CN105659547A - 用于峰值均值功率比降低的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开的一个实施例涉及一种PARP降低的方法。该方法包括基于针对包括多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号的、计算的峰值功率值迭代地调节被应用于所述多个频率资源单元的所述相应分量以对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行相位旋转的相位旋转矢量，直至根据经调节的相位旋转矢量的新计算的峰值功率值低于或等于预定义峰值功率阈值或者迭代次数达到预定义的最大值；通过应用经调节的相位旋转矢量来对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行相位旋转；以及传输通过所述经调节的相位旋转矢量被相位旋转的所述多个频率资源单元的所述相应分量的组合的传输信号。本公开还涉及相应的发射器。

Description

用于峰值均值功率比降低的方法和装置

技术领域

本公开涉及信号处理，尤其涉及用于峰值均值功率比(PAPR)降低的方法和装置。

背景技术

多载波传输已经由于数字信号处理技术的发展而被广泛用于无线以及有线应用之中。然而，多载波传输的主要缺陷之一是发射信号的高峰值均值功率比(PAPR)。如果峰值发射信号通过调控或应用约束而有所限制，则对高PAPR的影响将是使得在多载波传输下允许的平均功率相对于恒定功率调制技术下所允许的平均功率有所减小。这进而使得多载波传输的范围有所减小。此外，高的PAPR还导致了功率放大器(PA)设计非常具有挑战性。具体而言，为了防止子载波之间的相互调制和带外辐射形式的多载波信号的频谱增长，发射PA必须在其线性区域内进行操作(即，利用大的输入回退)，功率转换在上述区域中是无效的。

一种降低PAPR的方法依赖于相位旋转。图1示出了经由相位旋转实施PAPR降低的装置100的示意性框图。该装置由以下所组成：调制块110-1,110-2,…,110-N，它们中的每一个将信息比特处理为调制符号，包括编码、交织、映射等；存储块120-1,120-2,…,120-N，它们中的每一个存储该符号；相位旋转块130-1,130-2,…,130-N，它们中的每一个将相同子载波上的信号旋转至某个相位；内插块140-1,140-2,…,140-N，它们中的每一个对该信号进行上采样和滤波；混频器150-1,150-2,…,150-N，它们中的每一个将基带信号转换至其相对应的载波；组合器160，其将来自不同载波的信号进行相加从而形成组合的传输信号。

例如，在正交频分复用(OFDM)系统中，N个符号的输入数据块可以被划分为不连续的子块。每个子块中的子载波能够通过该子块的相位旋转值进行加权。通过仔细旋转相位旋转值，组合的传输信号的PAPR能够有所降低。

利用现有的基于相位旋转的方法的最具挑战性的困难在于复杂度。PAPR仅能够通过使用某些最优相位旋转值而明显降低。存在通过穷举搜索而生成相位旋转值的方法，然而这些方法几乎无法在实时应用中使用。一些其它方法提出了提前计算最优相位旋转值。然而，由于发射信息比特在正常情况下是随机的，所以可能要求非常巨大的存储空间来记录每个可能的传输信号的最优值。其它变型尝试通过对信号的一部分(例如，导频信号)进行搜索而减小存储空间，但是这无法保证整个信号的最优相位旋转。即使利用这样的部分优化，对于所有配置仍然需要大量的存储空间。例如，仅针对12个载波优化TD-SCDMA信号的BMI部分就需要存储6,291,456(128×2¹²×12)个相位旋转值。可替换地，在一些方法中，相位旋转因数的选择被局限于有限数目的元素的集合从而降低搜索复杂度。然而，相位旋转因数的量化妨碍了找到最优相位旋转值，这限制了PAPR的降低。即使利用量化的相位旋转因数，搜索复杂度也随着子块的数目而成指数增长。此外，在一些应用中，需要向接收器传输边带信息(sideinformation)以恢复原始的数据块，然而这导致了数据速率的损失。

