CN108702163B - 用于多波束波峰因子降低的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于波束信号的系统，所述系统包括：波峰因子降低(CFR)模块，其具有输入和相应的输出，其中，所述输入中的各输入用于接收所述波束信号中的相应的不同波束信号，以及各输出与所述多个输入中的不同输入相对应、并且用于输出多个CFR调整信号中的不同CFR调整信号，所述多个CFR调整信号中的各CFR调整信号与所述多个波束信号中的不同波束信号相对应；以及发送器，其连接至所述CFR模块的输出，其中，所述CFR模块被配置为对所述波束信号进行波峰因子降低以生成多个CFR调整信号，以及对所述波束信号进行的波峰因子降低是基于所述波束信号中的数个波束信号的幅度的加权和。

Description

用于多波束波峰因子降低的系统和方法
根据美国法典第35条第119(e)款，本申请要求2015年12月9日提交的、标题为“Multi-Beam Crest Factor Reduction”的序列号为62/272,269的临时申请的权益，其全部内容通过引用而并入于此。
技术领域
本发明一般涉及诸如蜂窝或无线本地局域网等的无线系统，更特别地涉及多波束相控阵列(phased array)系统。
背景技术
相控阵列在自由空间中创建波束辐射图案以允许选择性通信信道的形成。通过在平面上以网格图案放置多个天线来形成相控阵列，其中这些天线通常以射频(RF)信号的波长的1/2彼此间隔开。相控阵列可以通过调整施加到每个天线的RF信号的相位和幅度来在优选方向上生成辐射图案。由于这些调整，发射的无线RF信号可以在特定方向上得到加强，而在其它方向上受到抑制。无线波束以电子方式转向以发送通信信道，从而消除机械地调整天线的位置或方向的需要。
相控阵列需要编制形成阵列的多个天线以一致地进行。公司馈电网络通过将RF信号的相同副本递送至形成相控阵列的多个天线中的各天线，来向相控阵列提供定时。多个天线在平面区域上的均匀放置将相控阵列定义为沿X方向和Y方向这两者具有在RF信号的载波频率的若干波长上延伸的表面区域。例如，具有被布置在正方形平面区域中的100个天线的相控阵列将沿各方向具有等于RF载波频率的5个波长的边缘尺寸。
在蜂窝传输中，正交频分复用(OFDM)由于其对码间干扰(ISI)的抵抗以及信道均衡的低复杂度因而被诸如长期演进(LTE)等的现代系统所采用。然而，OFDM信号通常展现出高峰值平均功率比(PAPR)。为了维持发送射频(RF)信号的线性，高PAPR需要大功率放大器(PA)回退(即，增加PA供给电压以相对于平均发送RF信号功率而增加供给的源功率)。被提供至PA的增加的供给电力确保了PA在RF信号处于其峰值水平时线性地工作。当RF信号恢复至其平均水平时，PA受到不会转换为RF信号功率的高功率损耗。附加功率损耗转化为PA内增加的散热。因此，通过增加PA回退以提高PA的线性，还导致PA效率的降低以及增加的电力使用。在许多情况下，对PA的散热或功耗的限制可能变为整个无线电传输系统的性能的瓶颈。
这种情形在相控阵列中变得更加严重，这是因为存在多个PA，由于这多个PA中的各个PA驱动相控阵列中的一个天线，因此各PA增加其热输出。所有PA可被放置在天线附近，这些天线定义了相控阵列的平面区域。PA紧密地放置在一起，这在与相控阵列相关联的相对小体积内产生了大量热量。如果PA经历了如前所述的高PAPR问题，则散热变得更加严重。由于高PAPR而引起的PA的增加的功率损耗可能在非常小的体积内产生大量的热量。此外，相控阵列可以处理多个重波束信号，并且在各PA的输入处，这些波束信号通常被旋转并相加。当多波束信号相加在一起时，需要用以降低PA所经历的高PAPR的技术。降低PAPR使得PA能够变得更加功率高效。
发明内容
一般来说，在一方面，本发明的特征在于一种用于多个波束信号的系统，所述系统包括：波峰因子降低模块即CFR模块，其具有多个输入以及相应的多个输出，其中，所述多个输入中的各输入用于接收所述多个波束信号中的相应的不同波束信号，以及所述多个输出中的各输出与所述多个输入中的不同输入相对应、并且用于输出多个CFR调整信号中的不同CFR调整信号，所述多个CFR调整信号中的各CFR调整信号与所述多个波束信号中的不同波束信号相对应，其中，所述CFR模块被配置为对所述多个波束信号进行波峰因子降低以生成所述多个CFR调整信号，以及对所述多个波束信号进行的所述波峰因子降低是基于所述多个波束信号中的数个波束信号的幅度的加权和。
其它实施例包括以下特征中的一个或多个特征。所述CFR模块被配置为使用所述多个波束信号中的数个波束信号的幅度的加权和来确定何时减小所述多个波束信号中的波束信号的幅度。对所述多个波束信号进行的波峰因子降低是基于所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的加权和。所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的加权和是所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的和。
该系统还包括：发送器，其具有多个升频模块，各升频模块电连接至所述CFR模块的多个输出中的相应的一个不同输出、并且用于对从针对该输出的CFR调整信号所获得的信号进行升频；组合器，用于对来自所述多个升频模块的信号进行组合、并生成组合信号；以及功率放大器，其电连接至所述组合器的输出。所述功率放大器具有输出，并且所述系统还包括电连接至所述功率放大器的输出的天线。所述CFR模块包括多个坐标转换模块，以及所述多个坐标转换模块中的各坐标转换模块连接至所述多个输入中的相应的不同输入、并且用于确定经由该输入所接收到的波束信号的幅度。所述CFR模块还包括：多个乘法器，所述多个乘法器中的各乘法器连接至相应的不同坐标转换模块；并且所述CFR模块还包括：加法器，用于将从所述多个坐标转换模块中的各坐标转换模块所获得的信号相加以生成所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的加权和。所述CFR模块还包括：峰值检测器，用于检测所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的加权和何时超过预定阈值。所述CFR模块被配置为进行的波峰因子降低涉及以下各项中的一项或多项：硬限幅、峰值抵消、和迭代限幅。
一般来说，在一方面，本发明的特征在于一种用于处理多个波束信号的方法，所述方法包括：确定所述多个波束信号中的各波束信号的幅度；计算所述多个波束信号的幅度的加权和；以及对所述多个波束信号进行波峰因子降低以生成相应的多个CFR调整信号，其中对所述多个波束信号进行波峰因子降低是基于所述多个波束信号的幅度的所计算出的加权和。
其它实施例包括以下特征中的一个或多个特征。所述方法还包括：处理所述多个CFR调整信号以生成多个处理信号；组合所述多个处理信号以生成组合发送信号；以及将所述组合发送信号递送至天线以用于无线传输。进行波峰因子降低包括使用幅度的加权和来确定何时减小所述多个波束信号中的任意波束信号的幅度。幅度的加权和中的全部权重等于1，或者可选地，幅度的加权和中的一个或多个权重不等于1。对所述多个波束信号进行波峰因子降低涉及：检测所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的加权和何时超过预定阈值。对所述多个波束信号进行波峰因子降低涉及以下各项中的一项或多项：硬限幅、峰值抵消、和/或迭代限幅。
