CN108667758B - 一种削峰方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种削峰方法及装置，用以降低多模设备中的信号峰均比，从而提高功放效率。本申请提供的一种削峰方法，包括：分别对第一模式信号和第二模式信号进行成型滤波；其中，第一模式信号的带宽小于第二模式信号的带宽，并且对第一模式信号的基带信号进行削峰后再进行成型滤波；对成型滤波后的第一模式信号和第二模式信号进行内插滤波、搬频合路后，进行中频削峰。

Description

一种削峰方法及装置
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种削峰方法及装置。
背景技术
随着移动通信的发展，为了满足不同用户需求和不同的场景需求，移动通讯系统存在多种模式同时工作的情况。在4G移动通信系统向5G移动通讯系统发展过程中物联网是一个重要的移动网络运用场景。为了实现物联网，在3GPP标准版本(R)13中增加了窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)模式。NB-IoT下行也是与长期演进(LongTerm Evolution，LTE)一样采用正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplex，OFDM)多载波调整方式，一个NB-IoT载波只要一个物理资源块(PhysicalResource Block，PRB)，12个子载波，带宽200KHz。由于NB-IoT也是采用OFDM多载波调整方式，信号的峰均比与LTE信号的峰均比相当，为10dB左右。为了满足各种运用，在一个无线通信设备支持LTE用于数据通信，NB-IoT用于物联网，甚至还要支持全球移动通信系统(Global System for Mobile communication，GSM)用于语音通信。这种多模设备中的信号峰均比将会很大，如果不进行削峰，功放的压力非常大，很难输出需要的功率，功放效率很低。
发明内容
本申请实施例提供了一种削峰方法及装置，用以降低多模设备中的信号峰均比，从而提高功放效率。
本申请实施例提供的一种削峰方法，包括：
分别对第一模式信号和第二模式信号进行成型滤波；其中，第一模式信号的带宽小于第二模式信号的带宽，并且对第一模式信号的基带信号进行削峰后再进行成型滤波；
对成型滤波后的第一模式信号和第二模式信号进行内插滤波、搬频合路后，进行中频削峰。
通过该方法，分别对第一模式信号和第二模式信号进行成型滤波；其中，第一模式信号的带宽小于第二模式信号的带宽，并且对第一模式信号的基带信号进行硬削峰后再进行成型滤波；对成型滤波后的第一模式信号和第二模式信号进行内插滤波、搬频合路后，进行中频削峰，经验证，在信号带宽相差很多(例如10倍以上)的双模信号的削峰，在中频削峰前，增加对较小带宽信号的单独削峰，从而可以提升中频削峰的性能，降低多模设备中的信号峰均比，从而提高功放效率，实现方法简单，例如可以很容易由FPGA实现硬削峰，占用FPGA的资源小，并且削峰效果好，对EVM的影响小。
可选地，所述对第一模式信号的基带信号进行削峰，具体为对第一模式信号的基带信号进行硬削峰。
可选地，所述内插滤波为4倍内插滤波。
可选地，对第一模式信号进行硬削峰的处理数据率，在第一模式信号的带宽的3～6倍之间，例如削峰时的数据速率不小于信号带宽的3～4倍，从而可以降低削峰后信号的峰值再生。
可选地，对第一模式信号的基带信号进行硬削峰的采样率，在第一模式信号的带宽的4～16倍之间。
可选地，所述中频削峰，具体为波峰消减-波峰系数消减PC-CFR。
可选地，第一模式信号和第二模式信号分别为窄带物联网NB-IoT信号和长期演进LTE信号。经验证，NB-IOT信号经过硬削峰率波后峰均比可以降低到7dB以内，已经大大的改善了NB-IOT信号的峰均比，使NB-IOT信号对多膜中频信号的峰值影响大大降低。经过NB-IOT信号先单独削峰后，在保证LTE信号的EVM情况下，最终双模数字中频的信号峰均比经过中频削峰模块后能够达到LTE信号单模时的效果，解决了双模信号峰均比高的问题，从而提高了功放效率。
与上述方法相对应地，本申请实施例提供的一种削峰装置，包括：
第一单元，用于分别对第一模式信号和第二模式信号进行成型滤波；其中，第一模式信号的带宽小于第二模式信号的带宽，并且对第一模式信号的基带信号进行削峰后再进行成型滤波；
第二单元，用于对成型滤波后的第一模式信号和第二模式信号进行内插滤波、搬频合路后，进行中频削峰。
可选地，所述对第一模式信号的基带信号进行削峰，具体为对第一模式信号的基带信号进行硬削峰。
