CN105009536A

CN105009536A - 用于波束导向波峰因子降低(cfr)削波噪声的方法和系统

Info

Publication number: CN105009536A
Application number: CN201480014476.9A
Authority: CN
Inventors: 李奥纳德·皮亚齐; 马正翔
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: US8995570B2; EP2962437A4; WO2014139417A1; EP2962437B1; US20140270016A1; EP2962437A1; ES2765275T3; CN105009536B

Abstract

可以在波峰因子降低(CFR)应用中通过在与数据信号不同的方向上导向削波信号来提高接收时获得的信噪比(SNR)和/或放大器性能。事实上，使用具有与输入/基线信号不同的振幅-相位关系的削波噪声信号使得所述削波噪声信号和数据信号显示不同的天线方向图，从而有效地在与所述数据信号不同的方向上导向所述削波噪声。例如，可以将削波噪声导离潜在接收器以提高接收信号质量。此外，更高的幅值削波噪声可以用于实现提高的功率放大器性能而不增大接收SNR。

Description

用于波束导向波峰因子降低(CFR)削波噪声的方法和系统

本发明要求2013年3月12日递交的发明名称为“用于波束导向波峰因子降低(CFR)削波噪声的方法和系统”的第13/797,408号美国非临时申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

技术领域

本发明一般涉及无线通信，并且在具体实施例中，涉及一种用于波束导向波峰因子降低削波噪声的系统和方法。

背景技术

为了满足现代通信网络的需求，通常需要功率放大器来以高效但线性的方式放大基带信号，使得可以实现大幅增益(即，放大)而不显著改变所得信号的频率特性和以其它方式引入干扰。波峰因子降低(CFR)是一种用于在放大前降低基带信号的峰均比(PAR)的预处理技术，旨在通过在放大器的可操作范围内降低基带信号的PAR(或峰值因子)(例如，低于其中放大变得非线性的阈值)来提高功率放大器性能。

发明内容

本发明实施例描述了一种用于波束导向波峰因子降低削波噪声的系统和方法，大体实现了多种技术性优点。

根据实施例，一种用于波峰因子降低(CFR)的方法包括：接收具有超过CFR阈值的初始幅值的输入信号，以及向所述输入信号中引入削波噪声信号以产生具有小于或等于所述CFR阈值的所得幅值的输出信号。所述削波噪声信号和所述输入信号具有不同的振幅-相位关系，使得所述输出信号的所得相位不同于所述输入信号的相位。信号的振幅-相位关系可以指在给定的时间实例时所述信号的振幅分量与相位分量之间的比率。还提供了一种用于执行这种方法的装置。

根据另一实施例，一种用于执行波峰因子降低的装置包括：用于接收输入信号的输入接口，以及耦合至所述输入接口的CFR模块。所述CFR模块用于：确定所述输入信号是否具有超过CFR阈值的初始幅值，并且在所述初始输入信号幅值超过所述CFR阈值的情况下，向所述输入信号中引入削波噪声信号以获得具有小于或等于所述CFR阈值的所得幅值的输出信号。所述削波噪声信号和所述输入信号具有不同的振幅-相位关系，使得所述输出信号的所得相位不同于所述输入信号的初始相位。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：