现将参考如附图中所示的本发明的特定实施例来详细说明本发明。虽然以下参考特定实施例来说明本发明，但应当理解，本发明不限于此。能够访问本文的教导的本领域普通技术人员将意识到在如本文所述的本发明的范围内的附加实现、修改和实施例以及其它使用领域，并且本发明相对于这些附加实现、修改和实施例以及其它使用领域可具有显著实用性。
附图说明
图1示出图示了功率放大器的峰值平均功率比(PAPR)的波形。
图2描绘了超过阈值的信号的波峰因子降低(CFR)。
图3示出被单独应用至两个波束路径、然后被求和从而导致PAPR再增长的传统CFR。
图4描绘了用于消除相加之后的PAPR再增长的双波束联合峰值检测和降低模块或电路的实施例。
图5呈现了用于消除相加之后的PAPR再增长的多波束联合峰值检测和降低模块或电路的实施例。
图6呈现了双波束联合峰值检测和降低模块或电路的一个实施例，其中两个波束中的各波束在相加之后无PAPR再增长地分配至多个功率放大器。
图7呈现了用于确定两个信号的组合需要峰值降低的位置的图形表示。
图8是利用峰值降低来进行多波束CFR的单次迭代的模块或电路的框图。
图9是利用限幅和滤波来进行多波束CFR的单次迭代的模块或电路的框图。
图10是利用硬限幅来进行多波束CFR的单次迭代的模块或电路的框图。
图11A是使用嵌入式单波束CFR模块来进行多波束CFR的模块或电路的框图。
图11B是描绘了处理来自多个波束的样本的一次迭代的流程图。
图12是涉及多次单波束迭代、接着是多次多波束CFR迭代的实施例的框图。
图13示出使用标准测试波形的不具有单独CFR的多波束CFR的性能结果。
图14示出使用标准测试波形的具有单独CFR的多波束CFR的性能结果。
图15是采用嵌入在发送链内的(具有或不具有单独CFR的)多波束CFR的实施例的框图。
图16A示出使用单独和多波束CFR的两次迭代的第一波束的输入/输出结果。
图16B示出使用单独和多波束CFR的两次迭代的第二波束的输入/输出结果。
图16C示出使用单独和多波束CFR的两次迭代的组合的第一波束和第二波束。
图17呈现了使用多波束CFR的三个不同标准测试波形的表格式结果。
具体实施方式
图1示出基带包络线1-5内的发送射频RF信号1-4。在峰值信号事件1-2期间，包络线的幅度可以几乎延伸至固定电源放大器供给电压1-1。固定电源放大器供给电压需要超过峰值信号事件的幅度以维持放大器的线性。然而，与峰值信号事件相比，整个信号维持低平均水平1-6。在就信号的功率而言进行测量时，峰值信号事件1-2与对应于1-6的平均功率值的比被称为峰值平均功率比(PAPR)。期望将PAPR维持在尽可能低的值。诸如正交频分复用(OFDM)等的某些通信系统信号会生成不期望的高PAPR，为此期望采用一些用于降低PAPR的技术。这里介绍的技术可以应用于经历高PAPR的任何相控阵列通信系统。固定功率放大器供给电压必须能够在1-2处提供大电压摆动；然而，当信号幅度更接近平均值1-6时，功率放大器变得不太高效。在这些区域中，将固定功率放大器供给电压所提供的能量作为热量耗散，如区域1-3中的间隙所示。因此，放大器的设计需要确保大峰值信号事件被适当地放大以维持放大器的线性。然而，当功率放大器的平均功率远低于峰值信号事件时，功率放大器浪费大量的电力作为热量，如区域1-3所示。
基带包络线1-5(或基带信号)由具有两个分量的矢量形成：同相(I)信号和正交(Q)信号。复信号通常由复数表示，其中实部和虚部分别与信号的I分量和Q分量相对应。矢量具有幅度和相位。基带信号1-5的幅度由式1给出：
Figure GDA0002229643320000061
相位由I分量和Q分量的相对值确定。
降低基带信号的峰值也降低了射频(RF)信号的峰值。如果峰值降低，则PAPR也降低。一旦PAPR降低，则整个信号可被缩放(scaled)以占据功率放大器(PA)供给电压的范围，从而导致较高的功率效率(或者可选地，PA供给电压可以下降至降低峰值的水平，从而降低整体功率耗散)。
传统地，在单波束系统中，波峰因子降低(CFR)操作在发送RF信号被施加至PA之前降低该发送RF信号的峰值。CFR模块(通常通过被应用至峰值信号的限幅、滤波和/或减法运算来)降低PAPR，同时将信号的失真保持在可接受水平。在LTE系统中，CFR操作可能导致带内信号失真(其特征在于EVM)，同时还导致如通过ACLR所测量的带外发射。CFR操作的目标是减少RF信号中的峰值信号，同时将EVM和ACLR维持在可接受限度内。减少峰值信号的净效应导致PA的效率提高。CFR操作在利用单个发送RF信号或波束的系统上表现良好。
图2以图片形式更详细地示出单波束CFR技术如何运作。存在如下的基带信号2-5，其信号峰值2-3具有由虚线椭圆2-1的边界所限定的幅度。该基带信号具有DC值2-6以及CFR阈值2-4和2-7。信号峰值2-3与其平均值的功率比规定了PAPR。较低的PAPR通常是所期望的，并且将在信号峰值2-3降低至阈值2-4或低于阈值2-4时发生。阈值是基于对功率放大器的操作所施加的系统需求而设置的。传统CFR技术识别超过阈值的信号峰值2-3的位置，并且并入多种信号降低技术其中之一以将信号峰值2-3降低至与阈值2-4相匹配或者小于阈值2-4的较低信号峰值2-2。较低信号峰值2-2与其平均值的功率比产生了期望PAPR。CFR可以在将峰值信号2-3降低至较低信号峰值2-2之后将信号的原始PAPR降低至期望PAPR。期望PAPR可以降低至约6～8dB，同时将相控阵列的误差矢量幅度(EVM)和相邻信道泄漏比(ACLR)维持在可接受限度内。当信号被施加至功率放大器时，维持该期望PAPR。然而，这种情形仅适用于采用传统CFR技术的单波束系统。
相控阵列是更复杂的无线电系统。两个或更多个波束信号(独立的发送RF信号)各自发生相移并加在一起。多波束信号是两个或更多个波束信号在被施加至PA的输入、并经由相控阵列的一个天线而被发送至自由空间中之前的总和。对两个或更多个波束信号中的各波束信号应用传统CFR方法降低了这些波束信号中的各波束信号以实现期望PAPR。然而，一旦两个或更多个波束信号加在一起，则组合波束信号的PAPR可能大于期望值。相加之后的PAPR的增加被称为PAPR的再增长或PAPR再增长。发生这种情况是因为传统CFR每次独立于其它波束而对一个单独的波束进行操作。多波束信号中的传统CFR方法是无效的。即使使用CFR来处理两个或更多个波束信号中的各波束信号，一旦组合，这两个或更多个波束信号的总和也会使PAPR再增长2～3dB。
图3示出上述的多波束CFR架构中如何发生PAPR再增长。波束1信号被施加至CFR3-1a，其中该CFR 3-1a使波束1信号内的信号峰值降低至阈值，从而在节点3-2a处生成具有期望PAPR的信号。节点3-2a处的信号在块3-3a中升频为RF频率，并且在输入节点3-4a处被施加至相位旋转器3-5a。相位旋转器调整波束1信号的相位，并将信号施加至加法器3-6的输入，并且用于控制相控阵列系统中所得到的波束的方向。同时，第二波束信号即波束2信号被施加至CFR 3-1b，其中该CFR 3-1b使波束2信号内的信号峰值降低至阈值，从而在节点3-2b处生成具有期望PAPR的信号。节点3-2b处的信号在块3-3b中升频为RF频率，并且在输入节点3-4b处被施加至相位旋转器3-5b。相位旋转器3-5b调整信号的相位，并将信号施加至加法器3-6的输入。加法器3-6组合来自相位旋转器的两个信号，以在节点3-7处生成被施加至功率放大器3-8的复合信号。使用CFR技术独立于波束2信号来调整波束1信号内的信号峰值，同时使用CFR技术独立于波束1信号来调整波束2信号内的信号峰值。由于被应用至波束1信号和波束2信号的独立CFR调整，因此在加法器的输出节点3-7处可能发生PAPR再增长。PAPR再增长可以使PAPR增加多达3dB，从而导致功率放大器在驱动相控阵列的一个天线3-10时损失效率并耗散比所需更多的功率。