因此，需要降低基于相位旋转的方法的复杂度同时仍然保持PAPR降低的有效性能。

发明内容

为了解决现有技术中的至少一种问题，根据本公开的一个或多个方法和装置实施例旨在提供用于PAPR降低的技术方案。

根据本公开的一个方面，本公开的一个实施例提供了一种用于PAPR降低的方法。该方法包括基于针对包括多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号的所计算峰值功率P(k)，迭代地调节相位旋转矢量直至满足预定条件为止。该相位旋转矢量被应用于该多个频率资源单元的相应分量以对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。根据本公开的实施例，该预定条件可以是：条件1)根据经调节的相位旋转矢量的新计算的峰值功率值P(k+1)低于或等于预定义峰值功率阈值；或者条件2)迭代次数达到预定义的最大值。该方法进一步包括通过应用经调节的相位旋转矢量来对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转；并且传输通过该经调节的相位旋转矢量被相位旋转的多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号。

根据本公开的一个方面，本公开的实施例提供了一种发射器。该发射器包括峰值功率计算单元，其被配置为针对包括多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号计算峰值功率值P(k)。该发射器进一步包括相位旋转矢量调节单元，其被配置为基于该峰值功率计算单元所计算的峰值功率值P(k)来迭代地调节相位旋转矢量直至满足预定条件为止。该相位旋转矢量被应用于该多个频率资源单元的相应分量以对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。根据本公开的实施例，该预定条件可以是：条件1)根据经调节的相位旋转矢量的新计算的峰值功率值P(k+1)低于或等于预定义峰值功率阈值；或者条件2)迭代次数达到预定义的最大值。该发射器进一步包括相位旋转单元和传输单元。该相位旋转单元被配置为通过应用经调节的相位旋转矢量来对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。该传输单元被配置为传输通过该经调节的相位旋转矢量被相位旋转的多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号。在本公开的一些实施例中，该发射器可以是基站或用户设备。

根据本公开的一个或多个实施例，用于调节该相位旋转矢量的迭代处理被用来通过有限次迭代而确定最优相位旋转矢量。根据本公开的实施例能够获得良好的PAPR降低水平；与此同时，由于迭代过程简单，它们还明显降低了计算复杂度并且节省了确定最优相位旋转时所需的存储空间。

附图说明

被认为是本发明特征的发明的特征在所附权利要求中被给出。然而，本发明、其实施模式、其它目标、特征以及优势将通过阅读以下参考附图而对示例性实施例进行的详细描述而更好地被理解，其中：

图1示出了经由相位旋转而实施PAPR降低的装置的示意性框图；

图2示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的用于PAPR降低的方法的示例性流程图；

图3示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的调节相位旋转矢量的示例性处理；

图4示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的发射器的框图。

具体实施方式

随后，将参考附图对本公开的实施例进行描述。在以下描述中对许多具体细节进行了说明以便更为全面地理解本发明。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本公开的实施方式可以没有这些细节。此外，应当理解的是，本发明并不局限于如这里所介绍的特定实施例。相反，以下特征和元素的任意组合形式都可以被认为实施并实践本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，除非在权利要求中以其它方式明确指定，否则以下的方面、特征、实施例和优势仅是出于说明的目的，而并不应当被理解为所附权利要求的元素或限制。

参考图2和4，将详细给出本公开的各个实施例。

图2示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的用于PAPR降低的方法的示例性流程图。

在块S210中，基于针对组合的传输信号的所计算的峰值功率值P(k)迭代地对相位旋转矢量进行调节，上述峰值功率值P(k)指示该组合的传输信号的最大振幅，其中k表示迭代次数的索引并且例如可以是正整数。该组合的传输信号包括多个频率资源单元的相应分量。例如，多个频率资源单元能够由基于OFDM的系统中的多个子载波或者诸如GSM系统的其它系统中的一个或多个载波所组成。相位旋转矢量被用来应用于该多个频率资源单元的相应分量以对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。根据本公开的一个或多个实施例，每个频率资源单元可以包括一个或多个载波或子载波，它们可以作为整体被相位旋转相位旋转矢量的相应相位旋转元素。

