CN108111456A - 一种降低聚合信号峰均功率比的方法及系统 - Google Patents

一种降低聚合信号峰均功率比的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低聚合信号峰均功率比的方法及系统，涉及网络技术领域。用于集中式无线接入网络的移动前传链路，码分复用的扩频码包括用于传输数据的码字和未用于传输数据的预留码字，包括以下步骤：从聚合信号中提取剪切信号，剪切信号的幅值绝对值小于或等于设定的幅值阈值，幅值阈值在聚合信号的峰值和平均幅值之间；使用预留码字对剪切噪声信号依次进行码分复用编码和解码变换，得到峰值消除信号，将聚合信号与峰值消除信号之和作为更新后的聚合信号；对以上步骤进行n次迭代，将更新后的聚合信号作为用于传输数据的聚合信号输出。本发明能有效降低聚合信号的峰均功率比，保证高频谱效率，避免峰均功率比过高带来的非线性失真影响。

Description

一种降低聚合信号峰均功率比的方法及系统
技术领域
本发明涉及网络技术领域，具体是涉及一种降低聚合信号峰均功率比的方法及系统。
背景技术
在集中式无线接入网络(Centralized-Radio Access Network，C-RAN)中，基带处理单元(Building Baseband Unit，BBU)和远端射频头(Remote Radio Head，RRH)之间由光纤链路连接的部分被称为移动前传。现有的移动前传采用的是基于通用公共无线电接口(Common Public Radio Interface，CPRI)数字信号的数字光载无线技术(Digital-RadioOver Fiber，D-RoF)，将BBU端的长期演进(Long-Term Evolution，LTE)信号通过同相/正交(In-phase/Quadrature，I/Q)两路的16bit量化，变为二进制的开关键控(On-Off Keying，OOK)信号，再通过强度调制/直接检测(IM/DD)经过光纤传输，造成频谱效率降低，对光纤信道的带宽需求就会提高，随着BBU端无线信号的速率提高，对光器件和带宽的要求就越来越高。因此，Haibo Li等人提出了一种基于码分复用(Code Division Multiplexing，CDM)的信道聚合结构，将该多路信号经过基于CDM的信道聚合成一路信号，并在该聚合信号前加训练序列，然后经过数模转换器(Digital-Analog Converter，DAC)转换成模拟信号，最后将该模拟信号经过电/光转换变为光信号，送到光纤链路中传输。这样传输谱效率会大大提升，但在高阶调制格式和多信道聚合等技术下，无线信号会存在峰均功率比(Peak toAverage Power Ratio，PAPR)过高，从而引起非线性失真问题。传统的降低正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)信号的PAPR的方法，可以有效降低单通道信号的PAPR，但是在经过基于CDM的信道聚合以后，将会导致聚合信号的PAPR再次升高。因此，如何有效地降低信道聚合以后的信号的PAPR是迫切需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种降低聚合信号峰均功率比的方法及系统，能够有效降低聚合信号的峰均功率比，保证高频谱效率，避免峰均功率比过高带来的非线性失真影响。
本发明提供一种降低聚合信号峰均功率比的方法，用于集中式无线接入网络中的移动前传链路，移动前传链路包括发送端、光纤链路和接收端，发送端对多路基带信号进行基于码分复用的信道聚合得到聚合信号，码分复用的扩频码包括用于传输数据的码字和未用于传输数据的预留码字，所述方法包括以下步骤：