在应用传统CFR之后，图3中的各个波束的PAPR实际上降低至如阈值所确定的设置最大可接受水平。一旦波束加在一起，则各个波束(各自处于设置最大可接受水平)的降低的功率分量的总和可能造成新的PAPR条件的发生，从而使PAPR上升多达3dB，这实际上导致了被应用至各个波束的传统CFR操作被撤销。即使对各个波束进行传统CFR操作，组合波束的PAPR在相加之后也会恢复至接近原始PAPR值。期望PAPR的增加是因为一个波束的降低峰值与第二个波束的降低峰值对齐，并且这可能导致PAPR增加多达3dB。因此，当多个波束组合或相加时，传统的单波束CFR无效。
图4示出在多波束CFR架构内消除PAPR再增长的一个实施例。波束1信号和波束2信号被施加至联合峰值检测和降低块4-1。将两个波束信号在任何给定时间点的幅度相加，并与设置联合PAPR的给定阈值进行比较。然而，如果幅度的和大于给定阈值、并且局部总和提供了局部最大值，则总和的PAPR大于期望PAPR，并且进行峰值的信号分量其中之一或两者的降低。任何信号分量的幅度的降低向波形引入了信号失真。如果引入的失真在如LTE标准所规定的误差矢量幅度(EVM)限度内，则在LTE系统中例如可以容忍信号失真。然后将两个信号递送至发送器(或前端)，其中该发送器是用于使信号准备好以供经由天线系统(未示出)进行发送的系统的一部分。在发送器中，分别利用升频块3-3a和3-3b使各信号升频至RF频率。相位旋转器3-5a和3-5b使节点4-3a和4-3b上的两个输入波束信号的幅度旋转，并且将这些信号施加至加法器3-6。加法器3-6将这两个信号加在一起，以在节点4-4处创建信号。该信号被施加至功率放大器3-8的输入。联合峰值检测和降低块4-1实现多波束CFR处理，使得当多个波束在任意相位旋转之后相加时，组合波束信号与旋转量无关地展现出无超出节点4-4处的期望水平的PAPR再增长。无PAPR再增长意味着组合信号的PAPR不会超过组合信号PAPR目标。
相位旋转器用于使波束信号中的RF信号的相位角超前或滞后。相位旋转器用于使通过该相位旋转器的信号的相位偏移。利用模拟控制信号或数字控制信号来控制相位的偏移。所述实施例使用数字控制信号来调整相位旋转器。另外，使用通过模式控制信号或数字控制信号进行控制的至少一个幅度调整电路(可变增益放大器，未示出)来修改RF信号至少之一的幅度。应用这些相位旋转和增益是为了沿期望方向引导所得到的由相控阵列形成的波束。对幅度或相位调整的控制可以从完全控制到部分控制或零控制变化。数字控制信号通过总线在系统内传输，并被提供至升频器中的相位旋转器和可变增益放大器。这些数字控制信号或模拟控制信号由可包括多个交互机器或计算机的数字前端(DFE)中的一个或多个处理器供给。利用计算机程序来对计算机可读介质进行编码，使得一个或多个处理器对该程序的执行进行相位和幅度调整的一种或多种方法。为了获得相位和幅度调整的功能的更多详情，例如参见由Mihai Banu等人在2012年6月7日发表的、标题为“Low Cost,ActiveAntenna Array”的美国专利公开2012/0142280，其公开内容通过引用而全文并入于此。
在诸如相控阵列系统等的应用中，可以根据针对相控阵列的波束方向来使发送信号的相位在各天线元件处旋转任意角度。因此，多波束CFR基于旋转不变性的构思：波束信号(其各自可能进行任意相位旋转)的和被设计为满足期望PAPR目标。此外，多波束CFR联合处理不同波束的发送信号，以检测并降低组合波束信号的峰值。本实施例在联合峰值检测和降低块内按各时间间隔同时监视多个信号波束的组合幅度。一旦组合幅度超过阈值，则联合峰值检测和降低块试图规定局部最大值。一旦定位了局部最大值，则对多个波束信号同时应用CFR技术以使局部最大值降低至期望阈值以下。该联合峰值检测和降低实施例确保组合波束信号在相加之后、并且在被施加至功率放大器之前展现出无不可接受的PAPR再增长。
图5示出三个波束信号在节点5-4处没有经历PAPR再增长的情况下相组合的实施例。三个波束信号：波束1信号、波束信号2和波束3信号被施加至联合峰值检测和降低块5-1。本领域技术人员将理解，多于三个的多个波束信号可以以相同的方式进行处理。可能通过应用(用以允许不同波束信号之间的不等的功率分配的)加权函数来将任何给定时刻的各波束的幅度加在一起，以确定总幅度值。加权函数可例如用于指派与手机距基站的距离相关的不等的功率分配。与基站较近的手机的波束信号可以具有用于降低信号的幅度的加权函数，同时距基站较远的手机的波束信号由于信号必须行进得更远因而可以具有用于增加信号的幅度的加权函数。
针对各时间步计算总幅度值。将总幅度与阈值进行比较以判断该总幅度是否超过该阈值。在总幅度值超过阈值的情况下，通过使用峰值降低方法来降低三个信号中的一个或多个信号的幅度。一种方法涉及按比例地降低多个波束信号中的全部波束信号的幅度，另一种方法涉及按比例地降低超过最小幅度的这些波束信号的幅度。这些降低方法可以使用硬限幅、迭代限幅和滤波、以及峰值抵消技术，其更详细的示例将在后面进行说明。联合峰值检测和降低块5-1的目标是将峰值幅度降低至小于(如阈值所规定的)期望量的值，使得组合信号实现期望PAPR。该CFR操作应当将通过误差矢量幅度(EVM)进行表征的带内信号失真以及通过相邻信道泄漏比(ACLR)进行测量的带外发射维持在预定限度内。三个输出信号：5-2a、5-2b和5-2c各自分别被施加至相应的升频块3-3a、3-3b和3-3c。节点5-3a、5-3b和5-3c处的升频信号各自分别通过相位旋转器3-5a、3-5b和3-5c进行相移。加法器3-6将相移信号加在一起，以在连接至功率放大器3-8的节点5-4上生成最终RF信号。在节点5-4处不存在信号的PAPR再增长，这是因为在相同时间片段期间联合评价三个信号以校正可能超过阈值水平的任何组合幅度。
图6描绘了连接至相控阵列的多个功率放大器的联合峰值检测和降低块的实施例。在本实施例中，如图5的实施例中那样，在升频之前而不是在升频之后引入波束转向权重/相位。图6还示出仅作为图示而被分配至多个功率放大器的两个波束信号。一般来说，可以跨Y个功率放大器来分配X个波束信号。节点4-2a和4-2b处的两个输出信号已被联合峰值检测和降低块4-1进行了处理。这些信号中的任一个或全部两个在0°和360°之间的任何位置发生相位旋转，并且相加以形成复合信号。通过对两个信号进行求和所形成的复合信号在经联合峰值和降低块4-1处理之后将始终保证满足期望PAPR。图6的系统生成八个复合信号，其中这八个复合信号被升频并被施加至相应功率放大器的输入。全部八个功率放大器将与被应用至形成复合信号的两个CFR校正输入信号的相移无关地，以期望PAPR或者低于期望PAPR进行操作。这八个功率放大器各自驱动天线(未示出)。功率放大器的功率耗散是相控阵列的整个功率预算的重要部分。由于将功率放大器的PAPR维持在期望PAPR处因而导致的功率节省可以用于减少整个系统的功率耗散或者用于增加被发送至自由空间中的RF信号的平均输出功率。相控阵列的八个天线可以在自由空间中产生两个单独的辐射图案。所发射的无线RF信号在特定方向上得到加强，而在其它方向上受到抑制，这取决于两个输入波束信号的这些相位和幅度调整。对于转向波束的进一步说明，参见由Mihai Banu等人在2012年10月11日公布的、标题为“Techniques for Achieving High Average SpectrumEfficiency in a Wireless System”的美国专利公开2012/0258754，其公开内容通过引用而全文并入于此。