可选地，所述内插滤波为4倍内插滤波。
可选地，所述第一单元对第一模式信号进行硬削峰的处理数据率，在第一模式信号的带宽的3～6倍之间。
可选地，所述第一单元对第一模式信号的基带信号进行硬削峰的采样率，在第一模式信号的带宽的4～16倍之间。
可选地，第一模式信号和第二模式信号分别为窄带物联网NB-IoT信号和长期演进LTE信号。
可选地，所述中频削峰，具体为波峰消减-波峰系数消减PC-CFR。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种削峰方法的总体流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种削峰方法的具体流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种削峰方法的具体流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种削峰装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种削峰方法及装置，用以降低多模设备中的信号峰均比，从而提高功放效率。
本申请实施例提供的一种削峰方法，如图1所示，包括：
S101、分别对第一模式信号和第二模式信号进行成型滤波；其中，第一模式信号的带宽小于第二模式信号的带宽，并且对第一模式信号的基带信号进行削峰后再进行成型滤波；
其中，所述第一模式信号的带宽小于第二模式信号的带宽，例如，这两种模式的信号的信号带宽相差10倍以上。
S102、对成型滤波后的第一模式信号和第二模式信号进行内插滤波、搬频合路后，进行中频削峰。
其中，所述内插滤波器和搬频合路是标准的数字上变频(DUC)处理，内插滤波就是对低采样率的数据插0，提高采样率，在通过半带滤波器滤除内插产生的镜像信号。搬频合路就是内插到一定采样率的数据，复乘一个数字本振信号使数字基带信号，变成一定中频频率的数字中频信号，多个不同的基带信号搬到不同的数字中频频率，加载一起后形成一路多制式多载波的数字中频信号。
所述中频削峰是指在数字中频中进行的削峰，有多种削峰实现方式，常用的中频削峰方式为PC-CFR。
通过该方法，分别对第一模式信号和第二模式信号进行成型滤波；其中，第一模式信号的带宽小于第二模式信号的带宽，并且对第一模式信号的基带信号进行硬削峰后再进行成型滤波；对成型滤波后的第一模式信号和第二模式信号进行内插滤波、搬频合路后，进行中频削峰，经验证，在信号带宽相差很多(例如10倍以上)的双模信号的削峰，在中频削峰前，增加对较小带宽信号的单独削峰，从而可以提升中频削峰的性能，降低多模设备中的信号峰均比，从而提高功放效率，实现方法简单，例如可以很容易由FPGA实现硬削峰，占用FPGA的资源小，并且削峰效果好，对EVM的影响小。
可选地，所述对第一模式信号的基带信号进行削峰，具体为对第一模式信号的基带信号进行硬削峰。
所述硬削峰就是硬切，即超过某幅度的信号就限定在某幅度上。例如，|x|>a,则x＝x*a/|x|；x为复数，a为削峰门限。硬削峰的削峰门限可以低至5dB(即削峰门限比信号的平均功率高5db)。
可选地，第一模式信号和第二模式信号分别为窄带物联网NB-IoT信号和长期演进LTE信号。经验证，NB-IOT信号经过硬削峰率波后峰均比可以降低到7dB以内，已经大大的改善了NB-IOT信号的峰均比，使NB-IOT信号对多膜中频信号的峰值影响大大降低。经过NB-IOT信号先单独削峰后，在保证LTE信号的EVM情况下，最终双模数字中频的信号峰均比经过中频削峰模块后能够达到LTE信号单模时的效果，解决了双模信号峰均比高的问题，从而提高了功放效率。
可选地，所述内插滤波为4倍内插滤波。
为了解决类似NB-IOT与频分双工(Frequency Division Duplex，FDD)这种带宽相差很多的多模信号的峰均比，需要对原来的数字中频方案做调整。一般情况下削峰处理的采样率大于4倍的信号带宽时，削峰后进一步内插或转换到模拟信号后峰值再生就很小了，小于0.4dB，而削峰处理的采样率小于2倍的信号带宽时，削峰后进一步内插或转换为模拟信号后峰值再生会很大。为了降低削峰后峰值再生的幅度，削峰时采样率越高越好，但是削峰时采样率越高，削峰模块需要的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)资源越多。为了平衡削峰模块的FPGA资源和削峰性能，一般削峰模块的处理数据率在信号总带宽的3～6倍之间。NB-IOT的带宽很小只有200KHz，小于常用最小LTE信号带宽5M的25分之1，小于总信号带宽的百分之一。