图1示出削波噪声电路的图；

图2(a)示出未削波信号的时域图；

图2(b)示出削波噪声信号的时域图；

图2(c)示出削波后信号和未削波信号的时域图；

图2(d)示出削波后信号和未削波信号的互补累积分布函数(CCDF)的图；

图3示出通信网络的图；

图4示出常规的多载波多信道发射器的图；

图5示出未过滤削波信号的时域图；

图6示出天线方向图的图；

图7示出从常规的波峰因子降低技术得到的天线方向图的图；

图8示出从实施例波峰因子降低技术得到的天线方向图的图；

图9示出从实施例波峰因子降低技术得到的归一化后天线方向图的图；

图10示出用于执行波峰因子降低的实施例方法的流程图；

图11示出实施例通信设备的方框图。

除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。

具体实施方式

下文将详细论述本发明实施例的结构和使用。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。

波束成形是一种利用波形的建设性和破坏性干扰来实现辐射信号的空间选择性和/或期望定向特性的信号处理技术。常规的高级天线系统(AAS)波束成形技术向源于天线阵列的各传输(TRx)路径的基带信号应用数字波束成形(DBF)权重以实现所期望的天线方向图。在许多网络中，发射器同时采用CFR和波束成形来实现增强的无线性能。在此类网络中，削波噪声信号(在CFR过程中引入)的天线方向图非常类似于数据信号的天线方向图，这意味着数据信号和削波噪声两者均被导向预期接收器。然而，削波噪声可能对接收器处的信号接收造成干扰。在认识到这一问题后，本发明的方面提供了在与数据信号不同的方向上导向削波噪声，例如导离潜在接收器。如本文所论述，当削波噪声信号和数据信号显示不同的天线方向图时，削波噪声被在与数据信号不同的方向上进行导向，这使得削波噪声信号与数据信号之间的接收信号功率差在不同空间位置上不同。另外，当削波噪声信号的天线方向图中的峰值(例如，具有相对高的增益的点)被从具有相对高密度的接收器的空间位置偏移至具有相对低密度的接收器的空间位置时，削波噪声被认为被从潜在接收器导离。

本发明的各方面通过在与数据信号不同的方向上导向削波噪声提供了改进的空间选择性，从而实现了接收时的更高信噪比。常规CFR处理技术应用与数据信号矢量180度异相的削波噪声矢量，使得削波噪声信号具有与基线信号相同的振幅-相位关系，从而导致削波噪声在与基线信号相同的方向上进行导向。相比之下，本发明的各方面生成具有与输入/基线信号不同的振幅-相位关系的削波噪声信号，这使得削波噪声信号和数据信号显示不同的天线方向图(例如，在与数据信号不同的方向上有效地导向削波噪声)。因此，本发明的各方面使得发射器能够将削波噪声导离潜在接收器，从而获得更好的信号质量(例如，更高的信噪比(SNR))和/或增强的功率放大器性能(例如，可以增加削波噪声幅值以降低PAR而不降低接收SNR)。

图1示出噪声削波电路100，其包括信号发生器110、CFR模块120、无线电模块125、功率放大器130、和传输天线140。信号发生器110用于生成数字信号，数字信号在由无线电模块125转换成射频(RF)信号之前由CFR模块120进行处理。然后RF信号由功率放大器130放大并通过传输天线140传输。图2(a)示出未削波信号的时域图的图210，该未削波信号可以由信号发生器110生成。值得注意的是，未削波信号具有多个峰值(即，信号的超过幅值阈值的部分)，这些峰值在图210中圈出。图2(b)示出削波噪声信号的图220，该削波噪声信号可以由CFR模块120生成。值得注意的是，图220中所描绘的噪声信号被引入至图210中所描绘的未削波信号中以进行削波或以其它方式消除许多或所有的信号峰值。图2(c)示出削波后信号的图230。.如图所示，未削波信号的大部分峰值已从削波后信号中移除。图2(d)示出削波后信号和未削波信号的互补累积分布函数(CCDF)的图240。如图所示，削波后信号具有比未削波信号低得多的超过幅值阈值的概率，因此将允许功率放大器130更高效地和/或以更线性的方式操作。

图3示出用于传送数据的网络300。网络300包括具有覆盖区域312的接入点(AP)310、多个用户设备(UE)320、和回程网络330。AP 310可以包括能够通过尤其是与UE 320建立上行链路(虚线)和/或下行链路(虚线)连接来提供无线接入的任何组件，如基站、增强型基站(eNB)、毫微微基站、以及其它无线启用设备。UE 320可以包括能够与AP 310建立无线连接的任何组件，如“智能电话”、移动终端、PC、平板电脑、上网本等。回程网络330可以是允许在AP 310与远端(未示出)之间交换数据的任何组件或组件集合。在一些实施例中，网络300可以包括各种其它无线设备，如中继器、毫微微基站等。

图4示出常规的多载波多信道发射器400，其包括第一载波(载波-1)和第二载波(载波-2)。如图所示，两个载波被拆分至成四个传输路径(TRx路径)，之后第一组波束成形权重矢量(W₁、W₂、W₃、W₄)被应用至载波-1的路径，第二组波束成形权重矢量(W₁’、W₂’、W₃’、W₄’)被应用至载波-2的路径。之后，通过各TRx路径传输的组合后信号在由发射器模块(TRx₁、TRx₂、TRx₃、TRx₄)通过天线传输之前由CFR模块(CFR₁、CFR₂、CFR₃、CFR₄)进行削波。