从聚合信号中提取剪切信号，剪切信号的幅值绝对值小于或等于设定的幅值阈值，将剪切信号与聚合信号的差值作为剪切噪声信号，所述幅值阈值在聚合信号的峰值和平均幅值之间；
使用所述预留码字对所述剪切噪声信号依次进行码分复用编码和解码变换，得到峰值消除信号，将聚合信号与峰值消除信号之和作为更新后的聚合信号；
对以上步骤进行n次迭代，将更新后的聚合信号作为用于传输数据的聚合信号输出，其中，n≥1。
在上述技术方案的基础上，根据所述幅值阈值对聚合信号进行数字域剪切处理得到所述剪切信号。
在上述技术方案的基础上，当所述更新后的聚合信号的幅值绝对值小于或等于所述幅值阈值时，或者，达到预先设定的迭代次数，迭代结束。
在上述技术方案的基础上，所述基带信号为正交频分复用信号。
在上述技术方案的基础上，所述扩频码为正交码。
在上述技术方案的基础上，所述扩频码包括沃什Walsh码。
在上述技术方案的基础上，所述预留码字为2m组N阶沃什Walsh码，沃什Walsh码由1和-1组成；
使用所述预留码字对所述剪切噪声信号进行码分复用编码变换包括：从所述剪切噪声信号中提取出实部I和虚部Q，分别进行N倍上采样，对上采样后的每一路I/Q信号样点分别分配一组N阶沃什Walsh码，得到2m组正交信号，其中，该N阶沃什Walsh码为所述预留码字，对第k路信号分配的N阶沃什Walsh码为w2k-1和w2k，k＝1,2,…,m。
在上述技术方案的基础上，对2m组所述正交信号进行N阶Walsh解码，分别得到m组实部I和对应的m组虚部Q，将各实部与对应的虚部组合，并将所得信号相加得到所述峰值消除信号。
本发明还提供一种降低聚合信号峰均功率比的系统，用于集中式无线接入网络中的移动前传链路，移动前传链路包括发送端、光纤链路和接收端，发送端对多路基带信号进行基于码分复用的信道聚合得到聚合信号，码分复用的扩频码包括用于传输数据的码字和未用于传输数据的预留码字，所述系统包括：
PAPR降低模块，其设于所述发送端，用于从聚合信号中提取剪切噪声信号，使用所述预留码字对所述剪切噪声信号依次进行码分复用编码和解码变换，得到峰值消除信号，将聚合信号与峰值消除信号之和作为更新后的聚合信号，将经过n次迭代得到的更新后的聚合信号作为用于传输数据的聚合信号输出；
其中，剪切噪声信号的幅值绝对值大于设定的幅值阈值，幅值阈值在聚合信号的峰值和平均幅值之间，n≥1。
在上述技术方案的基础上，所述发送端包括集中化BBU池，集中化BBU池包括BBU、信道聚合模块和加训练序列模块，所述信道聚合模块、所述PAPR降低模块和加训练序列模块依次连接；
其中，所述BBU用于对进入集中化BBU池中的核心网的LTE信号进行基带处理，得到多路LTE基带信号；所述信道聚合模块用于对多路LTE基带信号进行码分复用，经过基于码分复用的信道聚合，得到一路聚合信号；所述加训练序列模块用于在聚合信号前加训练序列。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)利用扩频码中的预留码字产生峰值消除信号，由于峰值消除信号只在预留码字上面有信号，因此不会对被传输的数据信号造成干扰，从而有效降低聚合信号的峰均功率比，保证高频谱效率，避免峰均功率比过高带来的非线性失真影响。
(2)直接降低聚合信号中超出幅值范围的部分，计算量小，而且可以在现有的集中式无线接入网络上进行配置，兼容性好。
(3)基带信号可以是LTE的正交频分复用信号，也可以是5G基带信号，扩频码为正交码，应用广泛。
附图说明
图1是本发明实施例降低聚合信号峰均功率比的方法流程图；