不失一般性，考虑其中每个频率单元仅包含一个载波的示例性实施方式。单个信号流程可以如下：某个数量的信息比特被调制以形成符号并且随后存储至存储器，其针对载波i和n＝0...N_s被表示为S_i(n)，其中N_s表示符号的数目。该符号的相位通过将该符号与相乘而被旋转，其中φ_i(k)(0≤φ_i(k)≤2π)表示相位旋转矢量中针对载波i的第i个相位旋转元素，其由相位调节块S110所产生。相位旋转的处理可以被表达为：

${S_i}^{\′}\left(n\right)=S_i\left(n\right)e^{{\mathrm{j\φ}}_i\left(k\right)}---\left(1\right)$

随后，经旋转的符号根据系统设计和要求而被上采样并滤波，被表示为其中I(·)表示内插和滤波函数。

接下来，波形通过乘以载波而被转换为相对应的载波频率，其中f_i表示载波i的载波偏移量并且ΔT表示采样间隔。该组合的传输信号的最终波形可以通过对所有载波的所有分量进行加和而生成，其可以被表示为：

$S\left(n\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{S}_i^I\left(n\right)c_i\left(n\right)---\left(2\right)$

其中N表示载波的数目，即频率资源单元的数目。

在以上所讨论的示例性实施方式中，如等式1)所示直接对信号流执行相位旋转。可替换地，相位旋转可以在载波初始阶段被应用。就此而言，不同于信号流S_i(n)，相位旋转矢量中针对载波i的第i个相位旋转元素φ_i(k)可以如下被乘以第i个载波

${c_i}^{\′}\left(n\right)=c_i\left(n\right)e^{{\mathrm{j\φ}}_i\left(k\right)}---\left(3\right)$

该组合的传输信号的最终波形可以通过对所有载波的所有分量进行加和而生成，其可以被表示为：

$S\left(n\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N}I\left(S_i\right(n\left)\right){c_i}^{\′}\left(n\right)---\left(4\right)$

其中N表示载波的数目，I(·)表示内插和滤波函数。

该方法能够节省内插和滤波的硬件和/或软件计算成本。然而，其与等式1)和2)所示的实施方式相比可能需要明显更大的存储器大小。

根据本公开的各个实施例，相位旋转矢量能够通过迭代处理而被确定，其中该相位旋转矢量被干扰并且保留了良好干扰，同时将不良的加以丢弃，从而针对组合的传输信号实现最优的PAPR降低。随后，将参考图3对调节相位旋转矢量的迭代处理进行详细描述。

用于调节相位旋转矢量的迭代处理被连续执行直至根据经调节的相位旋转矢量的新计算出的峰值功率值P(k+1)小于或等于预定义的峰值功率阈值(条件1)，或者当前迭代次数k+1已经达到预定义的最大值(条件2)。

根据本公开的一个或多个实施例，收敛速率相对快同时所要求的迭代次数相对小。本领域技术人员能够意识到的是，如果需要进行相对大的迭代次数来实现最低峰值功率，正常情况下，通过最初有限次数的迭代—例如50次迭代—能够获得大多数的益处。因此，可选的条件2)—即预定义的最大迭代值—将会是有利的。

一旦条件1)或2)被满足，用于调节相位旋转的迭代处理就将会终止并且该处理流程将以块S220和S230继续进行。

在块S220中，通过应用经调节的相位旋转矢量而对多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。

在本公开的一个实施例中，类似于如等式1)和2)所示的方法，可以通过在将要被调制到多个频率资源单元上的信号上应用经调节的相位旋转矢量而对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。就此而言，相位旋转矢量中的相应相位旋转元素被配置为在载波或子载波调制之前被应用于相对应的基带信号。在相位旋转之后，通过将经旋转的信号与相对应的频率资源单元相乘，将经旋转的信号调制到相对应的频率资源单元上。