联合峰值检测和降低块4-1处理输入波束1信号和输入波束2信号以检测这两个信号的幅度的总和中的信号峰值。在总幅度超过给定阈值的情况下，对这两个信号应用CFR降低技术。一旦利用CFR技术降低了总幅度的峰值以产生期望PAPR，则联合峰值检测和降低块4-1的输出信号4-2a和4-2b耦合至标记为W(i)j的可变增益和相位旋转块。这两个信号现具有旋转不变性的特性。输出信号4-2a耦合至第一组可变增益和旋转块6-1a～6-1h。输出信号4-2b耦合至第二组可变增益和旋转块6-2a～6-2h。旋转不变性确保这些可变增益和相位旋转块可以使信号4-2a和4-2b其中之一或两者在0～360°的整个范围内进行相位旋转，同时在将这些信号加在一起之后维持期望PAPR。八个加法器3-5a～3-5h各自在节点6-3a～6-3h上生成复合信号。各复合信号包括从第一组选择的第一信号与从第二组选择的第二信号的总和，以形成复合信号其中之一。这些复合信号各自通过升频块3-3a～3-3h进行升频，以分别在节点6-4a～6-4h上生成RF信号。这些RF信号各自被施加至功率放大器其中之一的相应输入。图6示出2个波束的配置，其中各波束的信号被分配至一组八个功率放大器(PA)。一般来说，该配置可以具有针对Y个PA(例如，大于八个)的X个波束(例如，2个或更多个)。
图3～5仅示出相位旋转。一般来说，如图6所示，给定波束到给定功率放大器的数据路径可以通过由复缩放因子W(i)j所表示的可变增益和相位旋转。因为一般来说、W(i)j具有实(同相或I)分量和虚(正交或Q)分量，因此它是复缩放因子。重要的是，该因子不仅使信号的幅度缩放，还使信号在I-Q平面上旋转。可变增益是先验设置的。然后，操作者相应地设置多波束CFR加权函数和阈值，使得可变增益被考虑到。因此，可变增益不影响旋转不变性的特性。
联合峰值检测和降低块4-1利用CFR技术来处理信号以使PAPR降低至期望PAPR。被应用至信号其中之一的可变增益使相同的增益被应用至峰值功率以及该信号的平均功率。因此，期望PAPR保持恒定，而与可变增益的幅度无关。升频操作(将基带信号转换为射频信号)可以如图3～5所示在相位旋转之前或者如图6所呈现在相位旋转之后发生。
在传统CFR中，如果信号幅度超过给定阈值，则独立于任何其它波束信号对单个波束信号进行峰值降低。与此相对，在多波束CFR中，在各波束信号的幅度的和超过给定阈值的情况下进行峰值降低。与表示信号的矢量的和的幅度相对，考虑这些矢量的幅度的和，使得操作对于各个波束信号的相位旋转都是不变的。图7示出描绘了多波束CFR方法的一个示例性实施例的波形。示出作为时间的函数的三个对齐波形。上面两个波形表示采样输入波束1信号和采样输入波束2信号。下面的信号表示作为复合信号的两个输入信号的总和。这些波形各自识别与时间点t1、t2、t3相对应的三个幅度值。虚线椭圆与所识别的各幅度值相关联。虚线椭圆可以表示投射在I和Q平面上的圆，该平面垂直于与时间点相关联的各虚线的面(page)并且出自(stick out of)该面。圆的半径与I和Q平面中的信号的幅度相对应。在时间点t1，波束1信号在90°处具有幅度7-1a，而波束2信号在90°处具有幅度7-1b。当两个波束信号的幅度加在一起时，这两个波束信号在90°处产生组合峰值信号7-2。注意，由于两个输入矢量对齐，因此这两个输入矢量的总和针对该矢量相加生成最大值，就好像矢量的幅度已经相加了一样。该峰值信号7-2的值小于期望阈值7-11，因此将不需要应用多波束CFR方法。在时间点t2，波束1信号在270°处具有幅度7-4a，而波束2信号在270°处具有幅度7-4b。当两个波束信号的幅度加在一起时，这两个波束信号在270°处产生组合峰值信号7-5。再次注意，由于两个输入矢量共线，因此这两个输入矢量的总和针对该幅度相加生成最大值，就好像矢量的幅度已经相加了一样。该峰值信号7-5的值大于期望阈值7-11，因此将需要应用多波束CFR方法。在多波束CFR方法的一个实施例中，7-4a和7-4b处的输入信号的幅度按比例地降低，直到总幅度7-5降低至期望阈值7-11以下为止。在时间点t3，波束1信号在90°处具有幅度7-6a，而波束2信号在270°处具有幅度7-6b。当两个波束信号的幅度加在一起时，这两个波束信号在270°处产生组合峰值信号7-7。该峰值信号7-5的值在期望阈值7-11内，但是该值表示矢量相加的幅度结果。矢量幅度的相加由虚线椭圆7-10表示(超过阈值7-11)，因此将需要应用多波束CFR方法。7-6a和7-6b处的输入信号的幅度可以按比例地降低，直到总幅度7-10降低至期望阈值7-11以下为止。如果各幅度的和大于期望阈值，则多波束CFR方法降低各信号的幅度(注意，各信号的和可能超过或者可能不超过期望阈值)。如果各幅度的和在期望阈值内，则多波束CFR方法无需降低各信号的幅度。多波束CFR方法可以使用任何现有的方法(例如迭代限幅和滤波(ICF)、峰值抵消(PC)、以及硬限幅(HC))来降低峰值。
图8呈现了联合峰值检测和降低块4-1内的多波束CFR峰值抵消(CFR-PC)电路或模块的功能框图。一般来说，通过从发送信号中减去适当缩放且旋转的峰值抵消脉冲(PCP)来降低发送信号的峰值。PCP通常基于脉冲成型滤波器的脉冲响应，使得减去缩放/旋转后的PCP将不会显著地影响发送信号的带宽。使PCP的峰值与发送信号的峰值对齐。使PCP缩放以控制峰值降低量(即，要减去的幅度)，并且使PCP旋转以与I-Q平面上的发送信号的峰值的角度对齐。PCP用于减去波束信号的峰值以确保校正信号是“平滑的”，即，校正之后的波束信号不存在突然变化，这会转化为波束信号的最小频谱失真。可以在http://www.xilinx.com/products/intellectual-property/ef-di-pc-cfr.html处找到对该技术的参考。
向模块施加输入波束信号，并从该模块输出CFR波束信号，这对应于CFR校正的一次迭代。被递送至模块的两个输入波束(波束1输入和波束2输入)的I和Q分别通过峰值抵消脉冲(PCP)长度延迟块8-2a和8-2b传播至组合器8-8a和8-8b。长度延迟块用于在考虑到峰值检测器8-5和PCP模块8-6所引入的延迟的情况下暂时使峰值抵消脉冲(PCP)的峰值与组合器8-8a处的波束输入信号的峰值对齐。
