰减系数Fr计算为5/6，衰减系数大于当前生效的Gain，保持当前Gain不变，将输入信号乘以增益值Gain得到输出信号，输出信号的输出幅度值为4；

同理，对第2采样点进行增益衰减；

到第3个采样点，当前生效的增益值Gain为2/3；第3个采样点的输入幅度值为10，比较结果为信号大于门限，计算衰减系数Fr为1/2，衰减系数小于当前生效的Gain，更新Gain值为1/2，将输入信号乘以增益值Gain得到输出信号，输出信号的输出幅度值为5;

到第4个采样点，当前生效的增益值Gain为1/2；第4个采样点的输入幅度值为8，比较结果为信号大于门限，计算衰减系数Fr为5/8，衰减系数大于当前生效的Gain，Gain值不变，将输入信号乘以增益值Gain得到输出信号，输出信号的输出幅度值为4；

同理对第5~8个采样点进行增益衰减；

从比较结果得知输出信号已经连续4个采样点的输出幅度值小于门限值，信号的增益值太小，需对其进行调整；在本实施例中设置为每次将增益值增加衰减量（1-Gain）的一半，即Gain=Gain+(1-Gain)/2=(1+Gain)/2=（1+1/2）/2=3/4；

同理，对第9~10个采样点进行增益衰减。

如图5所示，为利用本发明数字信号峰值功率自动控制装置对输入信号进行增益的波形示意图；

由上可知，本发明通过简单的除法运算得到衰减系数，能确保输入信号的最大峰值持续小于门限值，计算过程简单、快速；并且能够根据信号峰值与门限值的差值，进行自动调整，防止信号衰减过大，确保信号的频谱形状基本不便，不会对通信性能造成太大影响。

对应地，本发明还提供一种数字信号峰值功率自动控制方法，如图6所示，包括如下步骤：

步骤S11、将输入数字信号与增益值相乘得到输出数字信号；

在一较佳实施例中，在此步骤前，还包括对输入数字信号进行延时的步骤；

可在主信号链路上，先对输入信号I_in/Q_in经过时延模块进行T个周期的延时，以补偿后续的增益值计算所需的时间；所述周期为时钟周期，由芯片的工作时钟频率决定；时延等于输入幅度计算模块的时钟周期加上衰减计算模块的时钟周期；

经过T个周期延时后的信号进入步骤S11，进行信号的增益控制，将输入信号I_in/Q_in与当前生效的增益值Gain相乘，转换为输出信号I_out/Q_out后输出；同时将得到的输出信号I_out/Q_out再转至步骤S13。

步骤S12、计算所述输入数字信号的输入幅度值；

在一较佳实施例中，此步骤具体包括计算所述输入数字信号每个采样点的输入幅度值，计算公式为：

其中A_in为所述输入幅度值，I_in为所述输入数字信号的基带同相分量，Q_in所述输入数字信号的基带正交分量。

步骤S13、计算所述输出数字信号的输出幅度值；

在一较佳实施例中，此步骤具体包括计算所述输出数字信号每个采样点的输出幅度值，计算公式为：

其中A_out为所述输出幅度值，I_out为所述输出数字信号的基带同相分量，Q_out所述输出数字信号的基带正交分量。

步骤S14、根据预设的门限值和所述输入幅度值，计算衰减系数；

在一较佳实施例中，所述衰减系数计算方法为：

Fr=K/A_in，其中，Fr为所述衰减系数，K为所述预设的门限值，代表信号链路所允许的最高峰值点；

衰减系数的计算思路及原理如下：

假如输入信号的输入幅度值为A_in，允许输出信号的最高峰值幅度为K，且A_in大于K时，衰减系数的计算公式为：

Fr=K/A_in；

这样输出信号的输出幅度值A_out计算公式为：

A_out=Fr×A_in=K/A_in×A_in=K；

步骤S15、比较所述预设的门限值与所述输入幅度值，以及比较所述预设的门限值与所述输出幅度值，得到比较结果；

在一较佳实施例中，此步骤具体包括：将所述预设的门限值K与所述输入幅度值A_in或与所述输出幅度值A_out进行比较：

所述输入数字信号与增益值进行相乘得到的所述输出数字信号需反馈至步骤S13，计算当前输出数字信号的幅度值，目的是为了能及时调整增益值Gain的大小；如果判断到输出信号A_out持续都比门限值K小时，代表步骤S 11中当前对输入信号A_in的衰减量太大了，需要适当地增大增益值Gain，恢复部分衰减；

步骤S16、根据所述比较结果和所述衰减系数，确定与所述输入数字信号相乘的增益值，转至所述步骤S11；

在一较佳实施例中，该步骤具体包括：

当比较结果为所述信号小于门限，则增大当前生效的所述增益值并更新；

当判断所述信号小于门限，代表增益处理模块当前对输入信号A_in的衰减量太大了，需要适当地增大增益值Gain，可设定为每次恢复当前衰减量（1-Gain）的一半，即当前生效的增益值为Gain，则更新Gain=Gain+(1-Gain)/2=(1+Gain)/2；

