CN115551003A - 一种资源优化的峰值消减cfr实现系统及实现方法 - Google Patents

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CN115551003A CN202211546381.4A CN202211546381A CN115551003A CN 115551003 A CN115551003 A CN 115551003A CN 202211546381 A CN202211546381 A CN 202211546381A CN 115551003 A CN115551003 A CN 115551003A
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Abstract

本发明公开了一种资源优化的峰值消减CFR实现系统及实现方法，包括功率计算模块，峰值检索模块，差值计算模块和峰值修正模块，功率计算模块：计算输入I/Q信号样点数据的功率值，峰值检索模块：在固定的时间窗口长度内，对功率值进行检索得到超过功率门限值的最大峰值样点，差值计算模块：通过查找表得到差值比例系数，再通过计算得到峰值与门限的差值，峰值修正模块：利用最大峰值与功率门限的差值，通过削峰脉冲产生器，产生峰值修正信号，对输入的I/Q数据进行修正，本方法通过三级迭代峰值消减的方法，最大程度上降低的信号的峰均比，保证信号工作在功率放大器的线性范围内，并且降低了射频拉远单元功率放大器的成本。

Description

一种资源优化的峰值消减CFR实现系统及实现方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种资源优化的峰值消减CFR实现系统及实现方法。
背景技术
对于射频拉远单元（RRU,Remote Radio Unit）下行通道（DL，Downlink）而言，主要功能是将数字信号进行通道滤波等处理，经过数模转换（D/A,Digital to Analog），然后经PA放大并发射到天线端口，再经过馈线传输到天线，最后以电磁波的形式辐射到空中，与手机终端建立通信。
在目前4G、5G移动通信系统中，射频拉远单元处理的信号都往往应用的正交频分复用（OFDM ,Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的调试方式。OFDM调制方式存在多个子正交载波，输出信号是多个信道信号的叠加，这样就会存在当某个时刻这些信道信号的相位一致时，所有信号叠加所产生的瞬时功率值会远远大于信号的平均功率值，从而导致较高的峰均功率比出现。
移动通信系统中无线基站的主要耗能部件是功率放大器。然而对于功率放大器而言，其线性工作区域是有限的。较高峰均比的信号往往会超出功率放大器线性的工作范围，导致系统信号的失真，从而恶化传输信号的质量，信号EVM指标恶化。为了保持系统信号不失真，对于较高峰均比的信号，功率放大器就要进行一定的回退，这就造成了射频功率放大器效率的下降。如果不对信号进行回退，就要采用线性工作范围更大的功率放大器，这样会提高射频拉远单元的成本。
综上所述，降低信号高峰均比特性可减小功率回退，从而提高功率放大器效率，改善信号传输质量以及EVM指标。峰值消减CFR是一种有效降低信号高峰均比的方法，并且带内失真和带外频谱扩展可控。从而，在满足用户数据传输速率和传输质量情况下，尽可能提高功率放大器的功放效率，降低无线网络运营成本。
发明内容
针对上述4G、5G移动通信信号峰均比过大造成功率放大器效率下降、EVM指标恶化、无线网络运维成本高等问题，本发明的目的是：提出一种资源优化的峰值消减CFR实现方法，通过提升功率放大器效率，改善信号EVM指标，降低无线网络运营成本；解决射频拉远单元（RRU,Remote Radio Unit）下行通道（DL，Downlink）峰均比过高，超出功率放大器线性工作范围的问题。
为了实现上述目的，本发明采用三级级联CFR的方式，优化了每一级CFR中峰值脉冲产生模块的资源配置，CFR系统按照峰值点数的个数合理分配各级CPG占用的DSP资源。
本方法实现的峰值消减CFR主要涉及以下模块，包括功率计算模块，峰值检索模块，差值计算模块和峰值修正模块四大部分组成。
功率计算模块：计算输入I/Q（In-phase/Quadrature,同向正交）信号的功率值。
峰值检索模块：在固定的窗口长度内，对功率值进行检索得到超过门限的最大功率峰值样点。
差值计算模块：通过差值查找表(LUT,Look Up Table)，得到峰值点对应的差值比例系数，计算得到峰值与门限的差值。
峰值修正模块：利用峰值与门限的差值，通过削峰脉冲产生器，得到对应的修正信号，对输入的I/Q信号进行修正。
本发明还公开了一种资源优化的峰值消减CFR实现方法，包括步骤如下：
步骤1：预先定义如下参数：功率门限值、差值比例系数和削峰脉冲系数；并将计算好的差值比例系数和削峰脉冲系数分别存入差值查找表和消峰脉冲系数查找表；