图5示出网络500，其中小区塔510正向移动台520传输信号。小区塔510具有最大的有效全向辐射功率(EIRP)轨迹，如由从小区塔510的天线水平地延伸的虚线箭头表示。相应地，小区塔510可以以电子方式将其天线向下倾斜倾斜角(θ)以实现移动台520获得更高的SNR。图6示出利用笛卡尔坐标系610和极坐标系620绘制的天线方向图。如图所示，某些空间位置(例如，240度)显示比其它空间位置更高的增益，这允许在这些相应位置处获得更好的信号接收质量。

传统上，由于CFR处理块出现在DBF应用之后，因此波峰因子降低包括引入具有与数据信号相同的相对振幅-相位关系的削波噪声信号。信号的振幅-相位关系可以指在给定的时间实例时所述信号的振幅分量与相位分量之间的比率。在一些情况下，本文中论述的相位/振幅是在天线点处测得的，并且表示根据分布式波束成形(DBF)应用/函数计算以在所期望方向上导向波束的相对值。图7示出可能通过常规CFR技术得到的信号和削波后信号的天线方向图710，如图720中所展示。更具体地说，传统波峰因子是通过向未削波信号721中引入削波噪声矢量722来使所得到的削波后信号的幅值降低至CFR阈值(在图720中由虚线圆表示)。如图所示，削波噪声矢量722和未削波信号721的振幅-相位关系是相同的，其中削波噪声矢量与未削波信号721成180度异相。结果，削波噪声和数据信号具有类似的天线方向图，其中削波后信号具有比数据信号低的增益。例如，削波噪声信号和数据信号均在约90度处取得峰值，具有约30分贝(dB)的差值(Δ1)。

出于上文论述的原因，可能希望将削波噪声信号导离数据信号。图8示出可能通过根据本发明的方面执行的实施例CFR技术得到的信号和削波后信号的天线方向图810，如图820中所展示。更具体地说，本发明的实施例通过向未削波信号821中引入具有与未削波信号821不同的振幅-相位关系的削波噪声矢量822而实现了波峰因子降低。结果，所得削波后信号823的相对相位不同于未削波信号821的相对相位。优点在于两方面。一方面，可以使用更大的幅值削波噪声矢量821，从而允许功率放大器在更高效的(例如，线性的)操作区域中进行操作。另一方面，削波噪声信号的天线方向图可以在与数据信号不同的方向上进行导向，从而能够提高空间选择性。例如，可以将削波后信号从潜在用户位置导离，从而提高这些用户的SNR。这通过天线方向图810例示，其在90度(信号取得峰值处)处显示约45分贝(dB)的差值(Δ₂)，这比通过传统CFR获得的Δ₁大大约15dB。因此，位于对应于90度的空间位置处的用户根据图820中所展示的实施例CFR技术将具有比图720中所展示的传统CFR技术更高的SNR。图9示出归一化后天线方向图的图910，其中数据信号和导向削波噪声信号的振幅已被归一化，以更好地显示信号与导向削波信号之间的差值(或导向角)。如图所示，约5度的导向角是可实现的。

图10示出可能由发射器执行的用于执行根据本发明的方面的波峰因子降低的方法1000的流程图。如图所示，方法1000开始于步骤1010，其中发射器接收数据信号，该数据信号由发射器的CFR模块确定为具有超过CFR阈值的初始幅值。接着，方法1000进行至步骤1020，其中发射器确定所期望的用于信号传输的导向角。在实施例中，发射器可以根据用户在整个小区或覆盖区域内的分布来确定期望导向角。例如，可以选择导向角使得削波噪声信号的天线方向图在具有高密度用户的空间位置处具有相对低的增益。之后，方法1000进行至步骤1030，其中发射器根据期望导向角选择削波噪声信号的振幅和相位参数。在实施例中，可以选择削波噪声信号的振幅和相位参数使得削波噪声信号的振幅-相位关系与未削波信号的振幅-相位关系不同。振幅-相位关系不同的程度可以是在步骤1020中确定的导向角的函数。接着，方法1000进行至步骤1040，其中发射器向数据信号中引入削波噪声信号以获得削波后数据信号。随后，方法1000进行至步骤1050，其中发射器放大削波后数据信号。最后，方法1000进行至步骤1060，其中发射器传输放大后数据信号。

