CN1141003C - 基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明的基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理方法，包括步骤：确定联合发送信号的平均功率；根据预定的削波率，得到预失真的最大发射门限功率；将发射功率在预失真最大发射门限功率之内的联合发送信号无失真地发射，将超过该门限功率的信号以门限功率发射。或者，对联合发送信号进行非线性预失真处理。根据本发明的方法，不仅可以使联合发送信号的功率放大要求不超过功率放大器的线性范围，而且还可以提高整个系统的整体性能。

Description

基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统的发送技术，尤其涉及在数字移动通信系统中采用联合发送(joint transmission，简写为JT)技术以及预失真(pre-distortion)技术相结合的发送信号处理方法。

背景技术

在通信系统中，有时发射信号功率的峰平比比较高，这对发射机内的放大器的动态范围和线性度要求非常严格。采用联合发送技术的发送方案就出现了这一问题。图1为采用联合发送技术的移动通信系统示意图。其中，1、2、…、M表示一个基站上的M根天线实施联合发送。图2为采用联合发送技术的移动台接收设备结构示意图。联合发送是由德国的P.W.Baier教授提出的在时分双工(TDD)系统中的一种下行传输方式。在时分双工系统中，如果上、下行传输时隙之间的时间间隔足够短，上、下行信道的冲击响应相关性足够大，就可以在基站利用对上行信道的估计信息来预处理发送信号，而使得移动台的接收机不必再进行下行信道的估计就可以译码，理论上这样就省去了传输下行训练序列，提高了系统容量，同时也有效地降低了移动台的复杂度。

联合发送中发送的是经过信道特性预处理过的信号。然而，由于信道特性的影响，其发送信号的峰平比较高(特别是在用户较少时会出现能量较大的尖峰)，因而在实际系统中，信号的发送将受到放大器线性范围的限制。如果放大器的线性范围较高，成本就会很高。如果线性范围不够，就不能无失真地传输信号，从而导致系统性能下降。另外，发射功率中出现的尖峰可能会烧坏电子器件，使系统无法正常工作。

发明内容

针对联合发送信号具有较高峰平比所带来的问题，本发明提出了一种基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理方法。

本发明的基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理方法，包括步骤：

(1)确定联合发送信号s的瞬时功率P_in，从而得到联合发送信号的平均功率，其中P_in＝‖s‖²/2；

(2)根据预定的削波率，得到预失真的最大发射门限功率P_max，其中P_max等于削波率乘以联合发送信号的平均功率；

(3)将发射功率在预失真最大发射门限功率P_max之内的联合发送信号无失真地发射，将超过该最大发射门限功率P_max的信号以功率P_max发射，从而经过处理后的联合发送信号为：

或者，本发明的基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理方法，包括步骤：

(1)确定联合发送信号s的瞬时功率P_in，从而得到联合发送信号的平均功率，其中P_in＝‖s‖²/2；

(2)根据预定的削波率，得到预失真的最大发射门限功率P_max，其中P_max等于削波率乘以联合发送信号的平均功率；

(3)对联合发送信号进行非线性预失真处理，从而得到处理后的联合发送信号： $s^{\′}=\frac{s}{{[1+{({\left|\right|s\left|\right|}^2/2/P_{\max })}^{2\mathrm{\α}}]}^{1/4\mathrm{\α}}},$ 其中α为一常数。

根据本发明的方法，不仅可以使联合发送信号的功率放大要求不超过功率放大器的线性范围，而且还可以提高整个系统的整体性能。

附图说明

图1示出了现有移动通信系统的示意图；

图2示出了采用联合发送的现有移动台接收设备的结构示意图；

图3示出了根据本发明的采用联合发送以及预失真的基站结构示意图；

图4示出了根据本发明的预失真处理单元的结构；

图5示出了预失真特性曲线；

图6示出了系统特性的改善曲线；

图7示出了削波率的选择对于系统性能影响的曲线。

具体实现方式

本发明的基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理方法的核心思想在于，在联合发射单元和发射天线之间增加一个信号预失真处理单元，如图3所示，从而在联合发送信号送入发射天线之前，对发送信号进行预失真处理。其中，1、2、…、M表示一个基站上的M根天线实施联合发送。根据本发明，与联合发送相结合的预失真处理过程一般包括：联合发送信号瞬时功率的确定，预失真最大发射门限功率的确定以及预失真处理三个步骤。预失真处理单元位于联合发送信号处理单元和功率放大器之间，可以加在数字基带处理部分，也可以加在模拟信号处理部分。

下面结合附图来描述本发明的基于联合发送与预失真技术的发送信号处理方法。

1.确定联合发送信号的瞬时功率

传统的联合发送方案的基带发射信号可表示为

     s＝H^HC(C^HHH^HC)^-1d                 (1)

其中，H为代表信道特性的矩阵，C为扩频码矩阵，d为用户数据向量。

根据公式P_in＝‖s‖²/2得到联合发送信号的瞬时功率，并且可以得到联合发送信号的平均功率。

2.确定预失真的最大发射门限功率P_max。

在本发明中，预失真的最大发射门限功率等于削波率乘以联合发送信号的平均功率。

所谓削波率，是指预失真处理后的平均功率与原来的发送信号的功率之比。削波率会受到基站环境、移动台数量以及信道等因素的影响。在本发明中，削波率是针对不同的应用系统，即在不同的环境和条件下，通过使用仿真软件进行仿真或者通过现场实测来确定，并且绘制成表。在以后的应用中，可以根据不同的应用环境来选择不同的最佳削波率，以保障系统的性能。这是本发明的一个创新点。