步骤2：通过功率计算模块计算输入I/Q数据的功率值；
步骤3：使用峰值检索模块，在固定的窗长内，对步骤2中得到的IQ的功率值样点进行检索，得到窗长内超过门限值的最大峰值样点；
步骤4：差值计算模块利用步骤3中得到的窗内功率最大峰值样点，在查找表得到其对应的差值比例系数，再与对应的IQ数据相乘，最后得到最大峰值样点与功率门限值之间的差值；
步骤5：峰值修正模块，利用窗内最大峰值点和功率门限值的差值，根据峰值点个数分配削峰脉冲生成器，生成峰值修正信号，与输入IQ数据相减，得到最终的削峰结果；
步骤6：适当加大步骤3中的窗口长度，级联第二级峰值消减CFR；
步骤7：再次适当加大步骤3中的窗口长度，级联第二级峰值消减CFR。
进一步的，所述步骤1中差值比例系数计算方法为：
Figure 934060DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 477037DEST_PATH_IMAGE003
为功率峰值点，
Figure 582527DEST_PATH_IMAGE004
为峰值门限值，
Figure 236362DEST_PATH_IMAGE006
是存储在查找表中 的差值比例系数；
所述步骤1中削峰脉冲系数计算方法为：
Figure 9278DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 457576DEST_PATH_IMAGE010
为多载波对应的削峰脉冲系数，
Figure 315942DEST_PATH_IMAGE012
为单载波原型匹配的滤波器系 数，
Figure 39047DEST_PATH_IMAGE014
原型滤波器的长度，
Figure 403820DEST_PATH_IMAGE016
为载波的个数，
Figure 554178DEST_PATH_IMAGE018
为第
Figure 368681DEST_PATH_IMAGE020
个载波的中心频点，
Figure 629899DEST_PATH_IMAGE022
为采样频率。
进一步的，所述步骤2中的功率值计算公式如下：
Figure 846247DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 167507DEST_PATH_IMAGE025
为功率值，I/Q为IQ数据的幅值。
进一步的，所述步骤3具体为：
步骤3.1：将门限值存入寄存器型变量Max中；
步骤3.2：将输入的功率值样点与变量Max比较，若功率值大于Max值，则将大于门限的功率值暂存在变量Max中，并且把峰值指示信号拉为高电平，反之变量Max保持不变，峰值指示信号保持为低电平，该过程持续一整个窗长的时间；
步骤3.3：设置第一级CFR窗长为
Figure 469307DEST_PATH_IMAGE027
点；第二级CFR窗长为
Figure 534215DEST_PATH_IMAGE028
点，第三级CFR窗长 为N点；在判断信号窗长指示信号拉高之后，将Max的数值重新更新为门限值，峰值指示信号 置为低电平，上述
Figure 867720DEST_PATH_IMAGE030
为窗长内的I/Q数据样点个数；
步骤3.4：在窗长指示信号拉高之后时，若峰值指示信号为高电平，表示该窗长个样点中出现峰值，将峰值有效指示信号拉高。
进一步的，所述步骤4具体为：
步骤4.1：软件平台将步骤1中计算好的差值比例系数，通过Axi总线写入差值查找表中；
步骤4.2：通过检索到的窗内最大峰值作为差值查找表的地址，在差值查找表中读取对应的差值比例系数；
步骤4.3：在数据同步信号的辅助下，将最大峰值对应窗长内的I/Q数据与差值比例系数相乘，得到峰值点与门限值的差值。
进一步的，所述步骤5具体为：
步骤5.1：软件平台将步骤1中计算好的单位削峰脉冲，通过Axi总线存入对应的查找表中，长度为N点；
步骤5.2：本方案三级CFR中，CPG方式按照输入数据峰值个数来分配。根据峰值与 门限的差值，第一级CFR的削峰信号通过三个并行子CPG生成，每个子CPG生成
Figure 359881DEST_PATH_IMAGE032
个点的 削峰信号，最后拼接生成
Figure 414556DEST_PATH_IMAGE033
点削峰脉冲；第二级CFR的削峰信号通过两个并行子CPG生成， 每个子CPG生成
Figure 17575DEST_PATH_IMAGE035
个点的削峰信号，最后拼接生成
Figure 739675DEST_PATH_IMAGE037
点削峰脉冲；第三级CFR的削峰信号 直接通过一个CPG生成
Figure 137158DEST_PATH_IMAGE038
个点的削峰脉冲；
步骤5.3：峰值消减，将步骤5.2中生成的削峰脉冲信号与窗长内I/Q数据在时域上进行相减，对I/Q数据的峰值进行修正。
进一步的，所述步骤6、7具体为：