在本公开的可替换实施例中，类似于如等式3)和4)所示的方法，可以通过对多个频率资源单元应用经调节的相位旋转矢量而对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。

在块S230中，包括通过所述经调节的相位旋转矢量被相位旋转的多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号被传输。

图3示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的调节(S210)相位旋转矢量的示例性处理。

在块S2101，在第(k+1)次迭代中，通过向相位旋转矢量添加干扰矢量而获得临时相位旋转矢量

在本公开的一个或多个实施例中，在初始化阶段，迭代索引k被初始化为值1，即k＝1，并且相位旋转矢量通过而被初始化，其中N表示多个频率资源单元的数目。矢量能够被随机生成或者从例如全零的预定义表进行加载。组合的传输信号S(n)能够根据相位旋转矢量进行计算，并且被表示为P(1)的S(n)的最大峰值功率值如下表示：

针对每次迭代，生成干扰矢量并且将其添加至相位旋转矢量以形成经调节的相位旋转矢量。

在第(k+1)次迭代中，临时相位旋转矢量可以如下表示：

其中表示干扰矢量。

在本公开的一个实施例中，干扰矢量可以被配置为随机干扰矢量。例如，干扰矢量可以被定义为步长因数μ(k)和随机矢量的乘积。步长因数μ(k)可以被设置为常数(例如，μ(k)＝1)或者变量。随机矢量的元素可以依据预定义分布进行设置，上述预定义分布例如是均匀分布U(-π/8,π/8)。

应当注意的是，本公开的实施例不同于其中相位矢量在每次迭代中随机生成的随机相位旋转方法。其原因在于，虽然添加至相位旋转矢量的干扰矢量可以随机生成，但是该迭代处理向相位旋转提供反馈以引导对最优相位旋转矢量的确定。这样的“被引导”搜索与单纯的随机相位旋转方法相比提供了明显更好的性能。实际上，根据仿真结果，本公开的实施例的性能几乎与“全局”最优算法相同，但是复杂度由于迭代处理简单而明显降低。

在本公开的另一个实施例中，干扰矢量可以被配置为常数矢量。本领域技术人员还可以根据实际系统要求而选择任意其它适当类型的矢量来作为干扰矢量然而其并不局限于这里所描述的示例。

组合的传输信号S(n)可以根据临时相位旋转矢量进行计算，并且被表示为P′(k+1)的S(n)的最大峰值功率值被表示如下：

在块S2102中，根据临时相位旋转矢量所计算的临时峰值功率值P′(k+1)与根据相位旋转矢量所计算的所述峰值功率值P(k)进行比较。

在块S2103中，针对第(k+1)次迭代新计算的峰值功率值P(k+1)以及经调节的相位旋转矢量通过以下而被确定：

图3的块S2101-S2103被反复执行直至如图2中所给出的条件1)或条件2)被满足。随后，该处理流程将以如图2所示的块S220和S230继续进行。

图4示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的发射器400的框图。

如图4所示，发射器400包括峰值功率计算单元410、相位旋转矢量调节单元420、相位旋转单元430和传输单元440。

相位功率计算单元410被配置为针对包括多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号计算峰值功率值P(k)。

相位旋转矢量调节单元420被配置为基于由峰值功率计算单元410所计算的峰值功率值P(k)迭代地对相位旋转矢量进行调节，上述相位旋转矢量被应用于该多个频率资源单元的相应分量从而对该多个频率资源单元的所述相应分量执行相位旋转。相位旋转矢量调节单元420连续执行其功能直至由峰值功率计算单元(410)根据经调节的相位旋转矢量新计算的峰值功率值P(k+1)低于或等于预定义的峰值功率阈值(条件1)或者迭代次数达到预定义的最大值(条件2)。