3.预失真处理

在确定联合发送信号的瞬时功率以及预失真的最大发射功率门限之后，进行预失真处理。预失真处理方法有很多种，比如预削波以及非线性预失真。下面，我们具体介绍这两种对于联合发送信号进行预失真处理的方法。

(1)预削波

即将发射功率在预失真最大发射门限功率P_max之内的信号无失真地发射，而将超过该最大发射门限功率的信号削平。

在本发明中，经过预削波处理后，联合发送基带信号变为：其中，‖s‖²/2为联合发送信号s的瞬时功率。(2)非线性预失真非线性预失真的模型有多种，公式(3)描述的是较常用的模型。 $g\left(A\right)=\frac{1}{{(1+A^{2\mathrm{\α}})}^{1/2\mathrm{\α}}}$

在本发明中， $A=P_{\mathrm{in}}/P_{\max }={\left|\right|s\left|\right|}^2/2/P_{\max },$ 为联合发送单元的信号瞬时功率与最大发射功率之比。α为一常数，典型值为2-3。

这样，本发明中经过非线性预失真后的联合发送信号为 $s^{\′}=\frac{s}{{[1+{({\left|\right|s\left|\right|}^2/2/P_{\max })}^{2\mathrm{\α}}]}^{1/4\mathrm{\α}}}---\left(4\right)$

图5为两种预失真特性曲线，其中横、纵轴分别表示联合发送单元信号的瞬时功率以及该联合发送信号经过预失真处理后的输出功率(针对预失真最大发射门限功率归一化)。这两种预失真处理方法的选择取决于系统的复杂度以及系统性能的要求。在实际应用中，可以根据通信系统对于复杂度以及性能要求的最佳结合点来灵活地选择。

联合发送技术结合预失真技术后的系统特性改善曲线如图6所示，其中实线表示P.W.Baier教授提出的联合发送方案的误码率曲线，即不考虑放大器的线性范围(即认为放大器的线性范围无穷大)所得到的误码率曲线；点划线和长虚线分别表示经过预削波和非线性预失真处理发送信号所得到的误码率曲线。从图6中可以看出，预失真处理联合发送信号，不但很好地解决了联合发送中较高峰平比的发送信号对于发射机要求严格的问题，而且使系统性能有所提高。

图7示出了削波率的选择对于系统性能的影响。图7所得到的曲线是通过利用仿真软件进行仿真所得到的。在本发明的预失真处理中，削波率的选择十分重要。从图7可以看出，在不同的环境和条件下，适当选择不同的削波率，对系统性能的保证是有益的。图7所示的是一种两个移动台的情况，可以看出在削波率为8时，系统的误码率较小，即在该条件下的最佳削波率为8。一般来说，选取的削波率应大于2。但削波率也不是越大越好，如果削波率太大，本发明将失去作用。

上面已经结合具体实施例描述了本发明。然而，对于本领域技术人员来说，可以在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明做出不同的改进和变型。因而所有落入本发明的权利要求范围的各种改进和变型都应属于本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理方法，包括步骤：

(1)确定联合发送信号s的瞬时功率P_in，从而得到联合发送信号的平均功率，其中P_in＝‖s‖²/2；

(2)根据预定的削波率，得到预失真的最大发射门限功率P_max，其中P_max等于削波率乘以联合发送信号的平均功率；

(3)将发射功率在预失真最大发射门限功率P_max之内的联合发送信号无失真地发射，将超过该最大发射门限功率P_max的信号以功率P_max发射，从而经过处理后的联合发送信号为：

2.根据权利要求1基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中该处理方法在联合发送信号处理单元和功率放大器之间实现。

3.根据权利要求1基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中该处理方法在数字基带处理部分中实现。

4.根据权利要求1基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中该处理方法在模拟信号处理部分中实现。

5.根据权利要求1基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中削波率是针对不同的应用系统，通过仿真方法或者现场实测来确定。

6.根据权利要求1基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中削波率大于2。

7.一种基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理方法，包括步骤：

(1)确定联合发送信号s的瞬时功率P_in，从而得到联合发送信号的平均功率，其中P_in＝‖s‖²/2；

(2)根据预定的削波率，得到预失真的最大发射门限功率P_max，其中P_max等于削波率乘以联合发送信号的平均功率；

(3)对联合发送信号进行非线性预失真处理，从而得到处理后的联合发送信号： $s^{\′}=\frac{s}{{[1+{({\left|\right|s\left|\right|}^2/2/P_{\max })}^{2\mathrm{\α}}]}^{1/4\mathrm{\α}}},$ 其中α为一常数。

8.根据权利要求7基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中该非线性预失真处理的模型为： $g\left(A\right)=\frac{1}{{(1+A^{2\mathrm{\α}})}^{1/2\mathrm{\α}}}$

其中 $A=P_{\mathrm{in}}/P_{\max }={\left|\right|s\left|\right|}^2/2/P_{\max }.$

9.根据权利要求7基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中α为2-3。

10.根据权利要求7基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中该处理方法在联合发送信号处理单元和功率放大器之间实现。

11.根据权利要求7基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中该处理方法在数字基带处理部分中实现。

12.根据权利要求7基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中该处理方法在模拟信号处理部分中实现。

13.根据权利要求7基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中削波率是针对不同的应用系统，通过仿真方法或者现场实测来确定的。

14.根据权利要求7基于联合发送以及预失真技术的发送信号处理的方法，其中削波率大于2。

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