I/Q数据通过第一级CFR后，仍然有遗漏的功率峰值点没有进行修正，因此需要通过级联第二级CFR、第三级CFR的方式，修正遗漏的功率峰值点；又由于第一级CFR的存在，实际存在的功率峰值点已经减少，因此通过依次加长第二级以及第三级CFR中的窗长，以达到减少逻辑资源的目的。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过三级迭代峰值消减的方法，最大程度上降低的信号的峰均比，保证信号工作在功率放大器的线性范围内；
2、本发明在三级CFR的结构上，优化了削峰脉冲产生器（CPG，Cancellation pulsegeneration）的资源使用，可以在更短的时间内，完成对信号峰值的消减，可以很好地改善信号的误差矢量幅度(EVM，Error Vector Magnitude)；
本发明优化了CPG的资源配置，并且降低了射频拉远单元功率放大器的成本。
附图说明
图1为本发明峰值消减CFR的实现系统框图。
图2为本发明资源优化的峰值消减CFR的实现方法流程图。
图3为本发明削峰脉冲生成器CPG分配的示意图。
图4为本发明三级级联CFR削峰模块案例实现的系统框图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合具体实施方式、步骤以及附图对本发明作进一步说明。以系统工作时钟与数据采样率比例为1：1为例子，处理单个载波为100M 5GNR信号，原型滤波器系数长度为120。
如图1所示，本发明公开了一种资源优化的峰值消减CFR的实现系统，包括功率计算模块，峰值检索模块，差值计算模块和峰值修正模块，功率计算模块：计算输入I/Q（In-phase/Quadrature,同向正交）信号的功率值。峰值检索模块：在固定的窗口长度内，对功率值进行检索得到超过门限的峰值样点。差值计算模块：通过查找表得到比例系数，再通过计算得到峰值与门限的差值。峰值修正模块：利用峰值与门限的差值，通过削峰脉冲产生器，得到对应的修正信号，对输入的I/Q信号进行修正；本发明利用级联的方式优化了CPG的资源配置。
如图2-4所示，公开了本实施例三级级联CFR的CPG分配方式以及峰值窗长配置。具体步骤如下：
步骤1：预先定义如下参数：功率门限值、差值比例系数和削峰脉冲系数；并将计算好的差值比例系数和削峰脉冲系数分别存入差值查找表和消峰脉冲系数查找表；
步骤2：将带宽100MHz 5G NR载波的IQ数据功率计算模块，计算输入IQ数据的功率值。
步骤3：峰值检索模块，在120/60/40点的窗长内，对步骤2中得到的IQ的功率值样点进行检索，得到窗长内超过门限值的最大峰值样点；
步骤4：差值计算模块利用步骤3中得到的窗内功率最大峰值样点，在查找表得到其对应差值比例系数，将差值比例系数与IQ数据相乘，最后得到最大峰值样与功率门限值之间的差值；
步骤5：峰值修正模块，利用窗内最大峰值和功率门限值的差值，根据峰值点个数分配削峰脉冲生成器，生成峰值修正信号，与输入IQ数据相减，得到最终的削峰结果；
步骤6：级联第二级峰值消减CFR，峰值检索窗长为60点；
步骤7：级联第三级峰值消减CFR，峰值检索窗长为120点。
步骤1：差值比例系数计算方法如下
Figure 679129DEST_PATH_IMAGE040
其中，
Figure 961206DEST_PATH_IMAGE042
为功率峰值点，
Figure 521500DEST_PATH_IMAGE044
为门限值，
Figure 831828DEST_PATH_IMAGE045
是存储在LUT表中的差值比 例系数。
具体实施时，
Figure 720150DEST_PATH_IMAGE047
和
Figure 868234DEST_PATH_IMAGE049
都需要根据I/Q数据的具体量化数值进行转换。
削峰脉冲系数计算方法如下
Figure 33767DEST_PATH_IMAGE051
其中，
Figure 648419DEST_PATH_IMAGE053
为多载波对应的削峰脉冲系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
为单载波原型匹配的滤波器系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
原型滤波器的长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为载波的个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE060
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE062
个载波的中心频点，
Figure 630894DEST_PATH_IMAGE064
为采样频率。
本例子为单载波因此削峰脉冲系数，只要将带宽100MHZ的单载波原型匹配的滤波器系数，在频域上移动到单载波的中心频点上即可。
步骤2：对输入I/Q数据进行功率值计算，将计算得到的功率值样点，截位作为差值查找表地址。功率值计算公式如下：