脉冲长度延迟块有效地将输入信号的延迟版本提供至组合器。同时，利用坐标转换块8-1a和8-1b来提取两个输入的幅度和相位，以分别生成幅度M1和M2以及相位P1和P2。然后，在乘法器8-3a和8-3b中分别利用加权函数W1和W2来对幅度进行缩放。加权函数例如用于考虑手机距基站的距离，并且用于允许不同波束信号之间的不等功率分配。加法器8-4将所得到的两个幅度相加，并将输出应用至峰值检测器8-5。在多波束峰值检测器中，将波束信号幅度的加权和与给定阈值进行比较。(注意，一般来说，在提到加权和时，并不意味着排除所有权重都等于1的情况。)峰值检测器8-5检测高于给定阈值的组合幅度的峰值。使用用于存储预记录PCP的峰值抵消脉冲(PCP)块8-6来使校正信号的频谱成型，以使ACLR下降保持较小。在检测到高于阈值的峰值的情况下，针对各不同波束对预记录PCP进行缩放，并从中减去预记录PCP。通常，PCP基于发送脉冲成型滤波器的脉冲响应，其中该发送脉冲成型滤波器是用于确保发送信号的带宽在通信信道的带宽内的滤波器(例如，参见图15的典型发送器链。在15-1a和15-1b中使用发送脉冲成型滤波器。)在缩放/旋转块8-7a和8-7b中使用高于给定阈值的量与传入信号相位P1、P2一起对PCP进行缩放和旋转，以生成校正信号1和校正信号2。尽管未明确示出，假设缩放/旋转模块已知权重W。(注意，该图示出主要数据路径，并且未示出全部控制路径。)需要进行旋转，这是因为波束输入信号的峰值以特定角度出现在I-Q平面上，并且需要使PCP旋转以与波束输入信号中出现峰值的角度相匹配。组合器8-8a和8-8b从PCP长度延迟块所提供的延迟波束信号中减去校正信号，以使PAPR降低至期望水平。
该组过程可以迭代多次，以确保在发送信号中抵消了大多数峰值。这意味着在硬件中，将存在图8的多个副本。前一副本的波束1输出、波束2输出将分别连接至后一副本的波束1输入、波束2输入。当波束输入信号具有紧凑间距峰值或宽峰值时，可能需要多次迭代。一次迭代例如由于有限的硬件处理能力因而仅可以处理一部分峰值。当在硬件或软件中实现时，PCP生成器和缩放器(未示出)的多个副本可以用于在同一次迭代中抵消紧凑间距峰值。在硬件实现中，当PCP生成器主动产生峰值抵消脉冲的样本值时，硬件在峰值抵消脉冲的持续时间内忙碌。因此，如果在该持续时间内、在波束输入信号中存在需要抵消的另一峰值，则需要另一组PCP生成器和缩放/旋转硬件。
相对于各波束信号的幅度成比例地缩放各波束的PCP。例如，在图8所示的双波束实施例中，令M1、M2为当前样本时刻的波束信号幅度，并且令W1、W2为波束组合权重。如果幅度的加权和
Figure GDA0002229643320000168
被认为是峰值并且非常大即W>T+Δ(其中T是给定阈值，并且Δ是阈值裕量)，则将分别利用下式2和3来对波束1输入和波束2输入的PCP进行缩放：
Figure GDA0002229643320000161
Figure GDA0002229643320000162
阈值裕量Δ的目的是为了绕过不重要的峰值，并且Δ≈0.01T被求出是良好的值。在图8中，波束1信号和波束2信号各自是复基带信道，即各信道具有同相(I)和正交(Q)分量。特别地，缩放/旋转块8-7a和8-7b被设计为独立地对各信道的I分量和Q分量进行缩放，以实现各信道的PCP的期望幅度缩放和相位旋转。
以上给出了用于在各波束信号之间分配超出幅度(即，波束幅度的加权和高于阈值的超过部分)的降低(即，比例分配)的特定方法。在一些情况下，可以利用小信号保护方法来改进多波束CFR实施例的进行，其中在该小信号保护方法中，各波束的幅度决不会降低至给定水平以下。
例如，在双波束场景中，分别令L1,L2表示这样的小信号保护水平，并且令Z1,Z2为波束幅度和保护水平中的较小者：
Figure GDA0002229643320000163
Figure GDA0002229643320000164
然而，小信号保护PCP缩放因子由下式7和8给出：
Figure GDA0002229643320000165
Figure GDA0002229643320000166
其中
Figure GDA0002229643320000167
是考虑到小信号保护水平之后的组合幅度阈值。根据经验，求出L1≈0.02 M1、L2≈0.02 M2是展现出良好性能的小信号保护水平。
超出幅度(即，W–T)的降低被分配至各波束信号。进行分配，使得各波束信号的幅度决不会降低得比水平L1、L2小。然后，在各波束信号之间成比例地(与波束输入幅度M1、M2成比例地)分割剩余降低量。
使PCP的幅度乘以缩放因子S′1、S′2以形成缩放校正信号。
虽然上述的多波束CFR-PC架构适用于大多数峰值检测器实现，但是在以下讨论中假设了用于说明中间邻居峰值检测器的实施例(尽管可以预期，峰值抵消方法将适用于具有合适修改的其它峰值检测器实现)。根据中间邻居方法：
Figure GDA0002229643320000171
其中下标表示样本时刻。因此，如果Wi大于其前面和后面的邻居，则Wi被认为是峰值。与传统CFR-PC模块相同，可以进行以上步骤的多次迭代以确保在组合信号中抵消大多数峰值。
来自多波束CFR处理的波束1输出和波束2输出的输出信号不再是独立的。实际上，输出信号以互补方式变得依赖：当一个信号的幅度小时，允许其它信号的幅度大。正是这种互补依赖关系产生了多波束CFR特性，即：当波束信号加在一起时，这些波束信号满足期望PAPR目标。
在图8中的联合峰值检测和降低块的输出处，波束信号的和满足期望PAPR目标。然而，各波束信号的PAPR无需与组合信号的PAPR相同。在针对各波束和组合信号这两者存在PAPR设计约束的一些应用中，如图12所示，传统单波束CFR模块可被添加到多波束CFR模块前面，其中呈现了单独+多波束CFR操作的多次迭代。一般来说，各CFR级可以具有与多波束CFR级不同的阈值和迭代次数。
图9描绘了使用迭代限幅和滤波的多波束CFR系统中的联合峰值检测和降低块4-1的功能框图。将输入波束信号递送至模块，并且从模块输出进行了CFR之后的波束信号。被递送至模块的两个输入波束(波束1输入和波束2输入)的I和Q分别耦合至限幅块9-3a和9-3b。限幅块对超过给定阈值的峰值进行限幅。同时，利用坐标转换块8-1a和8-1b来提取两个输入的幅度，以分别生成幅度M1和M2。然后，在乘法器8-3a和8-3b中分别利用加权函数W1和W2来对这些幅度进行缩放。加法器8-4将得到的两个幅度相加，并将得到的输出应用至阈值检测器9-1。在多波束峰值检测器9-1中，将波束信号幅度的加权和与给定阈值进行比较。阈值检测器9-1将得到的输出与给定阈值进行比较，并且在与波束1相关联的限幅块的节点9-2a上分配波束阈值T1，且在与波束2相关联的限幅块的节点9-2b上分配波束阈值T2。注意，假设如先前描述的情况那样，W1、W2是需要该信息的模块所已知的。该图示出主要数据路径，并且未示出一些控制路径依赖关系。
对于限幅阈值的比例分配，T1和T2被设置为如下。如果加权组合幅度
Figure GDA0002229643320000181
小于或等于阈值T，则限幅块未激活。否则，T1、T2阈值被设置为如下：
T1＝M1 T/W
T2＝M2 T/W
限幅块9-3a和9-3b根据它们各自接收到的波束阈值来对波束输入信号进行限幅。在对峰值进行限幅之后，波束信号的频谱将变宽，并且该频谱将超过传输信道的带宽。为了将波束信号恢复至其原始带宽，应用滤波步骤。因此，在对波束输入信号进行限幅之后，以下滤波器9-4a和9-4b对波束输入信号进行滤波。滤波器的实现是设计选项。通常，它是与图15中的15-1a相同的脉冲成型滤波器。限幅块接着是滤波块的块序列与CFR校正的一次迭代相对应。在限幅和滤波的一次迭代之后得到的信号可分别用于波束1输出和波束2输出。