根据本公开的一个或多个实施例，该多个频率资源单元中的每一个可以包括一个或多个载波或子载波。频率资源单元内的一个或多个载波或子载波可以作为整体被相位旋转相位旋转矢量的相应相位旋转元素。

相位旋转单元430被配置为通过应用经调节的相位旋转矢量而对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。根据本公开的一个或多个实施例，相位旋转单元430可以被配置为通过对多个频率资源单元应用经调节的相位旋转矢量而对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。可替换地，相位旋转单元430可以被配置为通过在将要被调制到多个频率资源单元上的信号上应用相位旋转矢量而对该多个频率资源单元的相应分量执行相位旋转。

传输单元440被配置为传输由相位旋转单元430进行了相位旋转的该多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号。

根据本公开的一个或多个实施例，相位旋转矢量调节单元420可以包括临时相位矢量生成单元4201。该临时相位矢量生成单元4201能够被配置为通过向相位旋转矢量添加干扰矢量而获得临时相位旋转矢量

根据一个实施例，该干扰矢量可以是随机干扰矢量。例如，该随机干扰矢量可以是步长因数和其元素符合预定义分布的随机矢量的乘积。

在可替换实施例中，该干扰矢量可以是常数矢量或者适用于实际系统要求的任意其它矢量。

根据本公开该的相位旋转能够仅在基站侧或用户设备侧实施。这样，根据一个实施例，发射器400可以是基站。根据另一个实施例，发射器400可以是用户设备。因此，根据本公开的一个或多个实施例的用户设备和基站并不需要额外的信令来互相通信。

相位旋转矢量调节单元420可以进一步包括比较单元4202和确定单元4203。比较单元4202能够被配置为将根据临时相位旋转矢量所计算的临时峰值功率值P′(k+1)与根据相位旋转矢量所计算的所述峰值功率值P(k)进行比较。确定单元4203可以被配置为针对第(k+1)次迭代通过以下来确定新计算的峰值功率值P(k+1)以及经调节的相位旋转矢量

根据本公开的一个或多个实施例，采用用于调节旋转相位矢量的迭代处理而通过有限次的迭代来确定最优相位旋转矢量。根据本公开的实施例能够实现良好的PAPR降低水平；与此同时，由于迭代过程简单，它们还明显降低了计算复杂度并且节省了确定最优相位旋转时所需的存储空间。

总体上，各个示例性实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或者它们的任意组合来实施。例如，一些方面可以以硬件来实施，而其它方面则可以以固件或软件来实施，后者可以由控制器、微处理器或其它计算设备来执行，但是本发明并不局限于此。虽然本发明的示例性实施例的各个方面可以被作为框图和信令图进行图示和描述，但是所要理解的是，这里所描述的这些块、装置、系统、技术或方法可以作为非限制性示例以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备，或者它们的一些组合来实施。

因此，应当意识到的是，本发明的示例性实施例的至少一些方面可以在诸如集成电路芯片和模块的各个组件中进行实践。如本领域所公知的，集成电路的设计总体上是高度自动的过程。

本发明也可以以计算机程序产品来体现，后者能够实施如这里所描绘的方法并且可以在被加载到计算机系统时实施该方法。

已经参考优选实施例对本发明进行了具体说明和解释。本领域技术人员应当理解的是，可以针对其进行形式和细节上的各种变化而并不背离本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种用于峰值均值功率比PAPR降低的方法(200)，包括：

基于针对包括多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号的、计算的峰值功率值P(k)，来迭代地调节(S210)被应用于所述多个频率资源单元的所述相应分量以对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行相位旋转的相位旋转矢量直至根据经调节的相位旋转矢量的新计算的峰值功率值P(k+1)低于或等于预定义峰值功率阈值(C1)或者迭代次数达到预定义的最大值(C2)为止；