Figure 598982DEST_PATH_IMAGE066
其中，
Figure 133868DEST_PATH_IMAGE068
为功率值，I/Q为IQ数据的幅值。
步骤3.1：将门限值存入寄存器型变量Max中。
步骤3.2：将输入的功率值样点与变量Max比较，若功率值大于Max值，则将大于门限的功率值暂存在变量Max中，并且把峰值指示信号拉为高电平，反之变量Max保持不变，峰值指示信号保持为低电平，该过程持续一整个窗长的时间；
步骤3.3：本方案中第一级CFR窗长为40点，窗长指示信号每40个时钟周期拉高一次；第二级CFR窗长为60点，窗长指示信号每60个时钟周期拉高一次；第三级CFR窗长为120点，窗长指示信号每120个时钟周期拉高一次。在判断信号窗长指示信号拉高之后，将Max的数值重新更新为门限值，峰值指示信号重新置为低电平。
步骤3.4：在窗长指示信号拉高之后时，若峰值指示信号为高电平，表示该窗长个样点中出现峰值，将峰值有效指示信号拉高。
步骤4具体为：软件平台写入LUT表参数
Figure 794788DEST_PATH_IMAGE070
峰值点查表系数
Figure 782335DEST_PATH_IMAGE072
输入I/Q数据时序 对齐
Figure DEST_PATH_IMAGE074
检索峰值对应I/Q
Figure DEST_PATH_IMAGE075
相乘得到差值。
步骤4.1：软件平台将计算好的差值比例系数，通过Axi总线写入差值查找表中。
步骤4.2：将检索到的窗内最大峰值点作为查找表地址，在差值查找表中读取对应的差值比例系数。
步骤4.3：在数据同步信号的辅助下，将产生峰值对应的I/Q数据与差值比例系数相乘，得窗长内最大峰值与门限值的差值。
步骤5具体为：软件写入原型滤波器系数
Figure DEST_PATH_IMAGE077
按子CPG分配读取滤波器系数
Figure DEST_PATH_IMAGE079
生成 削峰子脉冲
Figure DEST_PATH_IMAGE081
拼接生成削峰脉冲
Figure DEST_PATH_IMAGE083
输入I/Q数据时序对齐
Figure DEST_PATH_IMAGE085
相加得到差值。
步骤5.1：软件平台将计算好的单位削峰脉冲，通过Axi总线存入对应的查找表中，长度为120点。
步骤5.2：如图2所示，本方案三级CFR中，CPG方式按照输入数据峰值个数来分配。根据峰值与门限的差值，第一级CFR的削峰信号通过三个并行子CPG生成，每个子CPG生成40个点的削峰信号，最后通过时域上拼接生成120点削峰脉冲；第二级CFR的削峰信号通过两个并行子CPG生成，每个子CPG生成60个点的削峰信号，最后拼接生成120点削峰脉冲；第三级CFR的削峰信号直接通过一个CPG生成120个点的削峰信号。
步骤5.3：峰值消减，利用生成的120点削峰脉冲，对窗长内的I/Q数据以最大功率峰值点为中心进行修正。
显然，以上述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种资源优化的峰值消减CFR实现系统，其特征在于：包括功率计算模块，峰值检索模块，差值计算模块和峰值修正模块；
所述功率计算模块：计算输入I/Q信号样点数据的功率值；
所述峰值检索模块：在固定的窗口长度内，对所述功率计算模块计算得到的功率值样点进行检索，得到窗口长度内超过功率门限值的最大峰值样点；
所述差值计算模块：根据所述峰值检索模块得到的最大峰值样点从差值查找表中得到差值比例系数，再将最大峰值点对应窗内IQ数据与差值比例系数相乘，最终得到最大峰值样点和门限值的差值；
所述峰值修正模块：将窗内最大峰值样点与功率门限值的差值送入削峰脉冲产生器，得到峰值修正信号，对输入的I/Q数据进行修正。
2.一种资源优化的峰值消减CFR实现方法，其特征在于：使用权利要求1所述的资源优化的峰值消减CFR实现系统，包括以下步骤：
步骤1：预先定义如下参数：功率门限值、差值比例系数和削峰脉冲系数；并将计算好的差值比例系数和削峰脉冲系数分别存入差值查找表和消峰脉冲系数查找表；
步骤2：通过功率计算模块计算输入I/Q数据的功率值；
步骤3：使用峰值检索模块，在固定的窗长内，对步骤2中得到的IQ的功率值样点进行检索，得到窗长内超过门限值的最大峰值样点；
步骤4：差值计算模块利用步骤3中得到的窗内功率最大峰值样点，在查找表得到其对应的差值比例系数，再与对应的IQ数据相乘，最后得到最大峰值样点与功率门限值之间的差值；
步骤5：峰值修正模块，利用窗内最大峰值点和功率门限值的差值，根据峰值点个数分配削峰脉冲生成器，生成峰值修正信号，与输入IQ数据相减，得到最终的削峰结果；
步骤6：根据实际剩余峰值点个数，适当加大步骤3中的窗口长度，级联第二级峰值消减CFR；
步骤7：再次适当加大步骤3中的窗口长度，级联第三级峰值消减CFR。
3.根据权利要求2所述的资源优化的峰值消减CFR实现方法，其特征在于：所述步骤1中差值比例系数计算方法为：