图2是图1中步骤S2的流程图；
图3a是图2中使用预留码对当前剪切噪声信号进行码分复用编码的示意图；
图3b是图2中使用预留码对当前剪切噪声信号进行码分复用解码的示意图；
图4a是初始的聚合信号；
图4b是图4a中的聚合信号经过10次迭代后得到的输出信号。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明实施例提供一种降低聚合信号峰均功率比的方法，用于集中式无线接入网络中的移动前传链路，发送端对多路基带信号进行基于码分复用的信道聚合得到聚合信号，集中式无线接入网络应用于LTE无线通信系统和第五代(5G)无线通信系统中。
本发明实施例的码分复用的扩频码包括用于传输数据的码字和未用于传输数据的预留码字，在LTE无线通信系统中，基带信号为时域信号，可以经过OFDM调制或者其他载波调制技术。参见图1所示，降低聚合信号峰均功率比的方法包括以下步骤：
S1.从聚合信号中提取剪切信号，剪切信号的幅值绝对值小于或等于设定的幅值阈值，将剪切信号与聚合信号的差值作为剪切噪声信号，幅值阈值在聚合信号的峰值和平均幅值之间。
聚合信号表示为xi，迭代次数为n，初始的聚合信号为x1＝x，在第i次迭代中，对聚合信号xi进行数字域剪切处理得到剪切信号为：
剪切噪声信号为剪切信号与聚合信号xi的差值：
其中，A代表幅值阈值，A大于聚合信号x的平均幅值，且小于其幅值峰值，θ为聚合信号x的相位，i＝1，…，n，n≥1。
S2.使用预留码字对剪切噪声信号依次进行码分复用编码和解码变换，得到峰值消除信号，将聚合信号与峰值消除信号之和作为更新后的聚合信号。
具体的，使用预留码字将剪切噪声信号从时域变换到预留码域，求出对应各个预留码字上的正交信号，将正交信号从预留码域变换到时域，得到聚合信号的峰值消除信号。
预留码字为2m组N阶沃什Walsh码，沃什Walsh码由1和-1组成。需要说明的是，本实施例码分复用的扩频码包括但不限于沃什Walsh码(正交码)。
参见图2所示，步骤S2具体包括：
S2.1在第i次迭代中，使用预留码对当前的剪切噪声信号xc i-xi进行码分复用编码变换，得到当前的剪切噪声信号在预留码域中的正交信号。
具体过程如图3a所示：从剪切噪声信号中提取出实部I和虚部Q，分别进行N倍上采样，对上采样后的每一路I/Q信号样点分别分配一组N阶沃什Walsh码，得到2m组正交信号，其中，该N阶沃什Walsh码为预留码字，对第k路信号分配的N阶沃什Walsh码为w2k-1和w2k，k＝1,2,…,m。
S2.2使用预留码对2m组正交信号进行码分复用解码变换，得到当前的剪切噪声信号对应的峰值消除信号ci。
具体过程如图3b所示：对2m组正交信号进行N阶Walsh解码，分别得到m组实部I和对应的m组虚部Q，将各实部与对应的虚部组合，并将所得信号相加得到峰值消除信号ci。
S2.3将当前的聚合信号xi及当前峰值消除信号ci之和作为更新后的聚合信号：xi+ci。
S3.判断是否达到迭代结束条件，若是，结束；若否，进入步骤S1。迭代结束条件为：更新后的聚合信号的幅值绝对值不超过幅值阈值A时，即|xi+ci|≤A，或者，达到预先设定的迭代次数n，即i＝n。
对步骤S1和S2进行n次迭代后，可以有效地降低聚合信号的峰均功率比，通过迭代确保降低聚合信号的峰均功率比，同时，可以根据无线接入网络的实际运行情况灵活确定迭代次数，提高无线接入网络的运行效率。
S4.将更新后的聚合信号作为用于传输数据的聚合信号输出。
图4a和图4b所示为初始的聚合信号(图4a)和该聚合信号经过10次迭代后的信号(图4b)，可以看出经过步骤S1到S3后，降低了聚合信号的峰均功率比。