通过应用经调节的相位旋转矢量来对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行(S220)相位旋转；

传输(S230)通过所述经调节的相位旋转矢量被相位旋转的所述多个频率资源单元的所述相应分量的组合的传输信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中迭代地调节(S210)所述相位旋转矢量包括：

通过向所述相位旋转矢量添加干扰矢量而获得(S2101)临时相位旋转矢量

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述干扰矢量是随机干扰矢量或常数矢量。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述干扰随机矢量是步长因数与元素符合预定义分布的随机矢量的乘积。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中迭代地调节(S210)所述相位旋转矢量包括：

将根据所述临时相位旋转矢量所计算的临时峰值功率值P′(k+1)与根据所述相位旋转矢量所计算的所述峰值功率值P(k)进行比较(S2102)；

针对第(k+1)次迭代，而通过以下来确定(S2103)所述新计算的峰值功率值P(k+1)以及所述经调节的相位旋转矢量

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中

对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行(S220)相位旋转包括：

通过在所述多个频率资源单元上应用所述经调节的相位旋转矢量而对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行相位旋转；或者

通过在将要被调制到所述多个频率资源单元上的信号上应用所述经调节的相位旋转矢量而对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行相位旋转。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述多个频率资源单元中的每个频率资源单元包括一个或多个载波或子载波。

8.一种发射器(400)，包括：

峰值功率计算单元(410)，被配置为针对包括多个频率资源单元的相应分量的组合的传输信号而计算峰值功率值P(k)；

相位旋转矢量调节单元(420)，被配置为基于由所述峰值功率计算单元(410)计算的峰值功率值P(k)，来迭代地调节被应用于所述多个频率资源单元的所述相应分量以对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行相位旋转的相位旋转矢量直至由所述峰值功率计算单元(410)根据经调节的相位旋转矢量而新计算的峰值功率值P(k+1)低于或等于预定义的峰值功率阈值或者迭代次数达到预定义的最大值为止；

相位旋转单元(430)，被配置为通过应用所述经调节的相位旋转矢量而对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行相位旋转；

发射器单元(440)被配置为传输由所述相位旋转单元(430)相位旋转的所述多个频率资源单元的所述相应分量的所述组合的传输信号。

9.根据权利要求8所述的发送器，其中所述相位旋转矢量调节单元(420)包括临时相位矢量生成单元(4201)，所述临时相位矢量生成单元(4201)被配置为通过向所述相位旋转矢量添加干扰矢量而获得临时相位旋转矢量

10.根据权利要求9所述的发射器，其中所述干扰矢量是随机干扰矢量或常数矢量。

11.根据权利要求10所述的发射器，其中所述随机干扰矢量是步长因数与元素符合预定义分布的随机矢量的乘积。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的发射器，其中所述相位旋转矢量调节单元包括：

比较单元(4202)，被配置为将根据所述临时相位旋转矢量所计算的临时峰值功率值P′(k+1)与根据所述相位旋转矢量所计算的所述峰值功率值P(k)进行比较；

确定单元(4203)，被配置为针对第(k+1)次迭代而通过以下来确定新计算的峰值功率值P(k+1)以及所述经调节的相位旋转矢量

13.根据权利要求8-12中任一项所述的发射器，其中

所述相位旋转单元(430)被配置为通过在所述多个频率资源单元上应用所述经调节的相位旋转矢量而对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行相位旋转；或者

所述相位旋转单元(430)被配置为通过在将要被调制到所述多个频率资源单元上的信号上应用所述相位旋转矢量而对所述多个频率资源单元的所述相应分量执行相位旋转。

14.根据权利要求8-13中任一项所述的发射器，其中

所述多个频率资源单元中的每个频率资源单元包括一个或多个载波或子载波。

15.根据权利要求8-14中任一项所述的发射器，其中所述发射器是基站或用户设备。