当比较结果为所述信号等于门限，则保持当前生效的所述增益值Gain不变。

本发明通过简单的除法运算得到衰减系数，能确保输入信号的最大峰值持续小于门限值，计算过程简单、快速；并且能够根据信号峰值与门限值的差值，进行自动调整，防止信号衰减过大，确保信号的频谱形状基本不便，不会对通信性能造成太大影响；

本发明数字信号峰值功率自动控制（可简称峰值ALC）装置和方法，可代替图1和图2所示的硬消峰的两种应用，但不限于这两种，任何需要进行数字信号峰值功率控制的时候，都可采用本发明提供的装置或方法，都在本发明的保护范围内。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种数字信号峰值功率自动控制装置，其特征在于，包括：增益处理模块、输入幅度计算模块、输出幅度计算模块、衰减计算模块、比较模块和增益确定模块；

2.根据权利要求1所述的数字信号峰值功率自动控制装置，其特征在于，所述输入幅度计算模块，具体用于计算所述输入数字信号每个采样点的输入幅度值，计算公式为：

其中，A_in为所述输入幅度值，I_in为所述输入数字信号的基带同相分量，Q_in为所述输入数字信号的基带正交分量。

3.根据权利要求1所述的数字信号峰值功率自动控制装置，其特征在于，所述输出幅度计算模块，具体用于计算所述输出数字信号每个采样点的输出幅度值，计算公式为：其中，A_out为所述输出幅度值，I_out为所述输出数字信号的基带同相分量，Q_out为所述输出数字信号的基带正交分量。

4.根据权利要求2所述的数字信号峰值功率自动控制装置，其特征在于，所述衰减计算模块中的所述衰减系数计算方法为：Fr＝K/A_in，其中，Fr为所述衰减系数，K为所述预设的门限值。

5.根据权利要求1所述的数字信号峰值功率自动控制装置，其特征在于，所述比较模块具体用于：

将所述预设的门限值与所述输入幅度值或所述输出幅度值进行比较：

若所述输入数字信号一个采样点的输入幅度值大于所述预设的门限值，则比较结果为信号大于门限；

若所述输入数字信号连续N个采样点的输入幅度值都小于所述预设的门限值，则比较结果为信号小于门限；其中，所述N为预设的采样点判断个数；

若所述输出数字信号连续N个采样点的输出幅度值都小于所述预设的门限值，则比较结果为信号小于门限；

若所述输入数字信号一个采样点的输入幅度值等于所述预设的门限值，则比较结果为信号等于门限。

6.根据权利要求5所述的数字信号峰值功率自动控制装置，其特征在于，所述增益确定模块具体用于：

当比较结果为所述信号大于门限时，如果当前采样点的所述衰减系数比当前生效的所述增益值小，则更新当前生效的所述增益值为所述当前采样点的衰减系数；如果所述当前采样点的衰减系数比所述当前生效的增益值大，则保持当前生效的所述增益值不变；

当比较结果为所述信号小于门限时，则增大所述当前生效的增益值并更新；

当比较结果为所述信号等于门限时，则保持当前生效的所述增益值不变。

7.根据权利要求1所述的数字信号峰值功率自动控制装置，其特征在于，还包括时延模块，用于对所述输入数字信号进行延时，将延时后的所述输入数字信号输出至所述增益处理模块。

8.一种数字信号峰值功率自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将输入数字信号与增益值相乘得到输出数字信号；

计算所述输入数字信号的输入幅度值；

计算所述输出数字信号的输出幅度值；

根据预设的门限值和所述输入幅度值，计算衰减系数；

9.根据权利要求8所述的数字信号峰值功率自动控制方法，其特征在于，所述计算所述输入数字信号的输入幅度值的步骤具体包括：

计算所述输入数字信号每个采样点的输入幅度值，计算公式为：

10.根据权利要求8所述的数字信号峰值功率自动控制方法，其特征在于，所述计算所述输出数字信号的输出幅度值的步骤具体包括：

计算所述输出数字信号每个采样点的输出幅度值，计算公式为：

11.根据权利要求9所述的数字信号峰值功率自动控制方法，其特征在于，所述根据预设的门限值和输入幅度值，计算衰减系数的步骤为：

Fr=K/A_in，其中，Fr为所述衰减系数，K为所述预设的门限值。

12.根据权利要求8所述的数字信号峰值功率自动控制方法，其特征在于，所述比较所述预设的门限值与所述输入幅度值，以及比较所述预设的门限值与所述输出幅度值，得到比较结果的步骤具体包括：

13.根据权利要求12所述的数字信号峰值功率自动控制方法，其特征在于，所述根据所述比较结果和所述衰减系数，确定与所述输入数字信号相乘的增益值的步骤具体包括：

当比较结果为所述信号小于门限时，则增大当前生效的所述增益值并更新；

14.根据权利要求8所述的数字信号峰值功率自动控制方法，其特征在于，所述将输入数字信号与增益值相乘得到输出数字信号的步骤前还包括步骤：对所述输入数字信号进行延时，将延时后的所述输入数字信号与所述增益值相乘。