Figure 373272DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为功率峰值点，
Figure 947471DEST_PATH_IMAGE003
为峰值门限值，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
是存储在查 找表中的差值比例系数；
所述步骤1中削峰脉冲系数计算方法为：
Figure 868154DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为多载波对应的削峰脉冲系数，
Figure 168423DEST_PATH_IMAGE007
为单载波原型匹配的滤波器系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
原型滤波器的长度，
Figure 123741DEST_PATH_IMAGE009
为载波的个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为第
Figure 320104DEST_PATH_IMAGE011
个载波的中心频点，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为采样频率。
4.根据权利要求2所述的资源优化的峰值消减CFR实现方法，其特征在于：所述步骤2中的功率值计算公式如下：
Figure 993662DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为功率值，I/Q为IQ数据的幅值。
5.根据权利要求2所述的资源优化的峰值消减CFR实现方法，其特征在于：所述步骤3具体为：
步骤3.1：将门限值存入寄存器型变量Max中；
步骤3.2：将输入的功率值样点与变量Max比较，若功率值大于Max值，则将大于门限的功率值暂存在变量Max中，并且把峰值指示信号拉为高电平，反之变量Max保持不变，峰值指示信号保持为低电平，该过程持续一整个窗长的时间；
步骤3.3：设置第一级CFR窗长为
Figure 333508DEST_PATH_IMAGE015
点；第二级CFR窗长为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
点，第三级CFR窗长为
Figure 110709DEST_PATH_IMAGE017
点；在判断信号窗长指示信号拉高之后，将Max的数值重新更新为门限值，峰值指示信号 置为低电平，上述N为窗长内的I/Q数据样点个数；
步骤3.4：在窗长指示信号拉高之后时，若峰值指示信号为高电平，表示该窗长个样点中出现峰值，将峰值有效指示信号拉高。
6.根据权利要求2所述的资源优化的峰值消减CFR实现方法，其特征在于：所述步骤4具体为：
步骤4.1：软件平台将步骤1中计算好的差值比例系数，通过Axi总线写入差值查找表中；
步骤4.2：通过检索到的窗内最大峰值作为差值查找表的地址，在差值查找表中读取对应的差值比例系数；
步骤4.3：在数据同步信号的辅助下，将最大峰值对应窗长内的I/Q数据与差值比例系数相乘，得到峰值点与门限值的差值。
7.根据权利要求2所述的资源优化的峰值消减CFR实现方法，其特征在于：所述步骤5具体为：
步骤5.1：软件平台将步骤1中计算好的单位削峰脉冲，通过Axi总线存入对应的查找表中，长度为N点；
步骤5.2：本方案三级CFR中，CPG方式按照输入数据峰值个数来分配，
根据峰值与门限的差值，第一级CFR的削峰信号通过三个并行子CPG生成，每个子CPG生 成
Figure 307335DEST_PATH_IMAGE015
个点的削峰信号，最后拼接生成
Figure 999348DEST_PATH_IMAGE017
点削峰脉冲；第二级CFR的削峰信号通过两个并 行子CPG生成，每个子CPG生成
Figure 444016DEST_PATH_IMAGE016
个点的削峰信号，最后拼接生成
Figure 905085DEST_PATH_IMAGE017
点削峰脉冲；第三级 CFR的削峰信号直接通过一个CPG生成
Figure 538191DEST_PATH_IMAGE017
个点的削峰脉冲；
步骤5.3：峰值消减，将步骤5.2中生成的削峰脉冲信号与窗长内I/Q数据在时域上进行相减，对I/Q数据的峰值进行修正。
8.根据权利要求2所述的资源优化的峰值消减CFR实现方法，其特征在于：所述步骤6和7具体为：
I/Q数据通过第一级CFR后，仍然有遗漏的功率峰值点没有进行修正，因此需要通过级联第二级CFR、第三级CFR的方式，修正遗漏的功率峰值点；又由于第一级CFR的存在，实际存在的功率峰值点已经减少，因此通过依次加长第二级以及第三级CFR中的窗长，以达到减少逻辑资源的目的。
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