可选地，对第一模式信号进行硬削峰的处理数据率，在第一模式信号的带宽的3～6倍之间，例如削峰时的数据速率不小于信号带宽的3～4倍，从而可以降低削峰后信号的峰值再生。
可选地，对第一模式信号的基带信号进行硬削峰的采样率，在第一模式信号的带宽的4～16倍之间。
为了改善中频削峰的削峰效果，对NB-IOT这种小信号带宽的信号在较低采样率下先进行一次削峰，把小带宽的信号峰均比降下来，末级的中频削峰模块的削峰压力就会大大的降低下来，削峰效果会大大提升。小带宽的信号独立削峰的采样率可以选择在这个信号带宽的4～16倍之间。例如，NB-IOT基带数据的采样率为1.92M，大于信号带宽的8倍，在基带进行削峰后，后续峰值再生不明显。所以如果对NB-IOT信号在1.92M速率下增加一级削峰后，可以使得NB-IOT信号的峰均比大大降低，可以由原来的10db的峰均比降低到7dB以内。并且NB-IOT对误差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)的要求较低，单独削峰可以削得较多，削峰门限可以很低。基带信号都需要经过PFIR滤波，降低带外的杂散，以满足杂事频谱辐射的要求。
所以，对于NB-IOT的削峰实现可以先在NB-IOT基带滤波前进行硬削峰，硬削峰对EVM的影响较小，削峰门限可以设置得很低(例如削峰门限比信号的平均功率高5db)，且FPGA实现非常简单，只需要一个乘法器就可以实现。硬削峰的一个问题就是带外杂散较高，削峰后需要进行滤波，对于NB-IOT信号来说正好可以利用基带滤波器(PFIR滤波)对硬削峰杂散进行滤除。硬削峰还有一个缺点是削峰滤波后峰值又有一定的再生，这就需要通过降低硬削峰门限来改善。经验证，NB-IOT经过硬削峰率波后峰均比可以降低到7dB以内，已经大大的改善了NB-IOT信号的峰均比，使NB-IOT对多中频信号的峰值影响大大降低。经过NB-IOT先单独削峰后，在保证LTE信号的EVM情况下，最终双模数字中频的信号峰均比经过中频削峰模块后能够达到LTE单模时的效果，解决了双模信号峰均比高的问题。
当然类似NB-IOT这种小带宽的信号，在较低采样率下单独削峰的削峰方案不限于硬削峰，其它的削峰方法也可以使用，主要是平衡削峰效果和需要的资源。
在4G通信系统中存在3G系统和4G系统共设备的多模设备系统。TD-SCDMA与TD-LTE双模系统就是这种典型运用。在TD-SCDMA与TD-LTE双模设备中发射链路的数字中频实现方案如图2所示。TD-SCDMA信号和TD-LTE信号各自进行成型滤波，然后内插滤波提升采样率，多载波搬频合路后形成双模数字中频信号，通过中频削峰模块进行数字中频的削峰处理，降低双模数字中频信号的峰均比。其中，中频削峰模块例如可以采用波峰消减-波峰系数消减(Power Crest–Crest Factor Reduction，PC-CFR)。PC-CFR是一种波峰系数消减方法，是一种常用的中频削峰方法。
NB-IOT与LTE双模数字中频信号的削峰处理，与TD-SCDMA与TD-LTE双模系统的方案和框架结构相类似。
例如，参见图3，中频削峰模块也是采用PC-CFR。PC-CFR做削峰处理时需要抵消脉冲，需要根据信号带宽形成削峰滤波器系数。在中频削峰时采样率基本已经达到了122.88M的速率或者是245.76M的采样速率，而NB-IOT信号的信号带宽只有200KHz，削峰滤波器系数无法实现，这样只能把抵消脉冲的噪声推到LTE信号内，即只能用LTE的削峰滤波器系数。而在TD-SCDMA与TD-LTE双模系统中就不存在这种问题，TD-SCDMA的信号带宽是1.28M，比NB-IOT信号的6倍多，削峰滤波系数基本是没有问题的。另外NB-IOT信号的峰均比基本与LTE信号的峰均比一样达到10dB。而NB-IOT信号为了增强覆盖，信号功率谱密度是LTE信号的10dB以上，这样造成在相同的削峰门限下LTE信号的EVM恶化很严重。因此，本申请对NB-IOT这种小信号带宽的信号在较低采样率下先进行一次削峰，把小带宽的信号峰均比降下来，末级的中频削峰模块的削峰压力就会大大的降低下来，削峰效果会大大提升。
可选地，参见图3，对NB-IOT信号进行成型滤波具体包括：对在NB-IOT射频接口(IR)接口接收到的NB-IOT基带信号，分别进行：硬削峰、有限冲击响应滤波器(PFIR)滤波、16倍内插滤波、NB-IOT多载波搬频合路。
可选地，参见图3，对LTE信号进行成型滤波具体包括：对在LTE IR接口接收到的信号，分别进行：PFIR滤波、LTE信号采样率调整(就是内插滤波完成采样率调整)。