利用扩频码中的预留码字产生峰值消除信号，由于峰值消除信号只在预留码字上面有信号，因此不会对被传输的数据信号造成干扰，从而有效降低聚合信号的峰均功率比，保证高频谱效率，避免峰均功率比过高带来的非线性失真影响。
直接降低聚合信号中超出幅值范围的部分，计算量小，而且可以在现有的集中式无线接入网络上进行配置，兼容性好。
本发明实施例还提供一种降低聚合信号峰均功率比的系统，用于集中式无线接入网络中的移动前传链路，移动前传链路包括发送端、光纤链路和接收端，发送端对多路基带信号进行基于码分复用的信道聚合得到聚合信号，码分复用的扩频码包括用于传输数据的码字和未用于传输数据的预留码字，降低聚合信号峰均功率比的系统包括PAPR降低模块。
PAPR降低模块设于发送端，用于从聚合信号中提取剪切噪声信号，使用所述预留码字对所述剪切噪声信号依次进行码分复用编码和解码变换，得到峰值消除信号，将聚合信号与峰值消除信号之和作为更新后的聚合信号，将经过n次迭代得到的更新后的聚合信号作为用于传输数据的聚合信号输出。其中，剪切噪声信号的幅值绝对值大于设定的幅值阈值，幅值阈值在聚合信号的峰值和平均幅值之间，n≥1。
具体的，该移动前传链路的发送端包括集中化BBU池、数模转换器(Digital-Analog Converter，DAC)、电光转换模块，集中化BBU池包括BBU、信道聚合模块和加训练序列模块，接收端包括光电转换模块、模数转换器(Analog-Digital Converter，ADC)、帧同步模块、信道估计模块、信道解聚合模块、若干远端射频头RRH和天线。信道聚合模块、PAPR降低模块和加训练序列模块依次连接，基带信号为正交频分复用信号。
其中，BBU用于对进入集中化BBU池中的核心网的LTE信号进行基带处理，得到多路LTE基带信号。信道聚合模块用于对多路LTE基带信号进行码分复用，经过基于码分复用的信道聚合，得到一路聚合信号。加训练序列模块用于在聚合信号前加训练序列。DAC用于进行数模转换。电光转换模块用于进行电光转换。
光纤链路用于传输光信号。
光电转换模块用于对接收的光信号进行光电转换，ADC用于进行模数转换，帧同步模块用于进行基于训练序列的帧同步，信道估计模块用于进行信道估计，信道解聚合模块用于进行码分解复用，提取出各路LTE信号，将各路LTE信号分别送入到对应的RRH。RRH用于将LTE基带信号经过处理变为射频信号，发送到天线。天线用于对射频信号进行无线传输。
在发送端，核心网的LTE信号通过回传链路进入集中化BBU池，经过BBU基带处理以后，得到多路LTE基带信号，对多路LTE基带信号进行码分复用，经过基于码分复用的信道聚合，得到一路聚合信号；在该聚合信号前加训练序列，再将该聚合信号经过数模转换器转换成模拟信号，然后将该模拟信号经过电/光转换变为光信号，送到光纤链路中传输。
在接收端，接收光信号，经过光电转换，转换为模拟电信号，经过模数转换器，变为数字信号，对该数字信号进行基于训练序列的帧同步，接着进行信道估计，然后送入信道解聚合模块，信道解聚合模块进行码分解复用，提取出各路LTE基带信号，将各路LTE基带信号分别送入到对应的RRH(远端射频头)，RRH将LTE基带信号经过处理变为射频信号，发送到天线进行无线传输。
加训练序列模块在峰均功率比降低的聚合信号前加训练序列后，再将该聚合信号经过DAC转换成模拟信号，然后电光转换模块对该模拟信号经过电/光转换变为光信号，送到光纤链路中传输。