情况是，滤波使信号峰值再出现，但是程度低于原始峰值。因此，已经发现，可以使用限幅和滤波的重复应用来降低峰值，同时使频谱展宽最小化。可以使用如图9所示的限幅和滤波的单个周期，但是该周期将通常具有差的峰值降低或失真性能。因此，在实践中，通常进行以上步骤的多次迭代。为获得关于迭代限幅和滤波的更多详情，参考J.Armstrong：“Peak-to-average power reduction for OFDM by repeated clipping and frequencydomain filtering”，ELECTRONICS LETTERS,Vol.38,No.5，2002年2月。
图10示出包括采用硬限幅的多波束CFR的联合峰值检测和降低模块4-1的实施例。将输入波束信号递送至模块，并且从模块输出进行了CFR之后的波束信号。被递送至模块的两个输入波束(波束1输入和波束2输入)的I和Q分别耦合至限幅块9-3a和9-3b。限幅块对超过给定阈值的峰值进行限幅。同时，利用坐标转换块8-1a和8-1b来确定两个输入的幅度，以分别生成幅度M1和M2。然后，在乘法器8-3a和8-3b中分别利用加权函数W1和W2来对这些幅度进行缩放。加法器8-4将得到的两个加权幅度相加，并将得到的输出应用至阈值检测器9-1。在多波束峰值检测器中，将波束信号幅度的加权和与给定阈值进行比较。阈值检测器9-1将得到的输出与给定阈值进行比较，并且在与波束1相关联的限幅块9-3a的节点9-2a上分配波束阈值T1，且在与波束2相关联的限幅块9-3b的节点9-2b上分配波束阈值T2。限幅块9-3a和9-3b根据它们各自接收到的波束阈值来对波束输入信号进行限幅。限幅块的单个块序列与CFR校正的一次迭代相对应。在硬限幅的一次迭代之后得到的信号可分别用于波束1输出和波束2输出。
在传统单波束CFR模块可以使用(例如，以减少整体实现工作或利用现有模块的某些属性)的应用中，还可以通过在单波束CFR模块周围提供定制逻辑来实现多波束CFR。图11A中示出这样的架构。在该双波束示例中，对可能分别以W,W2进行加权的波束1信号和波束2信号的幅度进行求和，以形成针对传统单波束CFR模块的输入。然后，使用传播单波束CFR模块的输出以形成各波束的信号的幅度。对于各波束，针对各波束修改的幅度与该波束的原始相位(在适当延迟之后)一起用于重构针对各波束进行了CFR之后的信号的I分量、Q分量。例如，传统CFR模块可以是单波束迭代限幅和滤波CFR模块、或单波束峰值抵消CFR模块。
图11A描绘了包括还采用嵌入式单波束CFR方法的多波束CFR的联合峰值检测和降低模块4-1的实施例。将输入波束信号递送至模块，并且从模块输出进行了CFR之后的波束信号。被施加至模块的两个输入波束(波束1输入和波束2输入)的I和Q分别耦合至坐标转换块8-1a和8-1b。坐标转换块将输入变换为相位P1和2以及幅度M1和M2分量。相位分量P1和P2分别被延迟块11-5a和11-5b延迟。延迟块11-5a、11-5b考虑了单波束CFR模块11-1和幅度分配器模块11-2的处理延迟，使得延迟相位P1、P2和进行了CFR的幅度M1、M2在同步时刻分别到达坐标转换模块8-1c、8-1d。然后，在乘法器8-3a和8-3b中分别利用加权函数W1和W2来对这些幅度进行缩放。加法器8-4将得到的两个幅度相加，并将得到的输出递送至单波束CFR 11-1。在多波束峰值检测器中，将波束信号幅度的加权和与给定阈值进行比较。
可以利用可选的已知峰值降低方法(例如，硬限幅(HC)、迭代限幅和滤波(ICF)、和峰值抵消(PC))来替换单波束CFR块11-1。单波束CFR块11-1的输出作为输入而耦合至幅度分配器块11-2。幅度分配器块11-2在输出节点11-3a和11-3b处生成单独的幅度波形。这些输出处的波形与原始输入波束1和波束2的值的幅度成比例地变化。尽管图中未示出，但是假设W1、W2是模块所已知的。坐标转换块8-1c将与波束1相关联的相位P1以及进行了CFR后的幅度M1进行组合，以生成波束1输出。坐标转换块8-1d将与波束2相关联的相位P2以及进行了CFR后的幅度M2进行组合，以生成波束2输出。
在图11A中，与前述相同，该所述实施例的幅度分配器将进行了CFR的总幅度按比例地分配至各波束。令M1,M2分别为波束1、2的原始幅度，并且令C为传统单波束CFR模块的输出。然后由下式9和10给出波束1、2的修改幅度：
M′1＝M1C/(W1M1+W2M2) (式9)
M′2＝M2C/(W1M1+W2M2) (式10)
(注意，M1、M2和W1M1+W2M2需要作为输入而被提供至幅度分配器11-2，尽管这在图中未明确示出。)
作为另一示例，考虑采用具有保护水平L1,L2的小信号保护方法。在这种情况下，修改幅度是：
Figure GDA0002229643320000211
Figure GDA0002229643320000212
其中，
Figure GDA0002229643320000213
图11B描绘了处理从相控阵列的多个波束输入中的各波束输入并发选择的样本的一次迭代的流程图11-6。该流程图表示多波束CFR处理的整个处理流程的简化子集流程。所示实施例呈现了如何处理来自多个波束输入的样本以降低PAPR。在开始11-7，接收将从相控阵列发送的多个波束输入11-8。对多个波束中的各个波束的幅度进行采样11-9。
所述实施例在数字域中进行操作。通常，发送信号在基站中生成，并在信号生成时已经处于数字域中。在通信标准(例如，LTE标准)中规定采样频率，并且该采样频率将大于奈奎斯特频率以确保可以忠实地再现相应的模拟信号。
将可能以不等于1的权重进行加权的这些采样幅度加在一起，以形成组合信号幅度11-10。决策框11-11被配置为判断组合信号幅度是否大于给定阈值。如果组合信号幅度小于给定阈值，则流程通过收集器11-18进行到完成11-19。然而，如果组合信号幅度大于给定阈值，则降低技术11-12选自以下至少三种不同的降低方法：迭代限幅和滤波11-13、硬限幅11-14、或峰值抵消11-16。通常，在设计过程中预先作出选择。一旦选择了一种技术，就实现该技术并对所有样本应用所选技术。用于选择不同技术的标准是：实现复杂度、处理延迟、和峰值降低性能。可选地，可以根据哪种技术最适合当时的环境条件来实时地进行选择。
迭代限幅和滤波11-13与组合信号幅度超出给定阈值的量成比例地对多个波束输入进行限幅，然后对信号进行滤波。硬限幅11-14同样与组合信号幅度超出给定阈值的量成比例地对多个波束输入进行限幅。对于峰值抵消11-16方法，决策块11-15被配置为判断样本是否是局部最大值。如果样本不是局部最大值，则流程移动至收集器11-18，并且处理完成11-19。否则，峰值抵消11-16方法对至少当前样本应用预记录的峰值抵消脉冲(PCP)，以降低该样本的值。收集器11-17将来自三种所选方法中的一种所选技术的结果传送至收集器11-18。流程继续通过收集器11-18至完成11-19，从而完成CFR处理的一次迭代。
图12呈现了采用被添加到联合峰值检测和降低块的两次迭代前面的传统单波束CFR模块的两次迭代的模块的框图12-1。单波束CFR模块被添加到多波束CFR模块前面，以使组合PAPR和单独PAPR这两者满足其各自的设计目标，如图14所示。单波束CFR或多波束CFR的多次迭代用于确保大多数峰值降低(单次迭代由于有限的硬件处理能力因而仅可以降低一部分峰值)、或者在峰值降低与信号失真方面实现更好的性能。单波束CFR或多波束CFR的迭代次数通常是基于对离线测试信号的仿真而先验确定的。通常，这样的迭代的次数从2到4不等。在图12中，作为示例仅示出单波束CFR的两次迭代和多波束CFR的两次迭代。迭代次数在其它设计中可能有所变化。