与上述方法相对应地，本申请实施例提供的一种削峰装置，如图4所示，包括：
第一单元11，用于分别对第一模式信号和第二模式信号进行成型滤波；其中，第一模式信号的带宽小于第二模式信号的带宽，并且对第一模式信号的基带信号进行削峰后再进行成型滤波；
第二单元12，用于对成型滤波后的第一模式信号和第二模式信号进行内插滤波、搬频合路后，进行中频削峰。
可选地，所述对第一模式信号的基带信号进行削峰，具体为对第一模式信号的基带信号进行硬削峰。
可选地，所述内插滤波为4倍内插滤波。
可选地，所述第一单元对第一模式信号进行硬削峰的处理数据率，在第一模式信号的带宽的3～6倍之间。
可选地，所述第一单元对第一模式信号的基带信号进行硬削峰的采样率，在第一模式信号的带宽的4～16倍之间。
可选地，第一模式信号和第二模式信号分别为窄带物联网NB-IoT信号和长期演进LTE信号。
可选地，所述中频削峰，具体为波峰消减-波峰系数消减PC-CFR。
上述第一单元、第二单元，均可以由处理器等实体器件实现。所述处理器可以是中央处埋器(CPU)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)。
综上所述，本申请实施例，在信号带宽相差很多(例如10倍以上)的双模信号的削峰，在中频削峰前，在较低采用率增加对小带宽信号的单独削峰，来提升中频削峰的性能；为了降低削峰后信号的峰值再生，削峰时的数据速率不小于信号带宽的3～4倍。本申请实施例实现方法简单，可以很容易由FPGA实现，占用FPGA的资源小，并且削峰效果好，对EVM的影响小。
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和光学存储器等)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。
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 (10)

1.一种削峰方法，其特征在于，该方法包括：
分别对第一模式信号和第二模式信号进行成型滤波；其中，第一模式信号的带宽小于第二模式信号的带宽，并且对第一模式信号的基带信号进行削峰后再进行成型滤波；其中，所述第一模式信号和第二模式信号分别为窄带物联网NB-IoT信号和长期演进LTE信号；
对成型滤波后的第一模式信号和第二模式信号进行内插滤波、搬频合路后，进行中频削峰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对第一模式信号的基带信号进行削峰，具体为对第一模式信号的基带信号进行硬削峰。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对第一模式信号进行硬削峰的处理数据率，在第一模式信号的带宽的3～6倍之间。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对第一模式信号的基带信号进行硬削峰的采样率，在第一模式信号的带宽的4～16倍之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中频削峰，具体为波峰消减-波峰系数消减PC-CFR。
6.一种削峰装置，其特征在于，包括：
第一单元，用于分别对第一模式信号和第二模式信号进行成型滤波；其中，第一模式信号的带宽小于第二模式信号的带宽，并且对第一模式信号的基带信号进行削峰后再进行成型滤波；其中，所述第一模式信号和第二模式信号分别为窄带物联网NB-IoT信号和长期演进LTE信号；
第二单元，用于对成型滤波后的第一模式信号和第二模式信号进行内插滤波、搬频合路后，进行中频削峰。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述对第一模式信号的基带信号进行削峰，具体为对第一模式信号的基带信号进行硬削峰。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一单元对第一模式信号进行硬削峰的处理数据率，在第一模式信号的带宽的3～6倍之间。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一单元对第一模式信号的基带信号进行硬削峰的采样率，在第一模式信号的带宽的4～16倍之间。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述中频削峰，具体为波峰消减-波峰系数消减PC-CFR。
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