图11示出通信设备1100的实施例的框图。通信设备1100可以包括处理器1104、存储器1106、和多个无线接口1110。处理器1104可以是能够执行计算和/或其它处理相关任务的任何组件，存储器1106可以是能够存储用于处理器1104的程序和/或指令的任何组件。接口1110可以是允许通信设备1100进行无线通信的任何组件或组件集合。

虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但此描述并不意图限制本发明。所属领域的技术人员在参考该描述后，将会明白说明性实施例的各种修改和组合，以及本发明其他实施例。因此，所附权利要求书意图涵盖任何此类修改或实施例。

Claims

1.一种用于波峰因子降低(CFR)的方法，其特征在于，所述方法包括：

接收具有超过CFR阈值的初始幅值的输入信号；以及

向所述输入信号中引入削波噪声信号以产生具有小于或等于所述阈值的所得幅值的输出信号，

其中所述削波噪声信号和所述输入信号具有不同的振幅-相位关系，使得所述输出信号的所得相位不同于所述输入信号的初始相位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据用户在小区中的分布确定期望导向角以提高所述用户中的一个或多个的位置处的信噪比(SNR)；以及

根据期望导向角选择所述削波噪声信号的振幅和相位参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据期望导向角选择所述削波噪声信号的振幅和相位参数包括：

选择所述削波噪声信号的相位分量，使得所述削波噪声信号和所述输入信号不具有相反的相位关系；以及

根据所述削波噪声信号的所述相位分量选择所述削波噪声信号的振幅分量，使得所述削波噪声信号的幅值足以用于对所述输入信号执行CFR。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述削波噪声信号和所述输入信号具有非相反的相位关系，使得所述削波噪声信号与所述输入信号之间的相位差不等于Π(180度)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述削波噪声信号与所述输入信号之间的相位差具有小于Π(180度)但大于Π/2(90度)的绝对值。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述削波噪声信号与所述输入信号之间的相位差具有大于Π(180度)但小于3Π/2(170度)的绝对值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述削波噪声信号具有与所述削波后信号不同的天线方向图。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过多个无线接口传输所述削波后信号。

9.一种用于执行波峰因子降低(CFR)的装置，其特征在于，所述装置包括：

处理器；以及

存储用于由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质，所述程序包括用于执行以下操作的指令：

接收具有超过CFR阈值的初始幅值的输入信号；以及

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述程序还包括用于执行以下操作的指令：

根据期望导向角选择所述削波噪声信号的振幅和相位参数。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述用于根据所述期望导向角选择所述削波噪声信号的振幅和相位参数的指令包括用于执行以下操作的指令：

选择所述削波噪声信号的相位分量，使得所述削波噪声信号和所述输入信号不具有相反的相位关系。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述削波噪声信号和所述输入信号具有非相反的相位关系，使得所述削波噪声信号与所述输入信号之间的相位差不等于Π(180度)。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述削波噪声信号与所述输入信号之间的相位差具有小于Π(180度)但大于Π/2(90度)的绝对值。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述削波噪声信号与所述输入信号之间的相位差具有大于Π(180度)但小于3Π/2(170度)的绝对值。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述削波噪声信号具有与所述削波后信号不同的天线方向图。

16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括通过多个无线接口传输所述削波后信号。

17.一种装置，其特征在于，包括：

用于接收输入信号的输入接口；以及

耦合至所述输入接口的波峰因子降低(CFR)模块，所述CFR模块用于：确定所述输入信号具有超过CFR阈值的初始幅值；以及向所述输入信号中引入削波噪声信号以获得具有小于或等于所述阈值的所得幅值的输出信号，其中所述削波噪声信号和所述输入信号具有不同的振幅-相位关系，使得所述输出信号的所得相位不同于所述输入信号的初始相位。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述削波噪声信号和所述输入信号具有非相反的相位关系，使得所述削波噪声信号与所述输入信号之间的相位差不等于Π(180度)。

19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，还包括：

天线阵列；以及

位于所述CFR模块与所述天线阵列中间的放大器模块，所述放大器模块用于放大所述输出信号以产生放大后输出信号；并将所述放大后输出信号转发至所述天线阵列以通过网络进行传输。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述CFR模块和所述放大器模块是使用现场可编程门阵列构造而成。