一般来说，对于每次迭代，单独CFR级可以具有不同的阈值或相同的阈值。同样，对于每次迭代，多波束CFR块可以具有不同的阈值或相同的阈值。此外，在单波束CFR块以及联合峰值检测和降低块中可以使用硬限幅(HC)、迭代限幅和滤波(ICF)或峰值抵消(PC)的方法中的任一种。
图13呈现了图13-1，该图13-1使用在具有两个波束的20-MHz LTE下行链路信道中使用标准E-TM3.1(64QAM)测试波形进行评价的联合峰值检测和降低块的4次迭代来显示LTE信号中的信号峰值的概率。使用具有迭代限幅和滤波的多波束CFR。参考图13，图形结果对应于在从路径中消除单波束CFR块的同时使用串联连接的四个联合峰值检测和降低块。组合PAPR 13-4比平均功率高8dB。然而，由于不使用单波束CFR块，因此针对单独波束的单独的PAPR 13-2和13-3比平均功率高约10.5dB或者比联合结果高约2.5dB。注意，组合PAPR满足8dB设计目标。然而，由于不使用单独的CFR块，因此单独的PAPR不能满足8dB设计目标。
图14呈现了图14-1，该图14-1使用单波束CFR块的四次迭代、接着是在具有两个波束的20-MHz LTE下行链路信道中使用标准E-TM3.1(64QAM)测试波形进行评价的联合峰值检测和降低块的四次迭代，来显示LTE信号中的信号峰值的概率。参考图12，图形结果对应于四组单波束CFR块串联连接至串联连接的四个联合峰值检测和降低块的情况的结果。组合PAPR 14-3小于平均功率以上的8dB，而单独PAPR为约平均功率以上的8dB。单独和多波束各自迭代四次的组合(单独+)多波束CFR系统将全部结果的PAPR降低至约8dB。注意，在单独CFR块与多波束CFR结合使用的情况下，全部的组合PAPR和单独PAPR都满足8dB设计目标。
如图15的实施例中所描绘地，(单独+)多波束CFR系统12-1可以集成到典型DFE(数字前端)架构中。RF数字前端(DFE)系统示出，(单独+)多波束CFR系统12-1被应用在发送脉冲成型滤波器15-1a和15-1b以及插值器15-2a和15-2b之后、但是在数模转换器(D/A)、相位旋转以及升频块15-3a和15-3b之前。脉冲成型滤波器用于移除发送信号的过多频谱分量，以使信号带宽维持在信道带宽内。插值器用于增加发送信号的采样率。较高的采样率有助于数模转换处理。
(单独+)多波束CFR系统12-1的可选结构可以包括一个或多个联合峰值检测和降低块，以及/或者一个或多个单波束CFR块、接着是一个或多个联合峰值检测和降低块。波束输入耦合至相位成型滤波器15-1a和15-1b。来自脉冲成型滤波器的信号耦合至插值器15-2a和15-2b，其中插值器15-2a和15-2b的输出被递送至(单独+)多波束CFR系统。对来自(单独+)多波束CFR系统的输出信号进行D/A转换、旋转和缩放，然后在被递送至加法器3-6之前进行升频15-3a和15-3b。在最后的发送器处理步骤中，在不同波束信号通过功率放大器3-8之前将其相加在一起。
图16A描绘了时域标绘图16-1，该时域标绘图16-1针对图12中所描绘的包括单波束CFR块的两次迭代、接着是联合峰值检测和降低块的两次迭代的系统而显示第一波束输入信号的波形16-2和LTE信号的输出波形16-3。在具有两个波束的20-MHz LTE下行链路信道中使用标准E-TM3.1(64QAM)测试波形来评价结果。输出波形16-3恰好与单个给定阈值2-4相匹配。注意，波束1输入信号幅度高于阈值，并且其在处理之后的相应输出信号幅度16-3低于阈值。
图16B描绘了时域标绘图16-4，该时域标绘图16-4针对图12中的包括单波束CFR块的两次迭代、接着是联合峰值检测和降低块的两次迭代的系统而显示第二波束的波形16-5和LTE信号的输出波形16-6。在具有两个波束的20-MHz LTE下行链路信道中使用标准E-TM3.1(64QAM)测试波形来评价结果。输出波形16-6低于单个给定阈值2-4。注意，波束2输入信号幅度开始低于阈值，并且其在处理之后的相应输出信号幅度仍低于阈值。
图16C描绘了时域标绘图16-11，该时域标绘图16-11针对图12中的包括单波束CFR块的两次迭代、接着是联合峰值检测和降低块的两次迭代的系统而显示两个波束的组合波形(虚线)和LTE信号的输出波形(实线)。在具有两个组合波束的20-MHz LTE下行链路信道中使用标准E-TM3.1(64QAM)测试波形来评价结果。输出波形的峰值16-8和16-10低于组合阈值7-3。注意，组合波束输入信号幅度高于阈值，并且其在处理之后的相应输出信号幅度低于阈值。
在具有两个波束的20-MHz LTE下行链路信道中使用标准E-TM3.1(64QAM)、E-TM3.2(16QAM)和E-TM3.3(QPSK)测试波形来评价单独+多波束PC-CFR方法的性能。根据LTE标准来测量ACLR和EVM，并且在0.0001％处测量PAPR。在图17所呈现的表中汇总这些结果。评价基于MATLAB浮点模型，并且±值与针对100对单独的10ms测试信号的标准偏差相对应。ACLR目标被设计为高于70dBc，并且单独PAPR目标和期望PAPR目标均被设计为8dB。对于组合信号，假设相控阵列应用，并且针对24个天线元件获取PAPR统计数据。在各元件处，对两个波束信号应用均匀随机相位旋转，接着进行求和。在所有情况下，观察到所得到的EVM低于标准中所提供的相应LTE EVM限度的一半。
单独+多波束PC-CFR方法的硬件实现已经使用VHDL实现，其中16位定点针对中档FPGA装置。VHDL RTL仿真结果与MATLAB浮点模型严格地相匹配。所实现的硬件模块具有6.2μs的延迟，并且FPGA利用消耗了装置资源的约10％。
这里公开的联合峰值检测和降低块的系统和方法可以在通用或专用计算计算机或通过软件进行编程的其它可编程硬件装置上实现，或者被实现为硬件、或通过硬连线进行“编程”的设备、或两者的组合。硬件的一些示例包括但不限于FPGA、全定制设计芯片、DSP、嵌入式处理器等。计算机可读介质可以利用计算机程序来编码，使得一个或多个处理器对该程序的执行进行了联合峰值检测和降低的一种或多种方法。
这里所公开的联合峰值检测和降低方法(即，多波束CFR方法)所用的算法可以被实现为通用或专用计算机或通过软件进行编程的其它可编程硬件装置，或者被实现为硬件、或通过硬连线进行“编程”的设备、或两者的组合。“计算机”(例如，在线访问装置)可以包括单个机器或处理器，或者可以包括多个交互机器或处理器(位于单个位置或者位于彼此远离的多个位置)。
计算机可读介质可以利用实现多波束CFR算法的计算机程序来编码，使得一个或多个计算机对多波束CFR程序的执行使一个或多个计算机进行这里所公开的一种或多种方法。合适的介质可以包括临时或永久存储或可更换介质(诸如一起操作的软件模块的基于网络或基于互联网或以其它方式分布的存储等)、硬盘驱动器、拇指驱动器、闪速存储器、光学介质、磁性介质、半导体介质或任何其它存储可选项。这些介质还可用于记录上述信息的数据库。这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以在高级过程和/或面向对象编程语言、以及/或者汇编/机器语言中实现。