本发明不局限于上述实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种降低聚合信号峰均功率比的方法，用于集中式无线接入网络中的移动前传链路，移动前传链路包括发送端、光纤链路和接收端，发送端对多路基带信号进行基于码分复用的信道聚合得到聚合信号，码分复用的扩频码包括用于传输数据的码字和未用于传输数据的预留码字，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
从聚合信号中提取剪切信号，剪切信号的幅值绝对值小于或等于设定的幅值阈值，将剪切信号与聚合信号的差值作为剪切噪声信号，所述幅值阈值在聚合信号的峰值和平均幅值之间；
使用所述预留码字对所述剪切噪声信号依次进行码分复用编码和解码变换，得到峰值消除信号，将聚合信号与峰值消除信号之和作为更新后的聚合信号；
对以上步骤进行n次迭代，将更新后的聚合信号作为用于传输数据的聚合信号输出，其中，n≥1。
2.如权利要求1所述的降低聚合信号峰均功率比的方法，其特征在于：根据所述幅值阈值对聚合信号进行数字域剪切处理得到所述剪切信号。
3.如权利要求1所述的降低聚合信号峰均功率比的方法，其特征在于：当所述更新后的聚合信号的幅值绝对值小于或等于所述幅值阈值时，或者，达到预先设定的迭代次数，迭代结束。
4.如权利要求1所述的降低聚合信号峰均功率比的方法，其特征在于：所述基带信号为正交频分复用信号。
5.如权利要求1所述的降低聚合信号峰均功率比的方法，其特征在于：所述扩频码为正交码。
6.如权利要求5所述的降低聚合信号峰均功率比的方法，其特征在于：所述扩频码包括沃什Walsh码。
7.如权利要求1至6任一项所述的降低聚合信号峰均功率比的方法，其特征在于：所述预留码字为2m组N阶沃什Walsh码，沃什Walsh码由1和-1组成；
使用所述预留码字对所述剪切噪声信号进行码分复用编码变换包括：从所述剪切噪声信号中提取出实部I和虚部Q，分别进行N倍上采样，对上采样后的每一路I/Q信号样点分别分配一组N阶沃什Walsh码，得到2m组正交信号，其中，该N阶沃什Walsh码为所述预留码字，对第k路信号分配的N阶沃什Walsh码为w2k-1和w2k，k＝1,2,…,m。
8.如权利要求7所述的降低聚合信号峰均功率比的方法，其特征在于：对2m组所述正交信号进行N阶Walsh解码，分别得到m组实部I和对应的m组虚部Q，将各实部与对应的虚部组合，并将所得信号相加得到所述峰值消除信号。
9.一种降低聚合信号峰均功率比的系统，用于集中式无线接入网络中的移动前传链路，移动前传链路包括发送端、光纤链路和接收端，发送端对多路基带信号进行基于码分复用的信道聚合得到聚合信号，码分复用的扩频码包括用于传输数据的码字和未用于传输数据的预留码字，其特征在于，所述系统包括：
PAPR降低模块，其设于所述发送端，用于从聚合信号中提取剪切噪声信号，使用所述预留码字对所述剪切噪声信号依次进行码分复用编码和解码变换，得到峰值消除信号，将聚合信号与峰值消除信号之和作为更新后的聚合信号，将经过n次迭代得到的更新后的聚合信号作为用于传输数据的聚合信号输出；
其中，剪切噪声信号的幅值绝对值大于设定的幅值阈值，幅值阈值在聚合信号的峰值和平均幅值之间，n≥1。
10.如权利要求9所述的降低聚合信号峰均功率比的系统，其特征在于：所述发送端包括集中化BBU池，集中化BBU池包括BBU、信道聚合模块和加训练序列模块，所述信道聚合模块、所述PAPR降低模块和加训练序列模块依次连接；
其中，所述BBU用于对进入集中化BBU池中的核心网的LTE信号进行基带处理，得到多路LTE基带信号；所述信道聚合模块用于对多路LTE基带信号进行码分复用，经过基于码分复用的信道聚合，得到一路聚合信号；所述加训练序列模块用于在聚合信号前加训练序列。
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