虽然已经通过组合两个或三个波束输入描述了多波束CFR方法和设备的实施例，但本领域技术人员将认识到，本发明可用于在需要时使用所述的相同原理来组合任意多个波束输入。一般来说，除相位旋转以外，给定波束到给定功率放大器的数据路径还可以通过可变增益。可变增益不影响旋转不变性的特性。被应用至信号其中之一的可变增益使相同的增益应用至峰值功率，以及使相同的增益应用至该一个信号的平均功率。因此，在经历可变增益之后，期望PAPR保持恒定，而与可变增益的幅度无关。另外，升频操作(将基带信号转换为射频信号)可以在相位旋转之前或之后发生。此外，可以利用计算机程序来对计算机可读介质进行编码，使得一个或多个处理器对该程序的执行进行了相位和幅度调整的一种或多种方法。根据这些原理，本领域技术人员可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下想出许多修改。例如，网络和便携式系统可以通过使用诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)、正交频分复用(OFDM)、超宽带(UWB)、Wi-Fi、WiGig、蓝牙等的通信技术来无线地交换信息。通信网络可以包括电话网络、IP(互联网协议)网络、局域网(LAN)、自组织网络、本地路由器以及甚至其它便携式系统。“计算机”可以包括单个机器或处理器，或者可以包括多个交互机器或处理器(位于单个位置或者位于彼此远离的多个位置)。

Claims (21)

1.一种用于相控阵列的系统，在所述相控阵列中，多个波束信号的各波束信号是针对所述相控阵列所生成的多个单独的、能引导方向的波束中的不同波束，所述系统包括：
波峰因子降低模块即CFR模块，其具有多个输入以及相应的多个输出，其中，所述多个输入中的各输入用于接收所述多个波束信号中的相应的不同波束信号，以及所述多个输出中的各输出与所述多个输入中的不同输入相对应、并且用于输出多个CFR调整信号中的不同CFR调整信号，所述多个CFR调整信号中的各CFR调整信号与所述多个波束信号中的不同波束信号相对应，
其中，所述CFR模块被配置为对所述多个波束信号进行波峰因子降低以生成所述多个CFR调整信号，对所述多个波束信号进行的所述波峰因子降低是基于所述多个波束信号中的数个波束信号的矢量的幅度的加权和，以及所述数个波束信号的幅度的所述加权和使用不全相等的权重。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述CFR模块被配置为使用所述多个波束信号中的数个波束信号的幅度的加权和来确定何时减小所述多个波束信号中的波束信号的幅度。
3.根据权利要求2所述的系统，还包括：发送器，其连接至所述CFR模块的所述多个输出，所述发送器包括：
多个升频模块，各升频模块电连接至所述CFR模块的多个输出中的相应的一个不同输出、并且用于对从针对该输出的CFR调整信号所获得的信号进行升频；
组合器，用于对来自所述多个升频模块的信号进行组合、并生成组合信号；以及
功率放大器，其电连接至所述组合器的输出。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述功率放大器具有输出，并且所述系统还包括电连接至所述功率放大器的输出的天线。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，对所述多个波束信号进行的波峰因子降低是基于所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的加权和。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述CFR模块还包括：峰值检测器，用于检测所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的加权和何时超过预定阈值。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述CFR模块被配置为进行的所述波峰因子降低涉及硬限幅。
8.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多个波束信号中的所有波束信号的幅度的加权和是所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的和。
9.根据权利要求2所述的系统，其中，所述CFR模块包括多个坐标转换模块，以及所述多个坐标转换模块中的各坐标转换模块连接至所述多个输入中的相应的不同输入、并且用于确定经由该输入所接收到的波束信号的幅度。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述CFR模块还包括多个乘法器，所述多个乘法器中的各乘法器连接至相应的不同坐标转换模块。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述CFR模块还包括：加法器，用于将从多个坐标转换模块中的各坐标转换模块所获得的信号相加以生成所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的加权和。
12.根据权利要求2所述的系统，其中，所述CFR模块被配置为进行的所述波峰因子降低涉及峰值抵消。
13.根据权利要求2所述的系统，其中，所述CFR模块被配置为进行的所述波峰因子降低涉及迭代限幅。
14.一种用于处理相控阵列系统中的多个波束信号的方法，在所述相控阵列系统中，所述多个波束信号中的各波束信号是针对所述相控阵列系统所生成的多个单独的、能引导方向的波束中的不同波束，所述方法包括：
确定所述多个波束信号中的各波束信号的幅度；
计算所述多个波束信号的矢量在给定时间的幅度的加权和，其中所述多个波束信号的幅度的所述加权和使用不全相等的权重；以及
对所述多个波束信号进行波峰因子降低以生成相应的多个CFR调整信号，其中对所述多个波束信号进行波峰因子降低是基于所述多个波束信号的幅度的所计算出的所述加权和，其中，所述多个CFR调整信号中的各CFR调整信号对应于所述多个波束信号中的不同波束信号。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
对所述多个CFR调整信号中的各CFR调整信号进行升频以生成多个处理信号；以及
组合所述多个处理信号以生成组合发送信号。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
将所述组合发送信号递送至天线以用于无线传输。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，进行波峰因子降低包括：使用幅度的加权和来确定何时减小所述多个波束信号中的任意波束信号的幅度。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，对所述多个波束信号进行波峰因子降低包括：检测所述多个波束信号中的全部波束信号的幅度的加权和何时超过预定阈值。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，对所述多个波束信号进行波峰因子降低包括硬限幅。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，对所述多个波束信号进行波峰因子降低包括峰值抵消。
21.根据权利要求14所述的方法，其中，对所述多个波束信号进行波峰因子降低包括迭代限幅。
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